AVALIAÇÕES DAS APROXIMAÇÕES UTILIZADAS NO PLANEJAMENTO DO TRATAMENTO DE BRAQUITERAPIA DE PRÓSTATA. Juraci Passos dos Reis Junior

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1 AVALIAÇÕES DAS APROXIMAÇÕES UTILIZADAS NO PLANEJAMENTO DO TRATAMENTO DE BRAQUITERAPIA DE PRÓSTATA Jurai Passos dos Reis Junior Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Nulear, COPPE, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, omo parte dos requisitos neessários à obtenção do título de Doutor em Engenharia Nulear. Orientadores: Ademir Xavier da Silva Alessandro Faure Neves de Salles Soares Rio de Janeiro Março de 2011

2 AVALIAÇÕES DAS APROXIMAÇÕES UTILIZADAS NO PLANEJAMENTO DO TRATAMENTO DE BRAQUITERAPIA DE PRÓSTATA Jurai Passos dos Reis Junior TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO LUIZ COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE) DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE DOUTOR EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA NUCLEAR. Examinada por: Prof. Ademir Xavier da Silva, D.S. Dr. Alessandro Faure Neves de Salles Soares, D.S. Prof. Delson Braz, D.S. Prof. José Antônio Carlos Canedo Medeiros, D.S. Dr. Denison de Souza Santos, D.S. Prof. Felix Mas Milian, D.S. RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL MARÇO DE 2011

3 Reis Junior, Jurai Passos dos Avaliações das Aproximações Utilizadas no Planejamento do Tratamento de Braquiterapia de Próstata / Jurai Passos dos Reis Junior. Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, XVII, 101 p.: il.; 29,7 m. Orientadores: Ademir Xavier da Silva Alessandro Faure Neves de Salles Soares Tese (doutorado) UFRJ/ COPPE/ Programa de Engenharia Nulear, Referenias Bibliográfias: p Braquiterapia de próstata. 2. MCNP. 3. Dose. I. Silva, Ademir Xavier da et al. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia Nulear. III. Titulo.

4 DEDICATÓRIA Senhor eu não sou digno de que entreis em minha morada, mas dizei uma só palavra e serei salvo iv

5 AGRADECIMENTOS À Deus, por estar sempre ao meu lado, renovando as minhas forças. Aos meus pais que sempre me deram lições indeléveis e bom aráter, além de empenharem todas as suas forças em prol da minha eduação. Ao meu irmão porque sei que independente do momento ou lugar, sei que ele estará omigo até o fim. Aos meus melhores amigos Maros, Vítor, Paulo, Wellington, Gabriela, Aline, Juliana, suas amizades são fundamentais em minha vida. Ao Programa de Engenharia Nulear da COPPE/UFRJ, pela oportunidade de realização deste trabalho. À CAPES pelo suporte finaneiro fundamental para realização do trabalho. Ao professor Ademir, sua paiênia, altruísmo e apaidade inteletual são maras registradas do programa de engenharia nulear. Ao meu Orientador Alessandro pela presteza e didátia nas ontribuições dadas para a onfeção deste trabalho. Ao professor José Canedo por proporionar os ensinamentos om o MATLAB, que me fizeram ir mais longe neste trabalho. Ao professor Dr. Rihard Kramer da Universidade Federal de Pernambuo, pela autorização para utilização dos fantomas de voxel FAX e MAX. Ao professor Dr. Hélio Yoriyaz do IPEN/CNEN, pelo auxílio na onversão dos fantomas de voxel FAX e MAX para o ódigo MCNPX. v

6 Ao professor Dr. Felix Mas Milian da Universidade Estadual de Santa Cruz, pelo auxílio na onversão dos fantomas de voxel FAX06 e MAX06 para o ódigo MCNPX. Aos ontemporâneos de laboratório Edmilson, Samanda, Thaiana, Artur, Maximiano, Leonardo Bóia, Leonardo Peres, por suas ontribuições inteletuais e filosófias que sempre objetivaram a melhora deste trabalho. O ambiente de pesquisa proporionado por esses amigos no LNRTR é extremamente prazeroso. À todos os funionários do Programa de Engenharia Nulear, que sempre estiveram prontos a olaborar. À todos os omponentes da bana examinadora deste trabalho, por terem aeitado o onvite para avaliar esta Tese. vi

7 Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ omo parte dos requisitos neessários para a obtenção do grau de Doutor em Ciênias (D.S.) AVALIAÇÕES DAS APROXIMAÇÕES UTILIZADAS NO PLANEJAMENTO DO TRATAMENTO DE BRAQUITERAPIA DE PRÓSTATA Jurai Passos dos Reis Junior Março/2011 Orientadores: Ademir Xavier da Silva Alessandro Faure Neves de Salles Soares Programa: Engenharia Nulear O objetivo deste trabalho é utilizar o ódigo de Monte Carlo MCNP, simuladores esférios de água e antropomórfios de voxels para alular a dose total na próstata usando sementes de 125 I puntiformes e volumétrias. Será apresentado também o álulo da auto absorção da fonte de 125 I, das heterogeneidades da próstata e teidos adjaentes e impatos do edema pós irúrgio. Estes estudos visam fazer aproximações om o sistema de planejamento. Os resultados mostraram que onsiderar as fontes omo puntiformes geram grandes disrepânias na energia depositada, por isso através da auto absorção da fonte foi obtido um fator de redução de 0,46 que aproximou os valores de doses entre fontes isotrópias e volumétrias. Considerar fontes de 125 I omo volumétrias resulta em valores próximos de 144 Gy, reomendado pelo AAPM Task Group nº 64 (TG-64). Já os resultados dos estudos de heterogeneidades e do edema sugerem que a dose na próstata está sendo subestimada. Foram também obtidas e traçadas urvas de isodose nas diversas fatias (matrizes) que onstituem a próstata do fantoma de voxels MAX 06, a partir da qual foi possível determinar os parâmetros dosimétrios indiadores de qualidade do implante (V 100 e V 150 ). Os resultados apresentaram boa onordânia om os resultados experimentais disponíveis na literatura. vii

8 Abstrat of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Dotor of Siene (D.S.) EVALUATIONS OF APPROACHES USED IN TREATMENT PLANNING FOR PROSTATE BRACHYTHERAPY Jurai Passos dos Reis Junior Marh/2011 Advisors: Ademir Xavier da Silva Alessandro Faure Neves de Salles Soares Department: Nulear Engineering The objetive of this work is to use the Monte Carlo ode MCNP, spherial water and anthropomorphi voxel simulators to alulate the total dose to the prostate using 125 I seeds puntiform and volumetri. There will also be alulating the self absorption of 125 I soure, the heterogeneity of the prostate and surrounding tissues, and impats of edema after surgery. The results showed that onsider the soures as puntiform generate large differenes in energy deposited, hene through the self absorption of the soure was obtained a redution fator of 0.46, whih approahed the values of doses between volumetri and isotropi soures. Consider soures of 125 I and volumetri results in values lose to 144 Gy, reommended by the AAPM Task Group No. 64 (TG-64). Already the results of studies of heterogeneity and edema suggest that the dose to the prostate is being underestimated. Were also obtained and plotted isodose urves in the different slies (matrix) whih is the prostate phantom voxels MAX 06, from whih it was possible to determine the parameters dosimetri quality indiators of the implant (V 100 and V 150 ). The results showed good agreement with experimental results available in literature. viii

9 Sumário CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO Considerações Gerais A Originalidade do Trabalho Objetivos CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS O Radioisótopo Iodo O Modo de Ação do Iodo A Próstata Considerações sobre a Radioterapia A Semente de Braquiterapia O Doumento TG Um Breve Histório da Cirurgia de Braquiterapia de Próstata Evolução História na Dosimetria das Sementes de 125 I Grandezas e Unidades Dosimétrias Dose Absorvida Dose Absorvida Média num Teido ou Órgão T, D T Dose Equivalente (H T ) Dose Efetiva (E) Simuladores Antropomórfios de Voxels O Fantoma de Voxels MAX O Fantoma de Voxels MAX O Método de Monte Carlo O Código MCNPX CAPÍTULO 3 MATERIAIS E MÉTODOS O Código de Transporte de Radiação MCNPX Conversão de um Arquivo de Imagem para um Arquivo de Entrada INPUT do MCNPX ix

10 3.3 A Desrição da Geometria do Problema Usando Reurso Estruturas Repetidas Estrutura dos Dados de Entrada do MCNP Usando o Fantoma em Voxel Células e Universos Preenhimento dos Universos Definição dos voxels na malha prinipal Transformação de uma Matriz em Estruturas Repetidas A Malha Auxiliar Representação do Bloo de Materiais As Modifiações feita no MAX Desrição das Superfíies SURFACE Cards Desrição das Células CELL Cards A Definição da Fonte Posição da Fonte Configuração das Energias A Camada de 125 I Emissora A Extensão do Cilindro Emissor Tipo de Grandeza a ser Calulada na Simulação: Cartão Tally Cálulo de Dose Absorvida om o MCNPX om o Tally *F Espeifiação de Materiais Delimitação do Problema (Cutoffs) Tipo de Radiação MODE Card Estimativa do erro relativo no MCNP O Cálulo da Dose A Modelagem de um Implante Real na Prostata de água A Modelagem das Sementes de 125 I no Fantoma MAX A Modelagem das Sementes de 125 I no Fantoma MAX Metodologia para o Cálulo a Auto Absorção da Fonte de 125 I Estudo das Heterogeneidades no Fantoma Esfério e na Próstata do Fantoma de Voxels MAX A Avaliação do Edema da Próstata no Implante Permanente x

11 3.12 Metodologia para a Determinação das Curvas de Isodose para o Fantoma MAX Parâmetros Dosimétrios Indiadores da Qualidade do implante... CAPÍTULO 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES Fantoma de Água e o Fantoma de Voxels MAX Fontes Volumétrias Auto Absorção da Fonte de 125 I Detetores horizontais (0º e 180º) Detetores horizontais (90º e 270º) Próstata Fontes Puntiformes Análise das Heterogeneidades no MAX 06 e no Fantoma Esfério Análise das Disrepânias Perentuais no Fantoma Esfério Análise das Disrepânias Perentuais na Próstata do Fantoma de Voxels MAX Doses em Órgãos de Riso Fatores que Causam Subdose na Próstata Curva de Isodos para a Fatia Seleionada do MAX Comparações Entre MCNP e Sistema de Planejamento para Braquiterapia de Próstata CAPÍTULO 5 CONCLUSÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APÊNDICE 1...Arquivo Input MCNPX APÊNDICE 2...Curvas de Isodose APÊNDICE 3...Código MATLAB para as urvas de Isodose xi

12 Figura Esquema de deaimento do 125 I. Índie de Figuras 7 Figura Loalização anatômia da próstata 9 Figura Geometria da semente de 125 I (DUGGAN, 2004) 12 Figura Passos envolvidos na onstrução de um modelo dosimétrio para orpo inteiro (BOZKURT, 2000). 18 Figura Imagem 1: Fatia de uma imagem de tomografia omputadorizada. Imagem 2: A mesma imagem após o proesso de segmentação. 19 Figura (a), (b) e () - O Fantoma (Simulador) MAX (KRAMER et al., 2003) 21 Figura (a) Representação dos planos que definem a élula prinipal do simulador MAX e (b) diagrama esquemátio da élula do bloo prinipal. 26 Figura Representação dos universos que preenhem a élula Figura Linha de omando do MCNP que representa na élula prinipal o preenhimento por váuo, a interseção dos planos e a importânia para fótons e elétrons. 27 Figura Representação dos omandos que definem as dimensões da aresta do voxel, através das interseções de planos. Este universo é preenhido iniialmente por váuo. 28 Figura Exemplo da transformação de uma matriz 2D para o modelo de estruturas repetidas. 28 Figura Desrição dos universos om espeifiação da densidade e materiais xii

13 que irão ompor os voxels. 29 Figura Comando que representa a riação da malha auxiliar. 29 Figura Elementos químios presentes na medula óssea om suas respetivas porentagens. 30 Figura Configuração dos planos, ilindro e semi-elipsóides que vão ompor a 1ª e 100ª fontes do MAX. 31 Figura Bloo de élulas para a 1ª e 100ª sementes, em (a) para a próstata de água e em (b) para o simulador MAX. 32 Figura Configuração da fonte de 125 I, no fantoma MAX. 32 Figura Configuração das posições da 1º e 100º fontes de 125 I, no fantoma MAX. 33 Figura Configuração das energias e probabildades de emissão da 1º e 100º fontes de 125 I, no fantoma MAX. 33 Figura Configuração da asa ilíndria emissora da 1º e 100º fontes de 125 I, no fantoma MAX. 33 Figura Configuração da extensão do ilindro emissor da 1º e 100º fontes de 125 I, no fantoma MAX. 34 Figura Representação do álulo da energia depositada pelo omando *F8 do MCNPX. 35 Figura 3.17 Visualização da geometria do input om 100 fontes volumétrias usando o programa Moritz (RIPER, 2008). 40 xiii

14 Figura 3.18 Visualização da geometria do input om 100 fontes volumétrias usando o programa Moritz (RIPER, 2008). 39 Figura 3.19 Modelagem para a simulação no fantoma MAX 06 em (a) são apresentados os ortes em x, y e z realizados pelo TOMOMC; (b) mostra-se as imagens sementes de 125 I geradas no programa Moritz (em 3D), om as élulas da próstata (35), paredes da bexiga (40), e onteúdo da bexiga: água e urina (32). 42 Figura 3.20 Visualização da geometria do input om 100 fontes volumétrias usando o programa Moritz (RIPER, 2008). 43 Figura 3.21 Visualização da geometria da próstata simulada. Em (a) foi onsiderada a geometria da fonte Amersham 6711, em (b) a fonte emissora é puntiforme. (SCHWARZ, 2007). 44 Figura 3.22 Visualização da geometria da próstata om 5 fontes inseridas. Em (a) foi onsiderada a geometria da fonte Amersham 6711, em (b) a fonte emissora é puntiforme. 45 Figura 3.23 Visualização da geometria da próstata om 8 fontes inseridas. Em (a) foi onsiderada a geometria da fonte Amersham 6711, em (b) a fonte emissora foi onsiderada puntiforme. 45 Figura 3.24 Visualização da geometria próstata om 32 fontes volumétrias om o programa Moritz (RIPER, 2008). 46 Figura Geometria da próstata simulada (SCHWARZ, 2007). 48 Figura 3.26 Visualização gráfia da matriz onde será determinado o álulo da dose em todos os voxels om o tally *F8 (RIPER, 2008). 49 Figura Doses finais onsiderando 80, 88 e 100 sementes puntiformes de 125 I inseridas no fantoma de água, em (a) tem-se valores de dose onsiderando a 53 xiv

15 atividade iniial de 0,27 mci em (b) tem-se a atividade iniial de 0,38 mci. Figura Diferenças perentuais entre as médias das doses absorvidas nos detetores para sementes puntiformes e volumétrias. (Detetores horizontais). 53 Figura Diferenças perentuais entre as médias das doses absorvidas para sementes puntiformes e volumétrias. (Detetores vertiais). 55 Figura Diferenças perentuais entre as doses absorvidas para a próstata. 55 Figura Doses na próstata onsiderando 80, 88 e 100 sementes puntiformes de 125 I inseridas nos fantomas esfério de água (F.E.) e no simulador de voxels MAX, em (a) tem-se valores de dose onsiderando a atividade iniial de 0,27 mci em (b) tem-se a atividade iniial de 0,38 mci. 57 Figura Derésimo da média da dose absorvida em função do volume da esfera em: (a) detetores posiionados nos ângulos de 0º e 180º (b) detetores posiionados nos ângulos de 90º e 270º. 61 Figura Curvas de Isodose no MATLAB. 63 xv

16 Tabela Grandezas que podem ser aluladas pelo MCNP. Índie de Tabelas 34 Tabela Reomendação para interpretação do erro relativo R. 37 Tabela Diferenças nas omposições químias e densidades dos fantomas de água e teido mole (ICRU, 1989) 48 Tabela Número total de transformações para 80, 88 e 100 sementes puntiformes e volumétrias para as atividades de 0,27 mci e 0,38 mci. 52 Tabela Disrepânias perentuais das doses devido as influênias da densidade, omposição químia e total para o fantoma esfério de água e teido mole que podem representar a próstata. 58 Tabela Disrepânias perentuais das doses devido as influênias da densidade, omposição químia e total para a próstata do fantoma de Voxels MAX Tabela Doses totais nos prinipais órgãos de riso adjaentes à próstata. 59 Tabela Comparações entre os fatores de qualidade do implante V 100 e V 150 obtidos pelo MCNP e sistemas de planejamento enontrados na literatura. 64 xvi

17 Índie de Siglas AAPM Amerian Assoiation of Physiists in Mediine EGS4 Eletron Gama Shower HDR High Dose Rate IAEA International Atomi Energy Ageny ICRP International Comission on Radiation Protetion ICRU International Comission on Radiation Units IMRT Intensity Modulated Radiation Therapy LAHET Los Alamos High-Energy Transport LANL Los Alamos National Lab LDR Low Dose Rate MAX Male Adut Voxels MCNP Monte Carlo N-Partile MDR Medium Dose Rate OMS Organização Mundial de Saúde PSA Prostate Speifi Antigen PTRAN Proton Transport RM Ressonânia magnétia SAPDI Sistema de Proessamento de Digital de Imagens SCD Seção de Choque Diferenial SCMS Software de Construção de Manequins Segmentados SPECT Single Photon Emission Computadorized Tomography TC Tomografia Computadorizada TG-43 AAPM Task Group 43 TG-64 AAPM Task Group 64 xvii

18 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO 1.1 Considerações Gerais O âner de próstata é o segundo tumor mais freqüente em todas as regiões do Brasil perdendo apenas para o âner de pele (não melanoma). As estimativas brasileiras do ano de 2010, que também são válidas para 2011, apontam que oorrerão novos asos de âneres sendo para o sexo masulino, (BRASIL, 2010), dos quais serão pela inidênia do âner de próstata. Esses valores orrespondem a um riso estimado de 54 asos novos para ada 100 mil homens. No que diz respeito a valores absolutos, o âner de próstata é o sexto tipo de âner mais omum no mundo, porém é o mais dominante entre os homens, representando 10% do total de âneres (BRASIL, 2010). A mortalidade devido ao âner de próstata é relativamente baixa, o que reflete, em parte, o seu bom prognóstio. A sobrevida média mundial estimada em ino anos é de 58%. Com o desenvolvimento dos sofistiados métodos de imagem, omo a tomografia omputadorizada (TC) e a ressonânia magnétia (RM), tornou-se possível a definição aurada em três dimensões do volume a ser tratado e dos órgãos a serem poupados. Assoiado a isso, sistemas de planejamento omputadorizados ada vez mais efiientes possibilitam a onformação do feixe de radiação ao volume-alvo (Modulação da Intensidade do Feixe IMRT) e o esalonamento da dose, possibilitando, assim, maiores taxas de ura e, sobretudo diminuição da toxiidade. Para os tumores de próstata loalizados, a terapia mais efetiva não está definida (AMADEI, 2008; SANCHEZ, 2006) Opções de tratamento inluem: prostatetomia radial, radioterapia externa, assoiada, ou não, à braquiterapia. Entre as opções de braquiterapia, a mais utilizada é o implante permanente de sementes de 125 I ou 103 Pd (PILEPICH et al., 2001; BOLLA et al., 2005; D AMICO et al., 2004). De uma maneira geral, pode-se apliar a braquiterapia para tratar desde avidades muito pequenas e órgãos oo-musulares, até interstíios om lesão presente ou om riso de reinidênia (ELISA, 2007). Todas essas failidades de implantes, assoiadas ao sistema de planejamento omputadorizado om o transporte da arga por ontrole remoto potenializaram o avanço da braquiterapia (YU et al., 1999). 1

19 Neste trabalho será estudado o implante permanente de sementes de 125 I, proedimento utilizado para o tratamento de âner de próstata. Nesta modalidade de tratamento, ada membro da equipe traz um onheimento espeializado que promove o objetivo línio. A vantagem da ténia é a alta dose que é liberada no loal do teido onde as sementes de 125 I estão inseridas, devido a poua distânia entre o tumor e as fontes radioativas. O proesso de planejamento dosimétrio tem um papel fundamental no programa da braquiterapia de próstata. Ele permite à equipe formular um planejamento individual que irá garantir o máximo de liberação de dose em todo o volume alvo, mantendo as doses em órgãos omo, o reto e a bexiga (órgãos que representam os maiores risos de efeitos olaterais), além da uretra, tão baixas quanto razoavelmente exeqüíveis. Embora o planejamento dosimétrio pré-operatório venha sendo um padrão na braquiterapia moderna de próstata, este proesso, ontém várias inertezas. Uma delas é a posição do paiente no planejamento do volume alvo, que é muito difíil de se reproduzir na sala de operação (REIS, 2009; YU et al., 1999). Outros fatores são a definição do volume e formato da próstata nas imagens de tomografia omputadorizada (TC) e a distinção das densidades da próstata, e dos teidos vizinhos, que são muito próximas (entre 1,05 g/m 3 e 1,09 g/m 3 ). Portanto, a definição da próstata requer um erto julgamento subjetivo. Outro fator a ser onsiderado é o erro de posiionamento das sementes, que é inerente ao proedimento (NARAYANA et al., 1996). A anestesia, que é apliada antes do proedimento irúrgio, onstitui outra adversidade que afeta no valor da dose, já que esta pode resultar em uma relaxação da musulatura pélvia, om uma onseqüente alteração do formato e volume da próstata em omparação om o ontorno obtido no estudo do volume sem anestesia (ROBERSON et al., 1997). O edema pós-operatório pode representar impato no tratamento, já que o volume da próstata rese de 40 a 50%, prinipalmente nos primeiros 28 dias após o implante (KEYE et al., 1992; MOERLAND et al., 1997; WATERMAN et al., 1998). Isto leva à formulação de dois problemas: o primeiro é que a imagem obtida imediatamente após o implante, para a onferênia dos resultados e álulos das distribuições de dose, pode subestimar a dose total, uma vez que o aumento do volume da próstata devido ao edema reduz a taxa de dose administrada na periferia da próstata. 2

20 Por outro lado, se a imagem é obtida depois que o edema é debelado, a dose pode estar sendo superestimada, porque o derésimo da taxa de dose enquanto a próstata estava om o edema foi ignorado. O edema aumenta e reduz o seu volume, de forma exponenial no intervalo entre o 4º e o 25º dia (média 9,3 dias). Usando esta média o edema reduzir-se-á 12,5% do seu valor original em 28 dias (WATERMAN et al., 1998). Outros autores (KEHWAR et al., 2009) reportaram este valor omo sendo entre o 3º e o 34º dia. Neste trabalho será onsiderado o efeito do edema entre o 4º e o 25º dia. O álulo da dose feito pelo sistema de planejamento, em alguns asos onsidera as sementes omo sendo fontes puntiformes. No entanto, as sementes que são usadas em implantes de braquiterapia de próstata estão longe de umprirem os requisitos de fontes puntiformes (YU et al., 1999; REIS, 2009; REIS JUNIOR et al., 2009). Atualmente, o proesso de planejamento do tratamento de braquiterapia é feito por meio de softwares que possuem em sua formulação dados obtidas experimentalmente e por métodos de Monte Carlo ujos álulos são baseados em um fantoma de água (MARTINS, 2010). Este tipo de fantoma não leva em onsideração as heterogeneidades de omposição dos órgãos e teidos vizinhos da região do volume a ser tratado. A idéia de se utilizar álulos determinístios para a obtenção de dose utilizando-se aproximações é algo ultrapassado atualmente. Os álulos estatístios proporionam resultados muito próximos da realidade, uma vez que podem simular situações de transporte de partíulas, em energia e ângulos de inidênia das partíulas. Porém, há tempos atrás, os métodos estatístios eram penalizados pela falta de omputadores que fossem apazes de simular um número de histórias sufiientes para se obter uma boa estatístia devido ao tempo de proessamento omputaional exigido. Hoje, esse problema foi minimizado om o advento de lusters de omputadores, que são apazes de realizar inúmeros álulos, garantindo inertezas muito pequenas. A abordagem ideal deverá ombinar álulos de Monte Carlo juntamente om avaliação experimental. Os ódigos de Monte Carlo mais utilizados em Físia Média são respetivamente o MCNP/MCNPX (PELOWITZ, 2005), EGS4/EGSnr (NELSON, 1985; KAWRAKOW, 2001) e PENELOPE (BARÓ, 1985). O MCNPX (Monte Carlo N-Partile extended) foi o programa utilizado neste estudo. Foi desenvolvido pelo Laboratório Naional de Los Alamos (LANL) e a sua programação foi realizada em linguagem Fortran 90 e C. 3

21 A efiáia das ténias de Monte Carlo onstitui um método numério exato de modelação detalhada dos proessos físios de deposição de energia em diferentes meios (BRIESMEISTER, 2000). No estudo da dosimetria, tem sido demonstrada em diversos trabalhos, sendo reonheido omo uma importante ferramenta nos álulos de doses em vários ampos ligados à Físia Média. Códigos baseados no método de Monte Carlo podem ser usados na radioterapia para a modelação e visualização de geometrias omplexas, araterização dos espetros em energias das fontes e determinação da dose de radiação absorvida em órgãos de interesse. A simulação pelo método de Monte Carlo onstitui uma importante ferramenta no ontrole de qualidade em tratamentos de braquiterapia. Segundo a Amerian Assoiation of Physiists on Mediine AAPM (RIVARD et al., 2004), dados mais preisos nas distribuições de dose devem ser obtidos, seja experimentalmente, seja por simulações omputaionais om o objetivos de melhorar os sistemas de planejamento. Vários autores (RODRIGUEZ et al., 2005; TAYLOR e ROGERS, 2008) utilizaram simulações por Monte Carlo para gerar dados de parâmetros reomendados pelo protoolo TG-43, que são utilizados para o álulo de doses nos sistemas de planejamento. Estes valores são disrepantes entre si, sendo que os valores reomendados pela revisão do protoolo (TG-43U1) (RIVARD et al., 2004), são uma média ponderada destes valores. (REIS, 2009) validou a semente de 125 I Amersham modelo 6711, utilizando o ódigo MCNPX (X-5 Monte Carlo Team, 2005). A semente Amersham é a mais utilizada em implantes permanentes de próstata. Os valores dos parâmetros pertinentes à semente que foram alulados são a função anisotropia F(r, ) e a função dose radial g(r). Os estudos realizados por Horwitz et al. (1998), sobre falha bioquímia, que é definida omo três aumentos onseutivos de PSA são aeitos omo forma legítima de definir evolução pós-tratamento na radioterapia. A dose foi o mais signifiante prognostiador de falha bioquímia em uma análise multivariada, segundo Stok e olaboradores (STOCK et al., 1998). Sendo a dose o mais importante fator na análise da falha bioquímia é importante que se faça um estudo detalhando om simulação de todos os parâmetros que podem influeniar a dose e ontribuir para melhorar o sistema de planejamento. 4

22 1.2 Originalidade do Trabalho Na literatura são enontrados trabalhos que disutem as apliações das sementes de 125 I para o tratamento de braquiterapia de próstata. Nestes trabalhos são apresentados álulos das grandezas dosimétrias, tais omo, função anisotropia (SOLBERG et al., 2002; RODRÍGUEZ, et al., 2005), função radial de dose (SOLBERG et al., 2002; DUGGAN, 2004; RODRÍGUEZ, et al., 2005), onstante de taxa de dose (RODRÍGUEZ, et al., 2005), intensidade de kerma no ar (RODRÍGUEZ, et al., 2005) e o fator geometria (YU et al., 1999; SOLBERG et al., 2002; NATH, 1999). Existem pouos trabalhos que fazem a avaliação do efeito intersementes, da influênia das heterogeneidades da próstata e teidos adjaentes ou que alulam o derésimo de dose devido ao edema de próstata. Estes fatores aumentam as inertezas quanto à dose que é entregue ao volume alvo. Baseado nas onsiderações sobre o problema apresentado anteriormente, propõe neste trabalho estimar a dose na próstata usando o método de Monte Carlo e fantomas esfério de água e antropomórfios de voxels, onsiderando tanto fontes puntiformes quanto volumétrias de 125 I, visando investigar se a dose entregue ao volume alvo ondiz om os valores presritos durante o tratamento real. Ainda, fazendo uso da simulação omputaional, pretende-se determinar urvas de isodose adjaentes ao volume alvo, para uma posterior omparação dos parâmetros indiadores de qualidade do implante de braquiterapia de próstata om 125 I enontrados na literatura (AMADEI 2008; FRANÇA et al. 2009). 1.3 Objetivo A partir do que foi abordado, o objetivo prinipal deste trabalho é utilizar o ódigo de Monte Carlo MCNPX (PELOWITZ, 2005) e os simuladores: esfério de água e antropomórfios de voxels, para alular a dose total na próstata devido ao tratamento de braquiterapia usando sementes de 125 I, visando fazer uma avaliação das aproximações usadas no planejamento do tratamento. Para umprir estes objetivos, estabeleeram-se as seguintes metas: 5

23 Inserir de 100 sementes de 125 I no simulador de próstata de água e no fantoma antropomórfio de voxels, MAX 05 (KRAMER et al., 2003) e nos ortes seleionados do fantoma MAX 06 (KRAMER et al., 2006). Obter o fator de orreção para a energia depositada na simulação de fontes puntiformes através a auto absorção dos fótons da fonte de 125 I no enapsulamento de titânio e no ilindro de prata. Realizar os álulos de dose om os fantomas antropomórfios de voxels MAX 05 e MAX 06 aoplados ao ódigo de Monte Carlo MCNPX. Verifiar através das simulações se a dose integrada no tempo, de 0 ao infinito, na próstata orresponde ao valor estipulado pelo doumento TG-64 (YU et al., 1999). Realizar a mesma série de álulos usando 100 sementes de 125 I inseridas em um fantoma esfério de água, ujo volume é o mesmo da próstata do fantoma MAX. Verifiar o impato do edema no implante permanente das sementes na próstata usando o fantoma de água, fazendo o seu volume variar 50%, e analisando se este aumento é uma possível ausa de subdose no tratamento. Verifiar as diferenças de doses pelas heterogeneidades tanto da próstata, quanto nos teidos adjaentes a ela. Simular usando o ódigo MCNPX, a dose em todos os voxels presentes nas matrizes em que a fontes de 125 I estão inseridas, para posteriormente através do MATLAB, om o omando de intefae gráfia de ontorno, desenhar todas as urvas de isodose onde estão presentes as sementes de 125 I, no fantoma de voxels MAX 06. 6

24 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS Nas seções seguintes deste apítulo são apresentadas, as espeifiações sobre a fonte de 125 I, que foi onsiderada neste trabalho. 2.1 O Radioisótopo Iodo 125 Segundo WAGNER e olaboradores (1995), o iodo foi desoberto por Courtois em 1811, e é hamando desta forma por ausa da liberação de vapor violeta quando é aqueido (em grego, iodes = violeta). O iodo estável possui número atômio 53 e número de massa 127. Existem, identifiados, trinta radioisótopos de iodo, variando em número de massa de 115 a 141 om meias vidas que variam de 0,5 segundos a 1,6 x 10 7 anos. Somente o isótopo estável, o 127 I, é enontrado na natureza. Os radioisótopos usados em diagnóstio e tratamentos médios são: 123 I, 125 I, 131 I. O 125 I é produzido por irradiação de gás 124 Xe om nêutrons para formar 125 Xe através da reação de aptura de nêutrons. O 125 Xe, instável deai via aptura eletrônia em 125 I por emissão de raios LEGRAND, 1975; REIS, Eq.(2.1) O esquema de deaimento do 125 I resulta em fótons de energia de 27,4 kev (1,15 fótons/desintegração), 31,4 kev (0,25 fótons/desintegração) e 35,5 kev (0,067 fótons/desintegração), (YU et al., 1999). A Figura 2.1 mostra o esquema de deaimento do 125 I (LEGRAND et al., 1975). Figura 2.1 Esquema de deaimento do 125 I. 7

25 2.2 O Modo de Ação do Iodo 125 A efiáia da semente de 125 I deriva uniamente da interação da radiação ionizante om o teido a ser tratado; os fótons emitidos pela fonte de 125 I têm uma energia média energia média de 28 kev e estes fótons interagem om a matéria através de proessos distintos, sendo que a sua probabilidade de oorrênia é determinada pela seção de hoque, que por sua vez depende da energia do fóton, da densidade e do número atômio do meio (KNOLL, 1989; ATTIX 1986). O material de sutura absorvível e endureido mantém as sementes no devido lugar, dentro do teido a ser tratado, de forma a failitar a dosimetria, e minimizar o movimento das sementes. A distribuição de dose produzida na região ao redor de ada semente não é isotrópia. Esta anisotropia deve ser inluída nos álulos de distribuição de dose. O enapsulamento de titânio é um material e, juntamente om o fio de prata, resulta em uma auto-absorção total de era de 35% da radiação emitida (ONCURA, 2003). 2.3 A Próstata A próstata (Figura 2.2) é a glândula do homem que sereta o líquido prostátio, que é ligeiramente alalino, ajuda a neutralizar a aidez dos outros líquidos seminais durante a ejaulação, aumentando assim a mobilidade e a fertilidade nos espermatozóides. O tamanho e o formato da próstata variam bastante entre os homens, tendo em média 5 a 7 m de diâmetro (aproximadamente do tamanho e formato de uma noz). Figura 2.2 Loalização anatômia da próstata (Fonte: 8

26 A próstata permanee relativamente pequena durante a infânia e omeça a reser na puberdade, sob o estímulo da testosterona. Essa glândula atinge tamanho quase estaionário em torno dos 20 anos de idade, e não se modifia até, aproximadamente, 50 anos. A partir deste período, em alguns homens, a próstata omeça a evoluir, juntamente om a produção diminuída de testosterona pelos testíulos. 2.4 Considerações sobre a Radioterapia São três as modalidades de tratamento terapêutio em que se baseia o tratamento onológio: irurgia, quimioterapia e radioterapia. Quando as enfermidades são loalizadas, a irurgia ou radioterapia são as formas de tratamento indiadas. A quimioterapia é empregada para o tratamento da enfermidade sistêmia, tanto no paiente om doença metastátia presente, quanto no paiente de riso para o seu desenvolvimento (BRENTANI et al., 2003). De aordo om a organização mundial de saúde (OMS), 2/3 dos paientes om âner utilizam a radioterapia em alguma fase do tratamento da doença, quer de maneira isolada, quer assoiada a outras formas de terapia onológia (AMADEI, 2008). A radioterapia é a modalidade de tratamento ujo agente terapêutio fundamental é a radiação ionizante. A interação da radiação om a matéria, om a onseqüente deposição da energia na estrutura elular, leva a alterações elulares ou funções vitais, levando a élula à morte ou a inviabilidade biológia. A palavra braquiterapia tem origem grega (brahys = urto; terapia = tratamento). Constitui a modalidade de radioterapia em que a fonte radioativa é oloada em ontato direto ou à distânia muito próxima do teido tumoral, permitindo que uma dose elevada de radiação seja liberada ao tumor enquanto poupa os teidos normais adjaentes devido à rápida queda do valor da dose administrada om a distânia à fonte de radiação. Cera de 10 a 15% dos paientes em radioterapia são andidatos a braquiterapia (AMADEI, 2008). Um tratamento de braquiterapia poder ser lassifiado quanto ao loal de apliação, tempo, método de arregamento do apliador e taxa de dose. 9

27 Quanto às taxas de radiação, os proedimentos são lassifiados omo: Baixa taxa de dose (LDR, do inglês Low Dose Rate: 0,2 2,0 Gy/h) - tratamento únio om liberação da dose em horas, dias ou permanentemente. Média taxa de dose (MDR, do inglês Medium Dose Rate: 2,0 12 Gy/h) - a braquiterapia MDR é pouo utilizada e os resultados dos tratamentos são um pouo pobres em relação à LDR e HDR (IAEA, 2005). Alta taxa de dose (HDR, do inglês High Dose Rate: > 12 Gy/h) - tratamento om liberação da dose em minutos. Quanto ao loal de apliação, a braquiterapia pode ser lassifiada omo: Intraavitária - a fonte de radiação é loalizada dentro de uma avidade próxima ao volume tumoral. Exemplo: gineológia (útero, vagina). Interstiial - ateteres ou fontes são implantados irurgiamente dentro do volume tumoral. Exemplo: próstata, mama, saromas de membros. Intraluminal - a fonte de radiação é posiionada no interior de um órgão tubular. Exemplo: esôfago, brônquio pulmonar. Superfiial - são onfeionados moldes para onformar a superfíie de tratamento, onde os ateteres são firmemente posiionados. Exemplo: pavilhão auriular. Intravasular (braquiterapia oronariana) - tratamento que utiliza radiação beta e gama para prevenir a reorrênia da reestenose dos stents oronarianos pós angioplastia. Quanto ao arregamento a braquiterapia pode ser lassifiada omo: Manual: o material é inserido diretamente no paiente. Afterloading (pós-arregamento) manual: ateteres ou apliadores são oloados no paiente, e, após o planejamento do tratamento, as fontes são inseridas manualmente nesses dispositivos, sendo posiionadas segundo o planejamento realizado. 10

28 Remote afterloading (pós-arregamento por ontrole remoto): ateteres são oloados no paiente e então a fonte radioativa é inserida meaniamente nesses ateteres durante o tratamento. O uso de braquiterapia por ontrole remoto minimiza onsideravelmente os risos de exposição da equipe média à radiação ionizante. A braquiterapia por ontrole remoto pode ser apliada utilizando as ténias LDR, MDR e HDR. Quanto à duração de tratamento, a braquiterapia pode ser lassifiada omo: Implantes permanentes: A fonte é implantada de forma permanente no paiente. Normalmente, nestes proedimentos utilizam-se isótopos de meia vida urta omo Iodo-125, Paládio-103, Césio-131 e Ouro-198. Implantes temporários: A fonte é inserida e depois removida do paiente, após o tratamento. Nestes asos, existe um melhor ontrole da dose no volume alvo, pelo planejamento pré-inserção. As fontes radioativas mais utilizadas são Césio-136, e Irídio-192. Os implantes permanentes de próstata são realizados em salas de irurgia onvenionais om a partiipação direta de um radioterapeuta, um físio médio e um radiologista. O proedimento dura entre 45 a 60 minutos (PEREIRA JÚNIOR, 2003). Devido à baixa energia dos fótons produzidos e da atividade total utilizada em ada implante (30.0 mci ou MBq) os níveis de radiação durante todo o proedimento são extremamente baixos, simplifiando onsideravelmente as blindagens e os proedimentos de proteção radiológia. Um lençol de Pb de apenas 0,25 mm de espessura proporiona uma atenuação de 99,9 % da radiação emitida (PEREIRA JÚNIOR, 2003). Apesar da grande maioria dos proedimentos de baixa taxa de dose utilizar arga postergada, em algumas situações a introdução do material radioativo se faz de maneira direta, sem o emprego de apliadores, omo no tratamento de tumores oulares om plaas radioativas e nos implantes permanentes om sementes de Ouro A Semente de Braquiterapia As sementes de 125 I utilizadas em braquiterapia ontém iodo, na forma de iodeto, adsorvido na superfíie de um ilindro de prata ( = 10,5 g/m 3 ), que se enontra no 11

29 entro da semente e que serve omo marador radiográfio, sendo o enapsulamento da fonte feito em titânio (YU et al., 1999; NATH et. al., 1995). No esquema de deaimento do 125 I também são observadas as emissões de raios X de 22,1 kev (0,15 fótons/desintegração) e 25,5 kev (0,04 fótons/desintegração), resultantes da emissão de raios X araterístios, resultantes da interação dos fótons om o ilindro de prata. As sementes têm 4,5 mm de omprimento por 0,8 mm de diâmetro, enapsuladas em 0,05 mm de titânio, a espessura da oroa ilíndria é 1 m (modelo 6711), omo ilustrado na Figura 2.3 (DUGGAN, 2004). As sementes podem ser forneidas individualmente ou aondiionadas em Viryl (material absorvível pelo organismo), ontendo 10 sementes ada. A atividade típia de ada semente varia de 0,27 mci (10,0 MBq) a 0,38 mci (14,1 MBq). Figura 2.3 Geometria da semente de 125 I (DUGGAN, 2004). 2.6 O Doumento TG-64 O Task Group é onstituído por diversas publiações que têm por objetivo atualizar e padronizar normas realizadas no âmbito da Físia Média seja em radioterapia, seja em radiodiagnóstio. O doumento TG-64 (YU et al., 1999) apresenta diversas reomendações da Amerian Assoiation of Physiists in Mediine (AAPM) a respeito da maioria das padronizações a serem realizadas na braquiterapia de próstata, espeifiamente usando fontes de 125 I ou 103 Pd. 12

30 Este doumento revisa: grandezas dosimétrias, om a possibilidade de propor alterações ou riações de novas grandezas, detalha fontes radioativas seguindo a ronologia que se iniiou alguns anos após a desoberta das radiações ionizantes, podendo sugerir o uso de novas fontes e, por fim, relata os proedimentos realizados na radioirurgia, susitando o uso de novos métodos de aordo om a tenologia vigente. Ele também identifia questões para futuras investigações. Muitas ponderações do TG- 64 serão exploradas neste trabalho Um Breve Histório da Cirurgia de Braquiterapia de Próstata A desoberta dos raios-x por Röentgen em 1895 marou o iníio de um novo ramo da físia: a físia média. Desde edo os investigadores pereberam o interesse de utilizar a radiação para fins diagnóstios e terapêutios, e em 1901, Pierre Curie, apenas 5 anos após a desoberta da radiação natural por Henri Bequerel, sugeriu que um pequeno tubo de rádio fosse inserido num tumor: naseu assim a braquiterapia (BITELLI, 1987). Em 1903 Graham Bell sugeriu de forma independente que fossem apliados tubos de vidro om rádio no seu interior para tratamento de tumores diretamente sobre a lesão (SOCIEDADE AMERICANA DE BRAQUITERAPIA, 2011). Até 1920 a maior parte dos tratamentos de braquiterapia foram feitos no Instituto Curie em Paris e no Memorial Hospital em Nova Iorque. Foram desenvolvidos novos radioisótopos inluindo o Ouro-198, Cobalto-60, Iodo-125 e Fósforo-32 pelo Dr. Wiliam Myers da Universidade de Ohio. No iníio da déada de 70, um novo proedimento foi desenvolvido para onfinar a exposição de radiação na próstata, aumentar a dose presrita no tumor e minimizar os efeitos olaterais. Esta ténia onsistia no implante de sementes radioativas de 125 I diretamente na próstata. Nessas tentativas iniiais, a glândula era exposta irurgiamente (irurgia retropúbia aberta) e as sementes eram implantadas diretamente pelo irurgião. O pioneiro na implantação deste método foi o Memorial Sloan-Kettering Caner Center - New York USA (YU et al., 1999). Atualmente a irurgia retropúbia foi abandonada. Desde 1985, o proedimento foi aperfeiçoado graças à utilização de equipamentos de ultrassom om sonda transretal e grade de visualização semi-entimetrada ("templates"). Esta ténia permite que os paientes sejam submetidos a um pré-planejamento feito om um exame prévio de 13

31 ultrassonografia transretal onde a posição de ada agulha, om as respetivas sementes, é determinada utilizando-se um sistema de planejamento de tratamento omputadorizado. Usando-se o gabarito do equipamento de ultrassom, as agulhas guias são inseridas permitindo um posiionamento preiso das sementes de 125 I. Até o iníio da déada de 90, a braquiterapia de baixa taxa de dose era a únia forma de braquiterapia disponível no Brasil. Nesta forma de tratamento, o paiente reebe a fonte radioativa em regime de hospitalização e permanee internado em instalação espeífia para este fim Evolução História na Dosimetria das Sementes de 125 I A dose total mínima onsiderada para o implante na déada de 70 era de 160 Gy, mas este álulo era baseado na atividade aparente, massa equivalente, onstante de taxa de exposição e oefiientes de atenuação dos teidos ao 222 Ra. Estes formalismos não levavam em onta as diferenças de enapsulamento ou onstituição interna das fontes. Uma avaliação da dimensão média, om base nos dados de Quimby (GLASSER et al., 1961) e Manhester (MEREDITH, 1967) revelou que esta dose estaria sendo superestimada. Comparações om relação à grandeza taxa de exposição, mostraram que havia diferenças entre o velho formalismo e o formalismo do TG-43 para o álulo de dose. Luse e olaboradores (LUSE et al., 1997) ompararam as distribuições de doses para um implante de uma próstata de 35 m 3, usando 88 sementes e 20 agulhas. Quando o antigo formalismo era usado, o resultado era que a próstata reebia 160 Gy, Porém quando os parâmetros do TG-43 eram utilizados, a dose que a próstata reebia na verdade era de 144 Gy, o que orresponde à diferença perentual, 11%, enontrada anteriormente. Por esta razão Luse et al. reomendaram que a presrição de dose em implantes de próstata fosse 144 Gy. Outro estudo empírio, realizado por Bie e olaboradores (BICE et al., 1998), que tem omo base uma análise omparativa similar, também hegou à onlusão que a dose final deveria ser 144 Gy. Por esse motivo todos os resultados enontrados para fontes de 125 I puntiformes e volumétrias serão omparados om este valor que é o valor padrão estabeleido tanto pelo TG-43, quanto pelo TG

32 2.7 Grandezas e Unidades Dosimétrias A tarefa de organizar e padronizar as grandezas usadas na araterização da radioatividade e dos ampos de radiação, quanto à desrição da interação da radiação om a matéria e a quantifiação dos efeitos tem sido feita pela Comissão Internaional de Unidades e Medidas de Radiação (ICRU International Commission on Radiologial Units and Measuraments) e pela Comissão Internaional de Proteção Radiológia (ICRP International Commission on Radiologial Protetion). Dois tipos de grandezas são espeifiamente definidos para uso em proteção radiológia: as grandezas limitantes, que são definidas pela ICRP e são usadas para indiar o riso à saúde humana devido à radiação ionizante; e as grandezas operaionais, as quais são definidas pela ICRU e levam em onsideração as atividades de radioproteção. As três prinipais grandezas de proteção radiológia reomendadas pela ICRP na publiação nº 60 (ICRP 60, 1991) e que foram atualizadas na ICRP publiação nº 103 (ICRP 103, 2008) são: Dose Absorvida Média em um órgão ou teido (D T ); Dose Equivalente em um órgão ou teido (H T,R ); Dose Efetiva (E) Dose Absorvida A grandeza físia básia usada em proteção radiológia é a dose absorvida, D. Ela é definida omo o quoiente entre a energia média, d, absorvida por um elemento de volume do material e a massa, dm, desse volume (ICRP 103, 2008), ou seja: D d dm Eq.(2.5.1) A dose absorvida é expressa em J/kg no Sistema Internaional de Unidades e o nome espeial para esta unidade é o gray (Gy). 15

33 2.7.2 Dose Absorvida Média num Teido ou Órgão T, D T Como foi desrito na seção 2.7.1, a grandeza dose absorvida é definida para o álulo em um determinado ponto da matéria. Entretanto, em apliações prátias as doses absorvidas são aluladas em média para erto volume de teido ou órgão. Então, a dose absorvida média, expressão (ICRP 103, 2008). D T, no volume de um teido ou órgão, T é definida pela D T T D( x, y, z). T ( x, y, z). dv ( x, y, z). dv Onde V é o volume da região do teido T, D é a dose absorvida no ponto (x,y,z) nesta região e ρ é a densidade de massa nesse ponto. Na prátia, a dose média absorvida em um órgão ou teido T, D T, é usualmente esrita omo D T. Eq.(2.5.2) Dose Equivalente (H T ) Como os efeitos da radiação podem variar om a qualidade (tipo e energia) da radiação, para uma mesma dose absorvida. Então foi neessário riar um oneito om o qual fosse possível omparar os efeitos devidos às diferentes qualidades de radiação. Assim, alguns tipos de radiação são mais efetivos do que outros quando se trata de efeitos estoástios. Para quantifiar esse fato e permitir que a omparação seja possível, foi introduzida a grandeza dose equivalente, H T, que é o somatório das doses médias absorvidas em um órgão ou teido, (D T,R ), ponderadas por um fator de peso adimensional da radiação, w R, relativo ao tipo e energia da radiação inidente R (ICRP 103, 2008), ou seja: H D. w T R T. R R Eq.(2.5.3) Onde D T,R é a D T proveniente de um únio tipo de radiação. A dose equivalente é expressa em J/kg no Sistema Internaional de Unidades. Para não haver onfusão om a dose absorvida, a unidade para a dose equivalente reebe o nome espeial de sievert (Sv). 16

34 Os fatores w R têm sido espeifiados na definição das grandezas de proteção desde a Publiação 60 (ICRP 60, 1991). Eles são fatores onde as doses absorvidas médias em qualquer teido ou órgão são multipliadas pelos w T para levar em onta o detrimento ausado pelos diferentes tipos de radiação relativo a radiação de fótons Dose Efetiva (E) A dose efetiva, E, é a soma ponderada das doses equivalentes em todos os teidos e órgãos do orpo, expressa por: E = T w. H T T Eq.(2.5.4) onde w T é o fator de peso do teido, H T é a dose equivalente a ele atribuída e o w T 1, (ICRP 103, 2008). No Sistema Internaional de Unidades, a dose efetiva é expressa em J/kg, mas reebe o nome espeial de sievert (Sv). 2.8 Simuladores Antropomórfios de Voxel Embora as araterístias de simuladores antropomórfios matemátios (MIRD- 5, ADAM, EVA), estejam de aordo om o homem de referênia om relação às massas e volumes, possuem limitações quanto à geometria das formas do orpo inteiro e dos órgãos individuais; houve neessidade de representá-los de forma simplifiada para que se pudesse simulá-los utilizando o método Monte Carlo devido às limitações dos reursos omputaionais (proessadores, memória e espaço de armazenamento). Em ontrapartida, a anatomia humana é extremamente omplexa para ser realistiamente representada por um singelo onjunto de equações matemátias. Em muitos modelos a avaliação de dose na medula óssea é muito ompliada. Em geral, assume-se que ela está distribuída uniformemente no esqueleto e nos modelos atuais ainda utiliza-se o mesmo proedimento. Como alternativa à limitação imposta pela omplexibilidade da anatomia humana aos simuladores matemátios, surgiu uma nova tendênia na onstrução de modelos antropomórfios. Como resultado, simuladores mais realistas são obtidos a partir da manipulação de imagens internas do orpo humano. Fantomas em voxel 17

35 (Volume pixel) provêm de uma seqüênia de imagens digitais de órgãos e teidos do orpo humano, que são superpostas por tomografia omputadorizada ou ressonânia magnétia, e mostram áreas de seção, vistas de topo, ao longo do orpo do indivíduo a ser analisado. Estes modelos onstituem o último esforço para o aperfeiçoamento dos modelos omputaionais. Os fantomas em voxels são a representação real do orpo humano e sua estrutura permite determinar a energia depositada nos órgãos ou teidos. Contudo, para a utilização destes dados, enontram-se algumas barreiras iniiais que não são fáeis de serem superadas. Na onstrução de um modelo anatômio através de imagens por tomografia, a qualidade original dos dados é ruial para a fiel representação das estruturas orporais internas. As imagens forneem informações detalhadas da anatomia do orpo humano. Uma fatia de imagem, quando omputadorizada, representa uma matriz de pixels em uma geometria de duas dimensões. Por multipliação da medida do pixel pela fatia da espessura de uma imagem, obtém-se o elemento tridimensional, o voxel (CHAO, 2001; BALTHAR, 2002). A Figura 2.4 mostra os passos envolvidos no desenvolvimento de um modelo anatômio de orpo humano através de imagens para álulos de dosimetria. A dimensão de pixels de ada imagem bidimensional depende da resolução esolhida durante a opção de varredura para a obtenção do onjunto original de imagens TC. Figura Passos envolvidos na onstrução de um modelo dosimétrio para orpo inteiro (BOZKURT, 2000). Em geral as imagens são quadradas, ontendo 512 x 512 pixels. Para que se hegue a um onjunto onseutivo de imagens transversais ideais para uso em dosimetria numéria, o onjunto original sofre alguns proessos de transformação omo segmentação, lassifiação e reamostragem. O proedimento hamado segmentação, aplia-se ao proessamento de rotinas para interpretar os dados das ores de uma varredura dentro de um tipo de teido existente dentro do orpo (CHAO, 2001). A partir 18

36 das imagens tomográfias originais, novas imagens de todos os ortes podem ser onstruídas, onde vários ontornos de órgãos podem ser reonheidos, através das diferenças nos tons de inza. A Figura 2.5 mostra a diferença entre as imagens antes e depois da segmentação (BOZKURT, 2000). A maioria dos órgãos não possui uma grande variação de densidade de um voxel para o outro, não oasionando perda signifiativa de informação. Com base nisto, são utilizados sete diferentes teidos para a onstrução dos modelos, que são: Teido pulmonar; Teido mole; Pele; Músulo; Ossos ompatos (ossos); Medula óssea, e; Ar. Imagem 1 Imagem 2 Figura Imagem 1: Fatia de uma imagem de tomografia omputadorizada. Imagem 2: A mesma imagem após o proesso de segmentação. Uma vez que o órgão ou teido é segmentado, é atribuída a ada or um número ID (lassifiação) espeífio daquele órgão. Estes IDs estão relaionados om uma tabela de ores do sistema operaional ou do usuário. Neste aso as regiões segmentadas são órgãos e teidos de maneira que todos os voxels que pertençam a um mesmo órgão ou teido possuam o mesmo ID (LOUREIRO, 2002). Estes voxels quando totalmente reunidos onstituem um modelo para a representação de orpo inteiro, que pode ser lido e importado para o ódigo Monte Carlo para a simulação do transporte de radiação. 19

37 2.8.1 O Fantoma de Voxels MAX A aquisição de um onjunto apropriado de imagens é um proesso laborioso da segmentação de muitos órgãos e teidos de maneira anatomiamente orreta são duas suposições prinipais para a onstrução de fantomas tomográfios ou de voxels, os quais, algumas vezes, são difíeis de enontrar ou serem onretizados. Felizmente, os resultados do fantoma de voxels desenvolvido por Zubal et al. (1994 e 1995) têm sido aessíveis à omunidade ientífia através do sítio da universidade de Yale (Zubal, 2001). Três fantomas de voxel segmentados estão entre os dados disponíveis no sítio da universidade de Yale: VOXELMAN: um fantoma de voxel de torso e abeça MANTISSUE 3-6: o fantoma VOXELMAN om pernas braços que estão fehados na frente do abdômen. VOXTISS8: o fantoma de voxel MANTISSUE 3-6 om os braços estirados ao longo do orpo. Todos esses três fantomas foram onstruídos om o mesmo bano de dados, as 78 imagens TC adquiridas do pesoço ao meio da oxa om fatias de 1 m de espessura, 55 imagens da tomografia omputadorizada da região da abeça e do pesoço, om fatias de 0,5 m de espessura, e 124 imagens de ressonânia magnétia transversas de alta resolução om fatias de 0,15 m de espessura olhidas de um paiente programado para uma varredura de abeça, tórax, abdômen e pélvis para o diagnóstio de melanoma difuso. Sua altura era de 1,75 m e peso de 70 kg. O VOXELMAN representa a ombinação de imagens segmentadas da TC da abeça e do orpo om 4 mm 3 de volume de voxel. Mais tarde braços e pernas segmentados de ortes transversais em vermelho do Homem Visível (SPITZER e WHITLOCK, 1998) foram adiionados por STUCHLY (1996) ao fantoma do torso, que foi então denominado MANTISSUE 3-6. Este fantoma foi reajustado para hegar ao tamanho de 3,6 mm 3 de voxel. Finalmente os braços do fantoma MANTISSUE 3-6 foram estiados ao longo dos lados do orpo por SJOGREEN (1998), mantendo o volume de 3,6 mm 3 de voxel. Essa versão tem sido hamada de VOXTISS8 e onsiste de 487 fatias transversais segmentados do orpo, ada um expandindo-se a uma matriz de 192 x 96 pixels, era 20

38 de 40 órgãos e teidos foram segmentados no trono, braços e pernas e era 56 órgãos e teidos da abeça. O Fantoma VOXTISS8 tem estatura orporal de 175,3 m e foi este modelo de voxel, o esolhido omo a base de dados para a onstrução do fantoma MAX, Figura 2.6 (a), (b), (). Figura (a), (b) e () - O Fantoma (Simulador) MAX (KRAMER et al., 2003) O Fantoma Adulto Masulino MAX foi desenvolvido a partir de imagens segmentadas existentes de um orpo humano masulino, para se obter uma representação, o mais aproximado possível, das propriedades anatômias do homem masulino de referênia da ICRP O Fantoma de Voxels MAX 06 O fantoma MAX (Male Adult voxels) foi desenvolvido por Kramer e olaboradores (KRAMER et al., 2003), baseado em imagens segmentadas de um paiente adulto do sexo masulino VOX_TISS8 forneidas por Zubal et al O fantoma MAX06 (KRAMER et al., 2006) é uma atualização do fantoma MAX. Nele estão inluídas estruturas omo os brônquios, os nódulos linfátios, e a próstata, que não eram disponíveis nos fantomas originais. Houve modifiações também na aresta do voxel de 3,6 mm, para 1,2 mm, para a versão MAX 06, esta redução de aresta oasiona o aumento no número de voxels na ordem de 27 vezes, o que impossibilita a simulação (LEE, 2006) mesmo para omputadores de 8GB de memória RAM. 21

39 2.9 O Método de Monte Carlo As ténias de álulo numério e simulação de Monte Carlo podem ser desritas omo métodos estatístios que usam números aleatórios ou pseudo-aleatórios omo base para efetuar simulações do omportamento de sistemas físios. O objetivo prinipal destes métodos é reproduzir o omportamento dos sistemas reais de uma forma o mais rigorosa possível, usando distribuições de probabilidade onheidas. Cada meanismo de interação é araterizado por uma seção de hoque diferenial (SCD) a qual determina a distribuição de probabilidade de várias grandezas relevantes para essa interação (transferênia de energia, deflexão angular, geração de partíulas seundárias, et.). Uma vez que as SCD s das várias interações sejam espeifiadas, os programas de Monte Carlo exeutam uma rotina de números aleatórios para efetuar o perurso da partíula no meio. No entanto mesmo as SCD s mais reentes são aproximações teórias ou são obtidas experimentalmente, pelo que são afetadas por inertezas intrínseas. Atualmente existe uma série de ódigos gerais de Monte Carlo om transporte aoplado de fótons e elétrons omo o, EGS4 (NELSON, 1985), PENELOPE (BARÓ, 1985), EGSnr (KAWRAKOW, 2001), EGS5 (HIRAYAMA, 2006) que simulam somente fótons, elétrons e pósitrons. Distinguem-se ainda outros ódigos omo o GEANT (AGOSTINELLI, 2003) e o FLUKA (FERRARI, 2005) que também simulam neutrons e partíulas arregadas O Código MCNPX O ódigo MCNPX (Monte Carlo N-Partile) (BRIESMEISTER, 2008) é um dos métodos de Monte Carlo mais utilizados para a simulação do transporte de partíulas. Foi desenvolvido pelo Laboratório Naional de Los Alamos (LANL) e foi programado em Fortran 90 e C. Pode ser utilizado para o transporte individual de nêutrons, fótons e elétrons ou no transporte aoplado de nêutrons, fótons e elétrons, inluindo a apaidade de alular onstantes de multipliação para sistemas rítios. Nêutrons são simulados om energias entre 10-2 mev a 100 MeV, fótons om energia entre 1 kev a 100 GeV e energias de elétrons entre 1 kev a 1 GeV. O ódigo trata uma onfiguração tridimensional arbitrária de materiais em élulas limitadas por superfíies omo esferas, 22

40 ilindros, elipses, ones e toróides, além de possuir a apaidade de segmentar a geometria de irradiação em estruturas de voxels. 23

41 Capítulo 3 MATERIAIS E MÉTODOS Nesta seção é feita desrição do modelo de arquivo de entrada para o ódigo MCNP (input) para a simulação de dose absorvida na água, modifiações no simulador MAX para que as sementes pudessem ser inseridas e modelagem dos fatores que podem vir a afetar as distribuições de dose na próstata. 3.1 O Código de Transporte de Radiação MCNPX O ódigo de transporte de partíulas MCNPX utilizado no presente trabalho é uma ombinação da versão MCNP4C om o ódigo LAHET (Los Alamos High-Energy Transport), que simula o transporte e interação de núleons, múons, píons e íons leves em geometrias omplexas e estende as apaidades do MCNP. O ódigo ontém todas as apaidades do MCNP4C e MCNP5 e pode simular o transporte de fótons, elétrons, nêutrons, prótons, íons leves et., partíulas arregadas na matéria para amplas faixas de energias (BOZKURT, 2000). 3.2 Conversão de um Arquivo de Imagem para um Arquivo de Entrada INPUT do MCNPX O software SCMS é uma ferramenta omputaional para a onstrução de modelos anatômios a partir de imagens médias tal omo, tomografia omputadorizada, (TC), SPECT ou outros tipos de imagens digitais similares (YORIYAZ, 2003). Este software interpreta as imagens e as transforma em um arquivo de input para ser usado pelo ódigo MCNP para a simulação do transporte de radiação pelo orpo humano. Ele lê um pequeno input de arquivo hamado SINP que ontém a informação básia sobre o formato do arquivo de imagem e opções do usuário (YORIYAZ et al., 2000;. YORIYAZ et al., 2001; STABIN et al., 2002). O usuário deve transformar todas as imagens para o formato ASCII, pois o SCMS só onsegue ler os arquivos de imagens quando estão neste formato. Como 24

42 resultado prinipal, o SCMS gera um arquivo hamado MCNPINP, da geometria integrando os dados anatômios 3D e a atividade do mapa no formato apropriado, que é o input ompleto para a simulação do transporte de radiação. 3.3 A Desrição da Geometria do Problema Usando Reurso Estruturas Repetidas Á medida que a radiação atravessa a matéria, sua intensidade iniial é atenuada através das interações om o meio. São as informações sobre I 0, que é a intensidade da radiação antes de atravessar o material, e I (x), que é a intensidade após as interações om o meio, que forneem as informações a respeito dos tons de inza gerados em uma tomografia (BUYNAY, 1995). O uso da tomografia ou ressonânia magnétia gera uma imagem om tons de inza. A um mesmo tom de inza é atribuída uma or (densidade). Em uma matriz de voxels, um elemento de volume de um órgão omo o estômago, por exemplo, pode apareer repetidas vezes. Isso é o que se hama de estrutura repetida. O prinipal objetivo do uso do reurso de estruturas repetidas no MCNP é a possibilidade de desrever uma únia vez as élulas e superfíies de qualquer estrutura que aparee mais de uma vez no problema a ser simulado. Através das estruturas repetidas é possível modelar geometrias difíeis e irregulares. Alguns exemplos da apliação destas estruturas em onstrução de geometrias são: um núleo de um reator nulear que tem inúmeros módulos de ombustíveis pratiamente idêntios; uma sala ontendo alguns objetos idêntios, ontudo geometriamente ompliados, distribuídos de forma irregular no interior da sala e, no aso deste trabalho, a onstrução de geometrias irregulares de órgão tais omo: próstata, ólon, intestino delgado, pânreas ou estômago (BOZKURT, 2000; REIS, 2009). As élulas uma vez dispostas numa determinada seqüênia podem então, definir um volume geométrio qualquer desejado, sendo que ada élula unitária neste volume poder ter sua omposição e materiais alterados, failitando a modelagem de volumes não apenas irregulares, mas também heterogêneos em sua omposição. Além de permitir a onstrução de estruturas irregulares, o reurso estruturas repetidas possibilita o álulo da dose em ada élula que representa um elemento de volume que ompõe a estrutura. Desta forma, é possível obter não apenas o valor da dose média no volume da estrutura, omo também a dose em ada elemento de volume 25

43 individualmente, forneendo uma distribuição espaial de dose em todo volume da estrutura. O uso deste reurso, entretanto, não reduz o tempo de proessamento, pois toda a geometria do problema preisa ser verifiada antes do iníio do proessamento do transporte. Caso exista algum erro na geometria, o proesso é interrompido om mensagens de erro. Quando a geometria é muito omplexa, este passo onsome muito tempo de proessamento Estrutura dos Dados de Entrada do MCNP Usando o Fantoma em Voxel No fantoma em voxel, a estrutura repetida na omposição da geometria do problema faz om que todos os órgãos e teidos do orpo humano sejam onstituídos por voxels. Na malha prinipal, para o simulador MAX (Figura 3.1), tem-se que no eixo X existem 158 fatias, que resultam em uma largura de 56,88 m; no eixo Y temos 74 fatias, que resultam em um omprimento de 26,64 m e no eixo Z temos 486 fatias, que resultam em uma altura de 175,32 m, (Figura 3.1 (a) e (b)). Figura (a) Representação dos planos que definem a élula prinipal do simulador MAX e (b) diagrama esquemátio da élula do bloo prinipal Células e Universos Uma élula do simulador MAX, pode ser a omposição de 1 universo tal omo aontee om a próstata, que tem as seguintes araterístias: densidade ( = 1,05 g/m 3 ), material de omposição sendo teido mole e é representado pelo universo de número 224 Da mesma forma, uma élula também pode ser omposta por dois ou mais 26

44 universos que têm araterístias distintas entre si omo, por exemplo, o ólon, que é omposto pelos universos 183 e 211 e têm diferenças na geometria, om densidades de 0,95 e 1,09 g/m 3, respetivamente e teidos adiposo e epitelial. No aso do fantoma de voxels MAX e MAX 06, os universos são redes hexaédrias representadas pelo omando lat = 1. A dose absorvida nos órgãos ou teidos, que são representados no simulador MAX pelas élulas ou universos do input, foi obtida a partir do omando mnemônio *F8, energia depositada (MeV). Por exemplo, na Figura 3.2 tem-se o registro de *F8 e a representação do universo (224) para a próstata, (183 e 211) pertenem ao ólon. Estes universos preenhem a élula 2 que representa o volume do voxel. Figura Representação dos universos que preenhem a élula Preenhimento dos Universos A malha prinipal é resultante da interseção dos seis planos ( ), um paralelepípedo, onde é usado o omando fill para espeifiar omo os universos preenherão este sólido geométrio. A Figura 3.3 mostra uma linha de omando onde fill = 9999, signifia que a élula número 1, prinipal, não está preenhido por nenhum material, isto é, váuo (representada por 0); por fim determina-se a importânia das partíulas que depositarão energia na élula prinipal, para o aso do problema a ser estudado, as partíulas seleionadas foram os fótons e elétrons, a eles atribuiu-se a importânia igual a 1. Figura Linha de omando do MCNP que representa na élula prinipal o preenhimento por váuo, a interseção dos planos e a importânia para fótons e elétrons Definição dos Voxels na Malha Prinipal 27

45 No bloo de superfíies, definiram-se om seis planos ( ), os ubos que ompõem os voxels de aresta de 0,36 m (Figura 3.4). O omando lat define para o MCNP que a malha prinipal é feita por hexaedros. O omando fill informa quantas fatias existem no omprimento, eixo x (158), na largura, eixo y (74) e na altura, eixo z (486), que formam o bloo que representa o fantoma MAX. Iniialmente estes voxels estão preenhidos por váuo. Figura Representação dos omandos que definem as dimensões da aresta do voxel, através das interseções de planos. Este universo é preenhido iniialmente por váuo Transformação de uma Matriz em Estruturas Repetidas Na Figura 3.5, após os proessos de segmentação, lassifiação e reamostragem, pode se observar, à esquerda uma matriz 2D da 55ª imagem do simulador MAX, Male Adult Voxel, (VIEIRA, 2004) e a sua direita respetiva representação no modelo de estruturas repetidas, por exemplo, no iníio o ID 0 aparee 97 vezes. Logo é esrito, de forma equivalente, 0 96r. O input final para o álulo da dose na próstata om 100 sementes de 125 I, inseridas no MAX tem um pouo mais de linhas. Figura Exemplo da transformação de uma matriz 2D para o modelo de estruturas repetidas. 28

46 A modalidade de preenhimento dos universos tem o seguinte padrão. Suponha que um universo reebeu o número omo mostrado no detalhe da Figura 3.6. Esta élula está ligada a um material que reebeu o número 1, que por sua vez terá sua omposição químia definida no bloo de materiais; o número que vem à seguir representa a densidade físia (g/m 3 ) do material representado na élula; o próximo passo é definir as interseções dos planos que vão formar o voxel, por fim atribui-se um universo que preenherá esta élula, no aso deste exemplo o universo representado pelo número 9 (Figura 3.6-detalhe). Figura Desrição dos universos om espeifiação da densidade e materiais que irão ompor os voxels A Malha Auxiliar O proesso de inserção de sementes de 125 I, na malha prinipal da estrutura em voxels é diferente da oloação das mesmas no fantoma esfério. O fato de simplesmente modelar as geometrias, élulas, e definir todas as fontes emissoras, não garante que o MCNPX irá rodar o arquivo de entrada. Para que este arquivo de entrada funione é neessário a onstrução de outra malha, a malha auxiliar que, tal omo a malha prinipal, também é omposta por 6 planos, sendo seu omprimento de 70 m, (eixo x = -10 até 60), largura de 40 m, (eixo y = -10 até 30) e altura de 190 m (eixo z = -10 até 180). Esta malha auxiliar Figura 3.7 que envolve a malha prinipal, possibilita a simulação das fontes de 125 I, sem erros fatais. Figura 3.7 Comando que representa a riação da malha auxiliar. 29

47 Representação do Bloo de Materiais No bloo de materiais um elemento químio pode ser representado na forma ZZAAA. A Figura 3.8 mostra, por exemplo, os elementos químios que ompõem a medula óssea. Por exemplo, o número 8000 signifia que o MCNP está onsiderando todos os isótopos naturais do oxigênio (ZZAAA => 08000). O sinal negativo signifia a porentagem do elemento químio que existe no órgão a ser trabalhado omo, por exemplo, ainda para o aso do oxigênio sua porentagem será 33,8%. A modelagem dos elementos químios que ompõem a medula óssea e as suas respetivas porentagens para o aso da medula óssea está representada na Figura 3.8. Hidrogênio 11,0% Carbono 52,60% Nitrogênio 2,10% Oxigênio 33,8% Sódio 0,05% Fósforo 0,05% Enxofre 0,15% Potássio 0,10% Ferro 0,05% Figura Elementos químios presentes na medula óssea om suas respetivas porentagens (ICRU, 1989) 3.4 As Modifiações feitas no MAX e MAX 06 Muitas modifiações tiveram que ser feitas no simulador MAX, para que as fontes de 125 I pudessem ser inseridas, uma delas já posta no subitem , que foi a riação da malha auxiliar. Após isso, foram inseridas todas as superfíies que ompõem as sementes de 125 I, as élulas, que estarão assoiadas a estas superfíies e, por fim, a fonte a ser simulada foi definida. No aso do MAX 06, além dos passos já expliados no iníio desta seção, foram feitos seis ortes no fantoma, já que este fantoma possui um grande número de voxels, o que atualmente impossibilita a simulação. O proesso dos ortes feitos no MAX 06 serão detalhados na seção

48 3.4.1 Desrição das Superfíies SURFACE Cards Foram seleionadas formas geométrias na representação geométria do problema; para isto, foram usados arateres mnemônios indiando o tipo de superfíie e em seguida os oefiientes da equação da superfíie seleionada. A Figura 3.9 apresenta as superfíies que ompõem a 1º e a 100º sementes om ilindros paralelos ao eixo z (/z), planos perpendiulares ao eixo (z) e elipses (sq). Fonte 1: 125I loalizada na próstata posiao /z pz pz /z /z pz pz /z sq e e-8 256e e sq e e-8 256e e * * Fonte 100: 125I loalizada na próstata posiao /z pz pz /z /z pz pz /z sq e e-8 256e e sq e e-8 256e e Figura Configuração dos planos, ilindro e semi-elipsóides que vão ompor a 1ª e 100ª fontes do MAX Desrição das Células CELL Cards Nesta parte dos dados de entrada, foi feita a onstrução da geometria do problema e para esta representação geométria, utilizam-se ombinações de formas geométrias pré-definidas, omo planos, esferas, elipsóides, dentre outras, que são seleionadas e desritas no item As regiões são ombinadas utilizando-se operadores booleanos tais omo interseções, uniões e sensos (sentidos) das superfíies, são também representados os materiais e densidades das élulas, que irão ompor a geometria do problema. A Figura 3.10 mostra as élulas que ompõem a 1º e a 100º sementes do fantoma de água, e do fantoma de voxels MAX, respetivamente. A modelagem das 100 sementes é desrita nas seções 3.6 para o fantoma de água, e 3.7 para o fantoma de voxels, respetivamente. 31

49 (a) ( ) imp:p,e= ((17:9:-10) ( )) imp:p,e= (((-13 5):(-6-14):( )) (15:-6:5)) imp:p,e= (( ) (16:-10:9)) imp:p,e=1 * * ( ) imp:p,e= ((387:9:-10) ( )) imp:p,e= (((-430 5):(-6-431):( )) (385:-6:5)) imp:p,e= (( ) (386:-10:9)) imp:p,e=1 (b) Célula fonte 125I om enapsulamento ( ) imp:p,e= (( ) (7000:7001:-7002)) imp:p,e= (( ) (7003:7001:-7002)) imp:p,e= ((( ):( ):( )) (7004:-7006:7005)) imp:p,e=1 * * ( ) imp:p,e= (( ) (7990:7991:-7992)) imp:p,e= (( ) (7993:7991:-7992)) imp:p,e= ((( ):( ):( )) (7994:-7996:7995)) imp:p,e=1 Figura 3.10 Bloo de élulas para a 1ª e 100ª sementes, em (a) para a próstata de água e em (b) para o simulador MAX A Definição da Fonte Existem várias opções para desrever a fonte no MCNP; porém, algumas araterístias são omuns, tais omo: posição da fonte, energia, tipo de partíula, dentre outros dados que podem araterizar diversos tipos de fonte. A Figura 3.11 apresenta a definição da fonte para todas as sementes de 125 I no fantoma esfério e nos fantomas antropomórfios de voxels MAX e MAX 06. Os omandos POS, ERG, RAD e EXT foram esritos em função da élula emissora de 125 I, representada por CEL = d1. Figura Configuração da fonte de 125 I, no fantoma MAX Posição da Fonte A posição das 100 fontes que estão inseridas nos fantomas MAX e MAX 06 e o fantoma esfério é representada pelo omando, POS=FCEL d2. A Figura 3.12 mostra a onfiguração no input do fantoma MAX da 1º e 100º fontes 32

50 Figura Configuração das posições da 1º e 100º fontes de 125 I, no fantoma MAX Configuração do Espetro de Energia da Fonte Para ada semente de 125 I, desreveu-se no input o espetro da fonte om a sua respetiva probabilidade de emissão, através do omando ERG=FCEL D110. Na figura 3.13, estão representadas as energias e probabilidades da 1º e 100º sementes. Figura Configuração das energias e probabildades de emissão da 1º e 100º fontes de 125 I, no fantoma MAX A Camada de 125 I Emissora O omando RAD=FCEL D220, representa a amada de 1 m de 125 I, que está adsorvida no ilindro de prata. A Figura 3.14 representa a distribuição do omando para a 1º e 100º sementes. Figura Configuração da asa ilíndria emissora da 1º e 100º fontes de 125 I, no fantoma MAX. 33

51 A Extensão do Cilindro Emissor O omando EXT=FCEL D330, representa a extensão de 0,15 m amada ilíndria que irá emitir as energias do 125 I. Na Figura 3.15 estão representadas as extensões da 1º e 100º sementes. Figura Configuração da extensão do ilindro emissor da 1º e 100º fontes de 125 I, no fantoma MAX Tipo de Grandeza a ser Calulada na Simulação: Cartão Tally O omando TALLY no MCNP é utilizado para espeifiar o que o usuário quer que seja esrito nos dados de saída, ao final de uma exeução. Existem algumas opções, que podem ser seleionadas através do uso de seu mnemônio orrespondente, que são apresentados na Tabela 3.1 a seguir: Tabela 3.1: Grandezas que podem ser aluladas pelo MCNP. Mnemônio Desrição F1:N, F1:P ou F1:E Corrente integrada sobre uma superfíie F2:N, F2:P ou F2:E Fluxo médio sobre uma superfíie F4:N, F4:P ou F4:E Fluxo médio sobre uma élula F5:N ou F5:P Fluxo em um ponto F6:N, F6:P ou F6:N Energia depositada em uma élula F7:N Deposição de energia média de fissão de uma élula F8:E ou F8:P,E Distribuição de pulsos de energia riados em um detetor *F8 Deposição de arga MeV Cálulo de Dose Absorvida om o MCNPX om o Tally *F8 O MCNPX normalmente alula a dose absorvida assumindo a aproximação do kerma, ou seja, assumindo que a energia inétia transferida por partíulas arregadas é 34

52 depositada loalmente. Esta ondição é satisfeita quando o equilíbrio de partíulas arregadas é assegurado (GOORLEY, 2005). Quando o equilíbrio de partíulas arregadas não pode ser garantido, a dose absorvida deve ser determinada utilizando o omando *F8, do MCNPX (GOORLEY, 2005). Este omando, que foi utilizado em todos os inputs modelados neste trabalho, ontabiliza a energia depositada em um volume dv subtraindo a energia que sai da energia que entra no volume dv, onforme mostrado na Figura Volume dv de massa m (g) E sai E entra ΔE = E entra - E sai Figura Representação do álulo da energia depositada pelo omando *F8 do MCNPX. Para obter o valor da dose absorvida o resultado forneido pelo omando *F8 (energia depositada MeV) deve ser dividido pela massa m do volume dv (GOORLEY, 2005) Espeifiação de Materiais Os materiais são representados no MCNP pela omposição isotópia, através da estrutura: ZAID 1 fração 1 ZAID 2 fração 2... Onde: ZAID n é uma representação numéria na forma ZZZAAA.nnX, ontendo o número atômio do elemento (Z), a massa do elemento (A) e nn e X são opções para o aionamento biblioteas de seções de hoque espeiais. Temos omo exemplo: W => ZAID = nº. atômio 35

53 182 nº. de massa Delimitação do Problema (Cutoffs) Nesta opção são apresentados os limites impostos pelo usuário para a finalização do problema, tais omo tempo, número de histórias, et. O MCNP utiliza este parâmetro omo um limitador para ada uma das opções seleionadas. Como por exemplo, podese itar o número de histórias (Mnemônio NPS), que quando for atingido o número de histórias seleionado, o ódigo irá interromper sua exeução e apresentará então uma mensagem de finalização e terminará a exeução do problema. Deve-se lembrar que o MCNP utiliza uma linha em brano, para realizar a separação dos bloos de dados entre CELL, SURFACE, e DATA. Neste item, não foram apresentadas todas as opções que podem ser utilizadas na representação de um problema no MCNP, que podem ser enontradas no manual do ódigo, que ontém uma grande quantidade de informações, porém, prourou-se dar uma idéia geral do que é neessário para a onstrução de um arquivo de entrada deste ódigo. Todas as estruturas do input om todos os itens aima desritos podem ser visualizadas no Anexo 1 deste trabalho Tipo de Radiação MODE Card: Onde é feita seleção do tipo de radiação (ou radiações) que será simulada no problema, as possibilidades são: MODE: N: Apenas o transporte de nêutrons; N P: Transporte de nêutrons e fótons; P: Apenas o transporte de fótons; E: Apenas o transporte de elétrons; P E: Transporte de fótons e elétrons; N P E:Transporte de nêutrons, fótons e elétrons. Na modelagem do input para a simulação das energias do espetro da fonte de 125 I seleionou-se pelo transporte de fótons e elétrons, ou seja, mode p e, que pode ser visualizado anteriormente na Figura

54 3.4.9 Estimativa do Erro Relativo no MCNP O erro relativo, denotado R, é definido pelo desvio padrão estimado da média S, dividido pela média estimada x. No MCNPX, a quantidade requerida para esta X estimativa do erro o tally e seu segundo momento são alulados após ada história ompletada pelo método de Monte Carlo, o que explia o fato de que as várias ontribuições para um tally proveniente da mesma história são orrelaionadas. Em termos simples, R pode ser desrito omo uma medida da boa qualidade dos resultados alulados. Este erro relativo pode ser usado para formar intervalos de onfiança sobre o prinipal valor estimado. Quando próximo a um número infinito de eventos, há uma hane de 68% (isto é, a 1 de um intervalo gaussiano ao redor do valor médio) que o resultado verdadeiro esteja situado na faixa x 1 R. Para um tally do MCNPX, o erro relativo R será proporional a, onde N é o número de histórias (KOCK, 2009). Onde é o desvio padrão das histórias amostradas e R é proporional a 1/ desta forma para reduzir R à metade, o número de histórias deve ser o quádruplo. O erro relativo é utilizado para a avaliação dos resultados do presente trabalho, e um guia para interpretação do erro relativo pode ser observado na Tabela 3.2. Tabela Reomendação para interpretação do erro relativo R. Valores de R Classifiação da grandeza alulada 0,5 a 1,0 Não signifiante ou desartável 0,2 a 0,5 Pouo signifiante ou onfiável 0,1 a 0,2 Questionável <0,1 Geralmente digna de onfiança, exeto para detetores puntiformes <0,05 Geralmente onfiável para detetores puntiformes Nesta seção, não foram apresentadas todas as opções que podem ser utilizadas na representação de um problema no MCNP, que podem ser enontrados no manual do ódigo, que ontém uma grande quantidade de informações, porém, prourou-se 37

55 apresentar uma idéia geral do que é neessário para a onstrução de um arquivo de entrada do ódigo. 3.5 O Cálulo da Dose A determinação da atividade, em desintegrações por segundo, não é uma medida fáil de se obter uma vez que a fonte é enapsulada. Os estudos dos dados publiados revelam que diferenças de 15 a 20% têm sido reportadas por diferentes autores para alguns radionulídeos, omo 192 Ir e 182 Ta. Além disso o uso reomendado da onstante de taxa de exposição em lugar da onstante gama espeífia também ausa diferenças, pois esta última onsiderada a taxa de exposição somente devida aos raios-gamas da fonte e não inlui fótons de raios-x araterístios do elemento químios que onstitui a fonte nem o Bremsstrahlung interno. Portanto, a espeifiação em termos de atividade é uma fonte de inerteza na braquiterapia (ZEITUNI, 2008). A grandeza moderna para a substituição da atividade aparente é a intensidade do kerma no ar S k, uja unidade reomendada é Gy.m 2.h -1. Quando se reebe o lote de fontes do fabriante esta atividade é espeifiada em termos de S k, o físio médio, para efeitos de failitar para o entendimento do irurgião onverte esta atividade de S k para mci, fazendo o uso da relação 1,27 Gy.m 2.h -1 /mci. O álulo da dose na próstata pode ser avaliado levando em onsideração o período igual ao total de deaimentos do radionulídeo em mci. Para isso, é neessário alular o total de transformações que oorrerão na fonte sobre período de tempo que vai de t = 0 até t =. A atividade, que representa o número de transformações por segundo é dada pela equação. (3.5-a) Onde: Atividade no tempo t em bequerel (Bq) A 0 = Atividade iniial em bequerel (Bq) Constante de deaimento (s -1 ) Tempo do iníio até o final dos deaimentos (s) 38

56 A onstante de deaimento, radionulídeo e é alulada usando a equação: é determinada usando a meia-vida do (3.5-b) teremos então: Considerando-se o tempo de meia-vida do 125 I de 59,43 dias, em segundos (3.5-) Usando-se o tempo de meia-vida (s), na equação (3.5-b), aha-se a onstante de deaimento do 125 I. (3.5-d) Usando as equações (3.5-a) e (3.5-b) o número de transformações pode ser alulados para qualquer período de tempo. Neste trabalho, onsiderou-se a integração da equação (3.5-a) sobre um período infinito tempo: (3.5-e) A solução enontrada em (3.5-e),, será usada para alular a dose final para o tratamento de próstata devido ao implante de sementes de 125 I. 3.6 A Modelagem de um Implante Real na Próstata de Água No fantoma esfério que representa a próstata foram inseridas 100 sementes de 125 I puntiformes e volumétrias (Amersham 6711), onstituindo dois arquivos de entrada (input) independentes. Para os valores finais de doses deve-se onsiderar o total de transformações sobre um período infinito de tempo. As sementes foram inseridas ao longo de ino seções perpendiulares no eixo x, om os entros fixados sempre nas oordenadas de x 1 = -0,8, x 2 = -0,4, x 3 = 0, x 4 = 0,4, 39

57 x 5 = 0,8. As 100 sementes inseridas dentro do fantoma de água são mostradas na Figura 3.17 Fatia x = -0.8 Fatia x = -0.4 Fatia x = 0 Fatia x = +0.4 Fatia x = +0.8 Figura 3.17 Visualização da geometria do input om 100 fontes volumétrias usando o programa Moritz (RIPER, 2008). 3.7 A Modelagem das Sementes de 125 I no Fantoma MAX As fontes de 125 I foram distribuídas proporionalmente, de aordo om o número de voxels presentes na fatia da próstata do fantoma MAX. Na seção 3.3 foi apresentada a modelagem das élulas, superfíies e a definição da fonte, respetivamente. Na Figura 3.18, estão representadas as regiões seleionadas para a inserção das sementes. O voxel inza esuro representa o universo da próstata. Observa-se pela figura que a fatia om maior número de voxels, z = 83,60, é a que tem maior número de sementes,

58 Fatia z = (10 Sementes) Fatia z = (10 Sementes) Fatia z = (21 Sementes) Fatia z = (10 Sementes) Fatia z = (15 Sementes) Fatia z = (14 Sementes) Fatia z = (10 Sementes) Fatia z = (6 Sementes) Fatia z = (4 Sementes) Figura 3.18 Visualização da geometria do input om 100 fontes volumétrias usando o programa Moritz (RIPER, 2008). 41

59 3.8 A Modelagem das Sementes de 125 I no Fantoma MAX 06 O problema do exessivo número de voxels do fantoma MAX 06 (LEE, 2006), para ser exeutado no ódigo MCNP, pode ser resolvido seleionando-se somente as fatias da pélvis de interesse para serem simuladas, através do software de manipulação e onstrução de fantomas de voxel 3D desenvolvido na Universidade Estadual de Santa Cruz na Bahia, TomoMC (MILIAN, 2007). Foram seleionadas 154 fatias ao longo do eixo x (18,48 m), 163 fatias ao longo do eixo y (19,56 m) e 131 fatias ao longo do eixo z (15,72 m), resultando assim em voxels em vez dos do total de voxels existentes no MAX 06. Esta redução teve omo onseqüênia a eliminação do erro de aloação dinâmia da memória do omputador além de otimizar o tempo omputaional da simulação. A Figura 3.19 apresenta a visualização em 3D da próstata e seus teidos adjaentes. Figura 3.19 Modelagem para a simulação no fantoma MAX 06 em (a) são apresentados os ortes em x, y e z realizados pelo TOMOMC; (b) mostra-se as imagens sementes de 125 I geradas no programa Moritz (em 3D), om as élulas da próstata (35), paredes da bexiga (40), e onteúdo da bexiga: água e urina (32). Na Figura 3.20 estão representadas as visualizações das sementes de 125 I no volume da próstata ao longo do eixo x, (x 1 = 6,8; x 2 = 7,0; x 3 = 7,25; x 4 = 7,5; x 5 = 7,75 x 6 = 8,0; x 7 = 8,25; x 8 = 8,5; x 9 = 8,75; x 10 = 9,0; x 11 = 9,25; x 12 = 9,5; x 13 = 9,75; x 14 = 10,0; x 15 = 10,3 m). A modelagem foi feita de forma a tentar homogeneizar a dose em todo o volume da próstata e respeitando a distânia padrão das sementes na agulha usada durante operação, que é de 1 m. 42

60 Fatia x = 6.8 m 4 sementes Fatia x = 7.0 m 7 sementes Fatia x = 7.25 m 4 sementes Fatia x = 7.5 m 8 sementes Fatia x = 7.75 m 5 sementes Fatia x = 8.0 m 10 sementes Fatia x = 8.25 m 6 sementes Fatia x = 8.5 m 12 sementes Fatia x = 8.75 m 6 sementes Fatia x = 9.0 m 12 sementes Fatia x = 9.25 m 6 sementes Fatia x = 9.5 m 10 sementes Fatia x = 9.75 m 12 sementes Fatia x = 10 m 6 sementes Fatia x = 10.3 m 1 sem Figura 3.20 Visualização da geometria do input om 100 fontes volumétrias usando o programa Moritz (RIPER, 2008). 43

61 3.9 Metodologia para o Cálulo a Auto Absorção da Fonte de 125 I. A investigação da auto absorção foi realizada, levando se em onsideração a existênia de 1, 5, 8 ou 32 sementes (puntiformes ou volumétrias), totalizando oito simulações om o ódigo MCNPX. Levou-se em onta que as sementes estariam inseridas em um fantoma de água, simulando a próstata, projetado omo uma esfera de raio 1,724 m e massa de 21,46 g, que é exatamente a mesma massa da próstata do fantoma MAX. Usou-se o tally *F8 para alular a energia depositada (MeV) em 4 detetores (mini-esferas de raio 0,05 m), uja distânia ao entro da próstata é de 1,6 m e estão loalizados nos ângulos de 0º, 90º, 180º, 270º (REIS JUNIOR-b et al., 2009). Nos dois primeiros experimentos simulados posiionou-se uma fonte no entro do sistema de oordenadas (0, 0, 0), e realizou-se a primeira simulação, onsiderando a fonte puntiforme (Figura 3.21-b), e a segunda simulação onsiderando a fonte omo sendo volumétria (Figura 3.21-a). Figura 3.21 Visualização da geometria da próstata simulada. Em (a) foi onsiderada a geometria da fonte Amersham 6711, em (b) a fonte emissora é puntiforme. (SCHWARZ, 2007). No tereiro experimento o entro da primeira semente oinide om o entro do sistema de oordenadas. Outras quatro fontes foram simuladas om seus entros loalizados nas posições (0, 0, 0,5), (0, 0, -0,5), (0, 0,5, 0), (0, -0,5, 0), (Figura 3.22-a). No quarto experimento, as posições são as mesmas do tereiro, porém, om o diferenial do fato das fontes serem puntiformes (Figura 3.22-b). 44

62 Figura 3.22 Visualização da geometria da próstata om 5 fontes inseridas. Em (a) foi onsiderada a geometria da fonte Amersham 6711, em (b) a fonte emissora é puntiforme. O quinto experimento foi realizado inserindo-se oito sementes, om os seus entros loalizados nas posições (0, 0,3, 0,75), (0, 0,9, 0,75), (0, -0,3, 0,75), (0, -0,9, 0,75), (0, 0,3, -0,75), (0, 0,9, -0,75), (0, -0,3, -0,75), (0, -0,9, -0,75), omo ilustrado na Figura 3.23-a. No sexto experimento, as posições foram as mesmas do quinto, mas as fontes foram onsideradas puntiformes (Figura 3.23-b). Figura 3.23 Visualização da geometria da próstata om 8 fontes inseridas. Em (a) foi onsiderada a geometria da fonte Amersham 6711, em (b) a fonte emissora foi onsiderada puntiforme. Nos sétimo e oitavo experimentos as oordenadas dos entros das sementes foram as seguintes para a seção perpendiular ao eixo x, x 1 = 0,4 são (0,4, 0,3, 0,75), 45

63 (0,4, 0,9, 0,75), (0,4, -0,3, 0,75), (0,4, -0,9, 0,75), (0,4, 0,3, -0,75), (0,4, 0,9, -0,75), (0,4, -0,3, -0,75), (0,4, -0,9, -0,75). Para as outras seções perpendiulares ao eixo x, x 2 = -0,4, x 3 = 0,8 e x 4 = -0,8; sendo os valores em y e z mantidos nas oordenadas supraitadas. Totalizando as 32 sementes volumétrias omo mostra da Figura As posições para as sementes puntiformes são as mesmas dos entros das fontes volumétrias. Figura 3.24 Visualização da geometria próstata om 32 fontes volumétrias om o programa Moritz (RIPER, 2008). Quando se realizam álulos de dose para fontes volumétrias, a tendênia é que grande parte dos fótons seja atenuada pelo ilindro de prata e pelo enapsulamento de titânio, portanto para que se possam fazer omparações entre o álulo das doses entre fontes puntiformes e volumétrias é neessário obter um fator de orreção que leve em onsideração estes fótons que são atenuados na fonte volumétria. Para omparar os dois formalismos de fontes, puntiforme e volumétria foi obtida através das razões entre a auto absorções normalizadas nos detetores vertiais, horizontais e na próstata, um fator de orreção, para as 4 onfigurações de fontes supraitadas. A média dos fatores de orreção da dose para fontes puntiformes foi obtida fazendo-se a seguinte razão: (4.4) A média do fator de orreção enontrado foi 0,46 om o desvio padrão de 0,04. Este fator de orreção para as fontes puntiformes, que levou em onta as atenuações dos 46

64 fótons emitidos pela fonte volumétria de 125 I, no ilindro de prata e no enapsulamento de titânio, foi usado para multipliar a energia depositada enontrada pelo tally *F8, nas omparações entre as auto absorções para 1, 5, 8, 32 fontes de 125 I e no álulo da dose na próstata quando se onsidera a inserção de fontes puntiformes Estudo das Heterogeneidades no Fantoma Esfério e na Próstata do Fantoma de Voxels MAX 06. Atualmente, o proesso de planejamento do tratamento de braquiterapia é feito por meio de softwares que possuem em sua formulação dados obtidos experimentalmente e por métodos de Monte Carlo, ujos álulos são baseados em um fantoma de água. Este tipo de fantoma não leva em onsideração as heterogeneidades de omposição dos órgãos e teidos vizinhos da região do volume a ser tratado (MARTINS, 2010). O estudo das heterogeneidades visa investigar as influênias das densidades e omposições químias, tanto do fantoma esfério quanto na próstata do fantoma de voxels MAX, quando se onsideram dois meios distintos: a água e o teido mole (JARRET, 1995). A Tabela 3.3 mostra as diferenças tanto na densidade quando na porentagem da omposição químia dos elementos que ompõem os dois meios. Tabela 3.3 Diferenças nas omposições químias e densidades dos fantomas de água e teido mole (ICRU, 1989) Teido Mole ( = 1,05 g/m 3 ) H 10,45% C 12,45% N 2,57% O 73,52% Na 0,17% P 0,20% S 0,18% Cl 0,22% K 0,21% Ca 0,01% Fe 0,01% I 0,01% Água ( = 1,00 g/m 3 ) H 66,67% O 33,33% Usando os fantomas esfério e de voxels MAX, fez-se uma série de simulações, sempre onsiderando 80, 88 e 100 sementes, modifiando-se ora a omposição químia, ora a densidade da élula que representa a próstata, da seguinte maneira: Tanto no simulador MAX quanto no fantoma esfério o valor da densidade foi fixado em 1,0 g/m 3 e foram feitas 2 séries de simulações om omposições químias distintas: a primeira onsiderou os simuladores ompostos de água, o 47

65 segundo om a devidas porentagens de elementos químios que ompõem o teido mole (Tabela 3.3). O valor da densidade do teido mole foi onsiderado padrão estabeleido pela ICRU 44 ( = 1,05 g/m 3 ). Os resultados obtidos nas simulações visam mostrar as diferenças perentuais, para água e teido mole. Devido às densidades e omposição químia dos meios A Avaliação do Edema da Próstata no Implante Permanente O estudo do impato do edema da próstata no pós-implante foi realizado através das simulações em Monte Carlo (REIS JUNIOR-a et al, 2009). Para este objetivo, a próstata foi onsiderada omo uma esfera de água, om o volume aumentando em 50%, ou seja, de 20 m 3 para 30m 3, om passos de variação de volume de 1 m 3. Esta simulação foi realizada om a semente de 125 I posiionada no entro do sistema de oordenadas, quatro mini-esferas detetoras foram posiionadas na periferia da próstata loalizadas em 0º, 90º, 180º, 270º, om raio de 0,05 m. A Figura 3.25 mostra a esfera que representa a próstata om o volume de 20 m 3 e raio de 1,68 m. Figura Geometria da próstata simulada (SCHWARZ, 2007) Metodologia para a Determinação das Curvas de Isodose para o Fantoma MAX 06. No ódigo MCNPX, o tally *F8, estimador para a energia depositada (MeV), foi usado de modo a simular a dose em uma matriz 3D de voxels (TARANENKO et al., 2005), em vez de determinar esta dose no volume integrado do órgão de interesse. A 48

66 fatia x = 7,0 m do MAX 06 (Figura 3.20) foi seleionada para a simulação das urvas de isodose pelo posiionamento, que proporiona um gradiente de dose mais homogêneo ao longo da matriz. Esta matriz ontém todos os voxels da próstata da fatia x = 7,0 m além de voxels de algumas élulas ou órgãos que são adjaentes a ela, omo, por exemplo, a bexiga ou ólon. Realizou-se a simulação em todos os voxels da matriz 2D. A Figura 3.26 mostra as oordenadas em x (58); em y (48:65) e z (64:78) e todos além da representação de todos os órgão que fazem parte desta matriz (TARANENKO et al., 2005) que são: 35 Próstata; 9 Músulo; 22 Gordura; 118 Linfonodos; Figura 3.26 Visualização gráfia da matriz onde será determinado o álulo da dose em todos os voxels om o tally *F8 (RIPER, 2008) Parâmetros Dosimétrios Indiadores da Qualidade do implante Segundo NATH et al. (2009), YU et al. (1999) e (AMADEI, 2008) existem parâmetros de dosimetria que são fundamentais na demonstração da qualidade no pós implante para a braquiterapia de próstata sendo relaionados omo: - D90: dose que engloba 90% do volume da próstata. 49

67 - V90: volume de próstata englobado pela urva de isodose orrespondente a 90% da dose; áreas ou pontos de subdosagem. - V100: volume de próstata englobado pela urva de isodose orrespondente a 100% (144 Gy) da dose presrita. - V150: volume de próstata englobado pela urva de isodose orrespondente a 150% (216 Gy) da dose presrita; áreas ou pontos de superdosagem. Com a metodologia apresentada anteriormente para a obtenção das urvas de isodose para a fatia x = 7,0 m da (Figura 3.26), foi possível a determinação dos fatores de qualidade da braquiterapia itados aima visando ompará-los om resultados obtidos pelo sistema de planejamento. 50

68 Capítulo 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES Nas seções seguintes serão apresentados os resultados para os números máximo e mínimo de sementes de 125 I que são usadas em implantes de braquiterapia de próstata, onsiderando-as puntiformes e volumétrias, no fantoma esfério, no MAX e no MAX 06. Os resultados referentes à influênia do edema na próstata e da auto absorção da fonte, que foram disutidos no Capítulo 1, também serão apresentados, além dos valores de dose nos órgãos radiossensíveis, adjaentes à próstata. As prinipais urvas de isodose, que são aquelas em que as fontes de 125 I estão inseridas, também serão apresentadas ao longo deste apítulo e no Apêndie 2 desta tese. 4.1 Fantoma de Água e o Fantoma de Voxels MAX Os resultados das simulações realizadas om o fantoma MAX, MAX 06 e o fantoma esfério serão apresentados, onsiderando as atividades iniiais (mínima e máxima), de 0,27 mci e 0,38 mci, respetivamente. As simulações foram realizadas levando-se em onta o número mínimo, médio e máximo de sementes que geralmente são utilizadas em implantes permanentes: 80, 88 e 100 sementes, respetivamente, (PEREIRA JÚNIOR, 2003; AMADEI, 2008). Usando a solução da equação do deaimento integrada de zero até o infinito, apresentada em (3.5-e), para a onfiguração de 88 sementes de 125 I e om atividade iniial de 0,27 mci, tem-se. (4.1) Os valores totais das desintegrações para todas as onfigurações de sementes e todas as atividades serão apresentados na Tabela

69 Tabela 4.1 Número total de desintegrações para 80, 88 e 100 fontes de 125 I, para as atividades de 0,27 mci e 0,38 mci. Atividade iniial Número Total de transformações (des) 80 Sementes 5,92E+15 A 0 = 0,27 mci 88 Sementes 6,51E Sementes 7,40E Sementes 8,33E+15 A 0 = 0,38 mci 88 Sementes 9,17E Sementes 1,04E Fontes Volumétrias As fontes volumétrias simuladas om o MCNP foram inseridas no fantoma de água e no simulador de voxels MAX visando a obtenção da dose na próstata. Para um total de 10 7 histórias simuladas o erro perentual produzido no tally *F8 foi de 0,16%. Diferentemente dos resultados apresentados para fontes puntiformes, os valores de dose onsiderando-se fontes volumétrias se aproximam mais do valor de 144 Gy, reomendado pela TG-64. A Figura 4.1 apresenta as doses totais na próstata, quando as sementes são modeladas volumetriamente. De aordo om os gráfios, observa-se que algumas onfigurações de fonte subestimam a dose de 144 Gy, omo é o aso da onfiguração de 80 sementes inseridas no fantoma de voxel onsiderando a atividade iniial de 0,27 mci, resultando em uma dose total 127,72 Gy. Entretanto, existem onfigurações que superestimam a dose em mais de 50%, omo é o aso da onfiguração de 100 sementes inseridas no fantoma de água om atividade iniial de 0,38 mci, (245,11 Gy). 52

70 Figura 4.1 Doses na próstata onsiderando 80, 88 e 100 sementes volumétrias de 125 I inseridas no fantoma de água (F.E), no simulador MAX e no MAX 06 em (a) tem-se valores de dose onsiderando a atividade iniial de 0,27 mci em (b) tem-se a atividade iniial de 0,38 mci. 4.3 Auto Absorção da Fonte de 125 I. Nas subseções seguintes serão apresentados os valores das médias da energia depositada normalizada nos detetores posiionados nos ângulos de 90º e 270º (detetores vertiais), 0º e 180º (detetores horizontais), assim omo os valores das doses absorvidas para o fantoma esfério para todas as oito onfigurações simuladas (1, 5, 8, 32 fontes puntiformes e volumétrias). Esta normalização foi feita em função normalizados em função da maior dose absorvida enontrada, que foi para a onfiguração de 32 sementes puntiformes nos detetores horizontais, que teve seu valor fixado em (100%) Detetores Horizontais (0º e 180º) Tendo omo referênia a maior energia depositada enontrada, (32 sementes puntiformes, (100%), os resultados obtidos usando o fator de orreção de 0,46 53

71 onsiderando fontes puntiformes, para os detetores horizontais resultam em diferenças de até 6,6% para estes detetores. 100,0% 80,0% Detetores Horizontais 0º e 180º 32 Sementes Pontuais; 100,0% 32 Sementes Volumétrias; 99,0% 60,0% 40,0% 8 Sementes Pontuais; 36,3% 20,0% 0,0% 1 Semente 1 Semente Pontual; Volumétria; 2,7% 2,1% 5 Sementes Pontuais; 15,0% 5 Sementes Volumétrias; 11,9% 8 Sementes Volumétrias; 29,7% Figura 4.2 Diferenças perentuais entre as médias das doses absorvidas para sementes puntiformes e volumétrias. (Detetores horizontais) Detetores Vertiais (90º e 270º) Ainda usando omo referênia a maior energia depositada enontrada, que foi itada na Figura 4.2 determinou-se a dose absorvida normalizada e os resultados mostrados na Figura 4.3, mostram que mesmo usando o fator de orreção de 0,46 houve diferenças entre fontes puntiformes e volumétrias, porém estas são inferiores a 1%. 54

72 Detetores Vertiais 90º e 270º 100,0% 80,0% 32 Sementes Pontuais; 88,8% 32 Sementes Volumétrias; 88,5% 60,0% 40,0% 20,0% 0,0% 4 Sementes Pontuais; 1 Semente 1 Semente 17,0% 5 Sementes pontual; Volumétria; Volumétrias; 3,2% 3,0% 16,5% 8 Sementes Pontuais; 28,9% 8 Sementes Volumétrias; 28,5% Figura 4.3 Diferenças perentuais entre as médias das doses absorvidas nos detetores para sementes puntiformes e volumétrias. (Detetores vertiais) Próstata A maior dose absorvida na simulação do fantoma esfério foi enontrada na onfiguração de 32 sementes puntiformes (100%), por esse motivo, todos os resultados foram normalizados em função desta onfiguração. A Figura 4.4 mostram que as difenças perentuais entre os dois tipos de fonte pode hegar em 9,7% Dose Próstata 100,0% 80,0% 32Sementes Pontuais; 100,0% 32 Sementes Volumétrias; 90,3% 60,0% 40,0% 20,0% 0,0% 1 Semente 1Semente Pontual; Volumétria; 3,9% 3,4% 5 Sementes Pontuais; 20,9% 5 Sementes Volumétrias; 20,0% 8 Sementes Pontuais; 26,9% 8 Sementes Volumétrias; 25,1% Figura 4.4 Diferenças perentuais entre as doses absorvidas para a próstata. 55

73 Todos os resultados mostrados nas seções aima evideniam que mesmo tendo um fator de orreção de fonte puntiforme para volumétria, ainda assim existirão diferenças, no que tange a energia depositada e, onsequentemente na dose absorvida tanto nos detetores, quanto na próstata simulada, estas disparidades podem ser expliadas pela geometria e anisotropia da fonte de 125 I. 4.4 Fontes Puntiformes O fator de orreção de 0,46, que levou em onta as atenuações dos fótons emitidos pela fonte de 125 I no ilindro de prata e no enapsulamento de titânio foi usado para multipliar a energia depositada enontrada pelo tally *F8. Esta energia depositada em MeV foi onvertida para Gy através dos álulos demonstrados em (3.5-e) e em (4.1) na próstata simulada do fantoma esfério e nos fantomas de voxels MAX 05 e MAX 06. O valor final enontrado foi multipliado pelo fator de orreção para fontes puntiformes que é 0,46. O valor das doses simuladas que são mostradas na Figura 4.5 mostram que mesmo multipliando a energia depositada pelo fator 0,46 as doses para fontes puntiformes para as duas atividades e para os três fantomas simulados superam os valores enontrados para as fontes volumétrias, estas diferenças perentuais têm os valores entre 10 e 18%. Este resultado onfirma a importânia do álulo dos parâmetros dosimétrios para as fontes pontuais, pois a diferença enontrada é devido à anisotropia e geometria da fonte de 125 I 56

74 MAX MAX MAX 06 MAX 06 F.E F.E MAX MAX MAX 06 MAX 06 F.E F.E MAX MAX MAX 06 MAX 06 F.E F.E DOSES (Gy) - A 0 =0,27 mci TG-64 (a) 80 Sementes 88 Sementes 100 Sementes DOSES (Gy) - A 0 =0,38 mci TG-64 (b) 80 Sementes 88 Sementes 100 Sementes Figura 4.5 Doses na próstata onsiderando 80, 88 e 100 sementes puntiformes de 125 I inseridas nos fantomas esfério de água (F.E.) e no simulador de voxels MAX, em (a) tem-se valores de dose onsiderando a atividade iniial de 0,27 mci em (b) tem-se a atividade iniial de 0,38 mci. 4.5 Análise das Heterogeneidades no MAX 06 e no Fantoma Esfério Nas subseções seguintes serão apresentadas as disrepânias perentuais das doses na próstata em função de omposição químia e densidade, tanto para o fantoma esfério que representa a próstata, quanto para o fantoma antropomórfio de voxels, que é representado pelo MAX Análise das Diferenças Perentuais no Fantoma Esfério Os resultados das simulações realizadas pelo ódigo MCNPX, no fantoma esfério de água e teido mole estão organizados na Tabela 4.2, que mostra as diferenças perentuais dos valores de dose devido à omposição químia e densidade, bem omo o total das diferenças desses dois parâmetros. A disrepânia média pela omposição químia e densidade tiveram os valores de dose de 3,21 Gy e 6,56 Gy, respetivamente, sendo que a diferença média total para esses dois parâmetros foi 9,77 Gy. Esses resultados, mostraram que não se devem desprezar as heterogeneidades no álulo da dose para o tratamento de braquiterapia de próstata. Usou-se o tally *F8 para 57

75 obtenção dos resultados, onde foram simuladas 5 x 10 6 histórias e o erro relativo da dose foi inferior a 1%. Tabela 4.2 Diferenças perentuais das doses devido as influênias da densidade, omposição químia e total para o fantoma esfério de água e teido mole que podem representar a próstata. Fantoma esfério Dose (Gy) Água 80 sementes 143,19 Teido mole 80 sementes 152,35 Água 88 sementes 155,48 Teido mole 88 sementes 165,42 Água 100 sementes 174,16 Teido mole 100 sementes 184,37 Diferença Perentual Densidade Diferença Perentual Composição Químia Diferença Perentual Total 4,3% 2,1% 6,4% 4,1% 2,3% 6,4% 4,1% 1,8% 5,9% Análise das Diferenças Perentuais na Próstata do Fantoma de Voxels MAX 06 Para a próstata do fantoma de voxels MAX 06, todos os resultados pertinentes às simulações foram organizados na Tabela 4.3. As diferenças médias entre os valores de dose foram 2,73 Gy e 5,56 Gy, devido a omposição químia e densidade, respetivamente, portanto o total das diferenças tem o valor 8,29 Gy. Assim omo oorreu na análise do fantoma esfério, as simulações na próstata do fantoma MAX 06 onfirmam que heterogeneidades não podem ser desprezadas nos álulos de dose em tratamentos de braquiterapia de próstata. Tabela 4.3 Diferenças perentuais das doses devido as influênias da densidade, omposição químia e total para a próstata do fantoma de Voxels MAX 06. Diferença Diferença Diferença Fantoma de Voxels Perentual Dose (Gy) Perentual Perentual MAX 06 Composição Densidade Total Químia Água 80 sementes 119,87 Teido mole 80 sementes 127,72 4,5% 2,1% 6,6% Água 88 sementes 132,32 Teido mole 88 sementes 140,51 4,1% 2,1% 6,2% Água 100 sementes 149,61 Teido mole 100 sementes 158,42 3,9% 2,0% 5,9% 58

76 4.6 Doses em Órgãos de Riso Para alular a dose nos órgãos de riso que são adjaentes à próstata, onsiderou-se a fonte de 125 I omo volumétria, porém a atividade iniial da fonte não pode ser onsiderada de 0,38 mci, pois os valores de doses totais resultantes superam dose reomendada pelo doumento TG-64 (Figura 4.2). Para a atividade de 0,27 mci, os valores totais de dose relativos à 80 e 88 sementes subestimam a dose de 144 Gy. Por outro lado valor relativo às 100 fontes no fantoma MAX 06 é superior à dose padrão em 20,90 Gy. Então, para realizar a simulação usou-se a onfiguração que resultou no valor mais próximo de 144 Gy, que é 88 sementes de 125 I e atividade iniial de 0,27 mci, 146 Gy (Figura 4.1-a MAX06). Com o valor final de dose no fantoma MAX 06 em 146 Gy, uma diferença de menos de 1,5% em relação à dose padrão. Usando a atividade de 0,27 mci, alulou-se a dose para órgãos de riso e que são adjaentes à próstata. A maior dose foi enontrada na bexiga, 2,92 Gy. A Tabela 4.4 apresenta os valores de dose para os prinipais órgãos adjaentes à próstata, om erros relativos inferiores a 1%. Os resultados simulados mostram a importânia do tratamento para onservar a integridade dos órgãos adjaentes. Tabela 4.4 Doses nos prinipais órgãos de riso adjaentes à próstata. Cólon 1,16 Gy Bexiga Intestino Delgado Testíulos 2,92 Gy 0,01 Gy 0,10 Gy 4.7 A Influênia do Edema na Dose total da Próstata O edema resultante da inserção de sementes de 125 I na irurgia de braquiterapia pode ser signifiante e influenia nos valores de dose. Na realização deste estudo, variou-se o volume da próstata de 20 m 3 até 30 m 3, em passos de 1 m 3. Os resultados obtidos foram normalizados em função da maior dose absorvida enontrada, para a onfiguração em que o volume da próstata simulada foi de 20 m 3. O tally *F8 do ódigo MCNPX foi usado para registrar a dose absorvida em ada mini-esfera (Figura 59

77 3.17). O número de histórias simuladas foi de 1,5 x 10 9, resultando em erros relativos inferiores a 4% em todas as mini-esferas. Na Figura 4.3-a é observado que a redução da dose absorvida na periferia da próstata, para os detetores posiionados nos ângulos de 0º e 180º, pode hegar até 30,2%. Para os detetores posiionados nos ângulos de 90º e 270º, a redução de dose absorvida, Figura 4.3-b, pode hegar a 24,1%. Este valor já era esperado, pois omo se observa na geometria da fonte de 125 I na próstata simulada, a fonte apresenta mais espessura de blindagem ao longo do eixo y do que no eixo x (Figura 2.2). 60

78 Figura 4.6 Derésimo da média da dose absorvida em função do volume da esfera em: (a) detetores posiionados nos ângulos de 0º e 180º (b) detetores posiionados nos ângulos de 90º e 270º. Os pontos das Figuras 4.3-a e 4.3-b podem ser ajustados por uma linha de tendênia, ujos oefiientes de regressão são 0,97 e 0,99, respetivamente. Uma vez que estes valores estão muito próximos a unidade pode-se onsiderar os pontos dos gráfios omo uma reta. 61

79 4.8 Curva de Isodose para a Fatia Seleionada do MAX 06 Conforme mostrou a Figura 4.2, a onfiguração que mais se aproximou do valor da dose estabeleida pelo TG-64, é a de 88 sementes volumétrias om a atividade iniial de 0,27 mci (146 Gy). Por esse motivo os valores de dose na próstata enontrados foram normalizados em função desta onfiguração. O álulo da dose em ada voxel é apresentado pelos passos da equação 4.7. Volume do voxel (aresta 0,12 m) (4.7-a) Massa do voxel omposto por teido mole ( = 1,05 g/m 3 ) (4.7-b) Conversão da dose em um únio voxel de MeV para Gy = (4.7-) Dose (em Gy) para um únio voxel usando a integração da equação do deaimento (2.8-e) de t = 0 até t =, para 88 sementes e valor de atividade iniial de 0,27 mci, (6,51 x des, Tabela 4.1). (4.7-d) O fator 5,75 x 10 8, multipliará todos os voxels presentes na matriz seleionada (Figura 3.26), espeifiamente no eixo z, para onverter todos os resultados simulados pelo tally *F8 de MeV para Gy. A partir destes valores enontrados usou-se o omando de interfae gráfia do MATLAB (ontour) para determinar as urvas de isodose na 62

80 matriz seleionada. A rotina para a visualização de diferentes urvas de isodose enontra-se presente no APÊNDICE 2. A Figura 4.7 mostra a urva de isodose para a fatia de 7,0 m do MAX 06 (Figura 3.26). A or azul-marinho representa a urva de 72 Gy, em azul-laro a urva de 144Gy, e em amarelo a urva de 216 Gy. A élula 35 representa a próstata, a 9 representa o músulo, a 118 representa os linfonodos e a 22 representa o ólon. As urvas de isodose das outras fatias do fantoma de voxels MAX 06 enontram-se no APÊNDICE 3. Figura Curvas de isodose obtidas no utilizando o omando ontour. Nota-se pela urva de isodose, que as regiões próximas à fonte apresentam um gradiente de dose bastante aentuado podendo hegar a 288 Gy, onforme é mostrado nas regiões onde os voxels fiam bastante próximos da pelíula de 125 I emissora. É pereptível também que a urva de 144 Gy não onsegue alançar todos os voxels da fatia seleionada e este omportamento se repete nas outras fatias nas quais as sementes estão inseridas APÊNDICE Comparações entre os Fatores de Qualidade V 100 e V 150 obtidos om o MCNP e o Sistema de Planejamento Com o uso da urva de isodose apresentada na Figura 4.7, foram extraídos os parâmetros que indiam a qualidade do implante de braquiterapia de próstata, V 100 e 63

81 V 150, apresentados na seção Os resultados obtidos foram omparados om duas séries de planejamentos (Tabela 4.5); a primeira série foi apresentada por AMADEI (2008), que obteve as médias dos parâmetros V 100 e V 150 para 53 e 59 paientes, respetivamente; na segunda série de resultados foi obtida a média destes parâmetros para 50 paientes por França et al. (2009). Na Tabela 4.5 são apresentados também os valores de referênia previstos no doumento do TG-64. Tabela 4.5 Comparações entre os fatores de qualidade do implante V 100 e V 150 obtidos pelo MCNP e sistemas de planejamento enontrados na literatura. Autores e doumento de referênia V 100 V 150 TG-64 > 95% < 50% AMADEI 81,5% 31,0% FRANÇA et al 82,0% 47,0% Este Trabalho 81,7% 22,8% Os valores dos parâmetros V 100 e V 150 obtidos usando o MCNP, apresentam uma diferença razoável (13,3%) se omparados om o doumento do TG-64 e de bom aordo om os resultados experimentais dos planejamentos de braquiterapia enontrados na literatura. 64

82 Capítulo 5 CONCLUSÕES Neste trabalho foi realizado, através da simulação omputaional om o ódigo de Monte Carlo MCNPX, um estudo das avaliações das aproximações que são feitas pelo sistema de planejamento para a braquiterapia usando sementes de 125 I. Para a realização do estudo foram inseridas 80, 88 e 100 sementes puntiformes e volumétrias no fantoma esfério, que representa a próstata, e nos fantomas antropomórfio de voxels MAX e MAX06. Para as simulações realizadas foram adotadas as atividades mínima e máxima para o tratamento, 0,27 mci e 0,38 mci, respetivamente. Os resultados apresentados permitiram onluir que onsiderar a modelagem da fonte omo puntiforme, ainda que se onsidere om um fator de orreção de 0,46 multipliado pela energia depositada, gera diferenças de até 70% entre os resultados enontrados em relação ao valor de dose de 144 Gy estabeleido pelo doumento TG-64 da Assoiação Ameriana de Físios Médios. Modelar a fonte omo volumétria, dependendo da atividade iniial, resultou em valores de dose muito próximos 144 Gy na próstata, porém a onfiguração de 0,38 mci resultou em dose om mais de 50% de disrepânia perentual, destaando-se o valor (245,11 Gy), nos três fantomas simulados, quando omparados ao valor estabeleido pelo TG-64. A partir do melhor perfil de dose (fantoma MAX 06, 88 sementes volumétrias, A 0 = 0,27 mci), que resultou no valor de dose 146 Gy na próstata, estimou-se, usando o MCNPX, a energia depositada em todos os voxels do fantoma MAX em que as fontes de 125 I estavam inseridas. Posteriormente foi possível determinar, usando o MATLAB, as urvas de isodose para todas as fatias nas quais as sementes de iodo estavam inseridas; a partir da urva de isodose loalizada em x = 7,0 m, obteve-se os parâmetros indiadores da qualidade do implante, V 100 e V 150. Esses parâmetros apresentaram uma diferença razoável se omparados om o doumento TG-64, porém estão em bom aordo om os resultados experimentais, das médias dos mesmos parâmetros obtidos do planejamento de tratamento de diversos paientes. Ainda om o melhor perfil (146 Gy) investigou-se a dose em órgãos radiossensíveis que estão próximos à próstata. O álulo da dose indiou que nesses 65

83 órgãos o valor de dose hega no máximo a 2,9 Gy. A dose nos órgãos adjaentes e as urvas de isodose mostraram que o gradiente de dose deai rapidamente om o aumento das distânias das fontes ao órgão analisado, demonstrando a efiáia da braquiterapia de próstata om sementes de 125 I. O estudo relativo à influênia do edema pós-irúrgio na dose usando o fantoma esfério sugere que desartá-lo do sistema de planejamento pode levar a um álulo errôneo da dose na próstata, uma vez que o aumento do volume da próstata mostrou que a taxa de dose se reduz na periferia da próstata. Por fim, as simulações realizadas visando avaliar as heterogeneidades da próstata revelaram que onsiderar a próstata omo feita de água pode resultar em diferenças perentuais que hegam ao valor de 6,6%, o que influenia substanialmente na dose final para o tratamento de braquiterapia de próstata. O grande suesso do tratamento de braquiterapia de próstata é propoionar ao paiente um grande deposição de energia no loal de tratamento poupando os órgãos adjaente que são radiossensíveis, porém este tratamento ainda tem alguns pequenos erros que são desonsiderar o edema, onsiderar a próstata omo omposta de água e o formalismo do sistema de planejamento de fontes puntiformes, estas suessões de pequenos erro se propagam no final, é preiso que se onsidere estes erros para que se otimize o tratamento. Trabalhos Futuros Sugere-se que sejam realizadas aquisições de tomografias de paientes submetidos a tratamento de braquiterapia, e om os programas omputaionais San2MCNP e SAPDI (Sistema de Proessamento Digitais de Imagens) fazer a onversão das imagens tomográfias para um input em voxels para ser lido pelo ódigo MCNPX para posterior modelagem om as sementes de 125 I, 103 Pd e 131 Cs, visando simulações de tratamentos reais. Com a metodologia usada para traçar as urvas de isodose, pode-se usar os ódigos de Monte Carlo MCNPX e Geant4 para plotar as isodoses, para vários tipos de tratamentos de âner usando diversas fontes por exemplo: Traçar as urvas de isodose, usando o ódigo MCNPX para o tratamento de braquiterapia de útero, usando fontes de 192 Ir. 66

84 Curvas de Isodose para braquiterapia de próstata, usando fontes de 103 Pd, ou 131 Cs. Comparar através da simulação omputaional o formato dos gradientes de dose onsiderando o órgão analisado omo omposto de teido mole e água. Apresentar o álulo de dose para diversas massas de próstata, avaliando parâmetros omo atividade iniial e número de sementes neessárias para entregar a dose padrão estabeleida pela Assoiação Ameriana de Físios Médios. Otimizar urva de isodose usando Algoritmos evoluionários avaliando número, tipo e posiionamentos das sementes respeitando sempre as restrições impostas pelo proedimentos irúrgio. 67

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88 patients with prostate aner treated with external beamirradiation. Int. J. Radiat. Onol. Biol. Phys. 1998; 41: ICRP 60, Reommendations of the International Commission on Radiologial Protetion, International Commission on Radiologial Protetion, Pergamon Press, Oxford, ICRP 103, Reommendations of the ICRP, International Commission on Radiologial Protetion, Pergamon Press, Oxford, ICRU 44, Internarional Commission on Radiation Units AND Measurements. Report 44, Tissue Substitutes in Radiation Dosimetry and Measurement. (Bethesda, MD: International Commission on Radiation Units and Measurements),1989b. INSTRUCTIONS FOR THE USE OF RAPID STRAND FOR INTERTICIAL BRACHYTHERAPY TREATMENTS. Onura (2003). JARRET, J. M., Experimental Method Development for Diret Dosimetry of Permanent Interstitial Prostate Brahytherapy Implants. Master Siene. Louisiana State University. Departamente of Physis & Astronomy KAWRAKOW, I., ROGERS, D.W.O., The EGSnr Code System: Monte Carlo Simulation of Eletron and Photon Transport, Report PIRS-701 (Ottawa: National Researh Counil of Canada), KEYE, K. W., OLSEN, D. J., LIGHTNER, D. J. AND PAYNE, J. T., Improved Tehnique for Prostate Seed Implantation: Combined Ultrasoud and Flourosoopi Guidane. J. Endourology , KEHWAR, T. S., JONES, A. H., HUQ, M. S., BERIWAL, S., BENOIT, R. M. AND SMITH, R. P., Effet of Edema Assoiated with 131 Cs Prostate Permanent Seed Implants on Dosimetr Quality Indies. Departament of Radiation Onology

89 KNOLL, G. T., Radiation Detetion and Measurements J. Wiley and Sons, New York, KOCK, M. V. W., Variane Redution Tehniques for MCNP Applied to PBMR. Mini-Dissertation Master in Nulear Engineering Noth-West University. May 2009 KRAMER, R., VIEIRA, J. W., KHOURY, H. J., LIMA F. R. A. and FUELLE, D., All About MaX: a Male Adult Voxel Phantom for Monte Carlo Calulation in Radiation Protetion Dosimetry, Phys. Med. Biol., 48, , KRAMER, R., VIEIRA, J. W., KHOURY, H. J., LIMA, V. J. M., MAX 06 and FAX 06: update of two adult human phantoms for radiation protetion dosimetry. Phys Med Biol.,51(14): , LEE, C., NAGAOKA, T., LEE, J. K., Implementation of japanese male and female tomographi phantoms to multi-partile Monte Carlo ode for ionizing radiation dosimetry, Journal of Nulear Siene and Tehnology, v. 43, pp , LEGRAND, J., PEROLAT, J., LAGOUTINE, F., GALLIC, Y., Table de radionuléides, Commissariat à l Energie Atomique Bureal National de Métrologie. França, LOUREIRO, E. C. M., Construção de Simuladores Baseados em Elementos de Volume a partir de Imagens Tomográfias Coloridas, Tese de Doutorado, UFPE-DEN, Reipe-PE, LUSE, R. W., BLASKO, J. And GRIMM, P., A Method for Implementing the Amerian Assoiation of Physiists in Mediine Task Group 43 Dosimetry Reommendations for 125 I Transperineal Prostate Seed Implants on Comerial Treatment Planning Systems. Int. J. Radiat. Onol. Biol. Phys. 37, (1997). 72

90 MARTINS, M.C., 2010, Estudo das distribuições de dose em fantomas de voxels para fontes de braquiterapia om o ódigo de Monte Carlo GEANT4. Dissertação de Mestrado. Instituto de Radioproteção de Dosimetria-IRD. MEIGOONI, A. S., MELI, J. A. and NATH, R. Interseed effets on Dose for 125 I Brahytherapy Implants. Med. Phys (1992). MEREDITH, W. J., Radium Dosage the Manhester System, 2 nd ed.(e. and S. Livingstone, Edinburg), MILIAN, F. M., GARCIA, F., YORIYAZ, H., SIQUEIRA, P. T. D., ISSAC, S., TOMO_MC programa para riação de INPUT FILES para o MCNPX a partir de modelos anatomios 3D. In: XIII Seminário de Iniiação Científia e 9 Semana de Pesquisa e Pós-Graduação, 2007, Ilhéus. XIII Seminário de Iniiação Científia e 9 Semana de Pesquisa e Pós-Graduação. Ilhéus : UESC, p MOERLAND, M. A., WIJDRERMAN, H. K., BEERSMA, R., BAKKER, C. J., BATTERMANN J. J., Evaluation of Permanent 125 I Prostate Implants Using Radiography and Magneti Resonane Imaging. Int. J. Onol. Biol. Phys , NATH, R.; ANDERSON, L. L.; LUXTON, G.; WEAVER K. A.; WILLIAMSON J. F. AND MEIGOONI, A. S., Code of Pratie for brahytherapy physis: Report of the Amerian Assoiation of Physiists in Mediine Task Group No. 43, Med. Phys. 26, pp , (1995) USA. NATH, R., Refinements to the Geometry Fator Used in the AAPM Task Group Report No. 43 Neessary for Brahytherapy Dosimetry Calulations. Med. Phys , NARAYANA, V., ROBERSON, P. L., PU, A. T., SANDLER, H., WINFIELD, R. H., MLAUGHLIN P. W., Impat of Differenes in Ultrasound and Computed 73

91 Tomography Volumes on Treatment planning of permanent prostate implants. Int. Radiat. Onol. Biol. Phys , NELSON, W. R., HIRAYAMA, H., and ROGERS, D. W. O., The EGS4 Code System, Report SLAC- 265 (Stanford, CA: Stanford Linear Aelerator Center) PELOWITZ, D.B., Ed. MCNPX TM National Laboratory report LA-CP , April User s Manual. Version , Los Alamos PEREIRA JÚNIOR, P. P., Plano de Proteção Radiológia e Dosimetria Clínia para a Utilização de Sementes de 125 I em implantes de próstata. Radioterapia Botafogo, Rio de Janeiro, PILEPICH, M. V., WINTER, K., JOHN, M. J., MESIC, J. B., SAUSE, W., RUBIN, P., Phase III Radiation Therapy to Definitive Radiotherapy Onology Group (RTOG) trial of Androgen Deprivation Adjuvant to Definitive Radiothrapy in Loally Advaned Carinoma of the Prostate. Int. J. Radiat. Onol. Biol. Phys. 2001: 50(5): REIS L. P., Caraterização de alguns parâmetros dosimétrios de sementes de 125I utilizadas em implantes de próstata. Monografia, IF-UFRJ, (2009). REIS JUNIOR, J. P. R., SILVA, A. X., FACURE, A. N. S., CARDOSO, S. C., ROSA, L. A. R., Study of Edema Impat in Permanent Prostate Implants Using the Monte Carlo Method. International Nulear Atlanti Conferene, Rio de Janeiro, p. 1-5, 2009 (a). REIS JUNIOR, J. P. R., SILVA, A. X., FACURE, A. N. S., MONTEIRO, E. M., Avaliação da Blindagem Intersementes Usadas na Braquiterapia de Próstata Usando o Código MCNPX. XII Enontro de Modelagem Computaional. Rio de Janeiro, p. 1-8, 2009 (b). 74

92 RODRÍGUEZ, E. A. V., ALCÓN, E. P. Q., RODRIGUEZ, M. L., GUTT, F., ALMEIDA, E., Dosimetri Parameters Estamations Using PENELOPE Monte Carlo Simulation Code: Model 6711 a 125 I Brahhytherapy Seed. Appl. Radiat. Isot , RIPER, K. A. V., Moritz User s Guide. White Rok Siene, ROBERSON, P. L., NARAYANA, V., MSHAN, R. J., WINFIELD, R. J. and MLAUGHLIN, P. W., Soure Plaement Error for Permanent Implant of the Prostate. Med. Phys. 24, (1997). SANCHEZ, A., Projeto e Confeção de Simuladores Oftálmios para Apliações Clínias. Tese (Doutorado em Ciênias Tenologia de Apliações Nuleares), Instituto de Pesquisas Energétias e Nuleares - Autarquia Assoiada à Universidade de São Paulo, SCHWARZ, R., MCNPX Visual Editor Manual, SJOGREEN, K., The Zubal phantom data, voxel-based anthropomorphi phantoms (webpage: SOCIEDADE AMERICANA DE BRAQUITERAPIA. Disponível em < (Aesso em 10 de janeiro de 2011). SOLBERG, D. S., DeMARCO J. J., HUGO, G. AND WALLACE, R. E., Dosimetri Parameters of Three New Solid Core 125 I Brahytherapy Soures. J. Appl. Clin. Med. Phys. 3 (2), SPITZER, V. M., AND WHITLOCK, D. G., Atlas of the Visible Human Male (Boston, MA: Jones and Bartlett), STUCHLY, M., The Zubal phantom data, voxel-based anthropomorphi phantoms (webpage:

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95 APÊNDICE 1 Arquivo de entrada desenvolvido no LNRTR/COPPE Otimizado por Félix Mas Milian UESC Representação de 25 Fontes de 125I, em um fantoma esfério de raio 1,724 que representa a próstata. CELULAS ( ) imp:p,e= (( ) (7001:7005:-7006)) imp:p,e= (( ) (7002:7007:-7008)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7003:7009:-7010)) imp:p,e= ( ) imp:p,e= (( ) (7021:7025:-7026)) imp:p,e= (( ) (7022:7027:-7028)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7023:7029:-7030)) imp:p,e= ( ) imp:p,e= (( ) (7041:7045:-7046)) imp:p,e= (( ) (7042:7047:-7048)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7043:7049:-7050)) imp:p,e= ( ) imp:p,e= (( ) (7061:7065:-7066)) imp:p,e= (( ) (7062:7067:-7068)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7063:7069:-7070)) imp:p,e= ( ) imp:p,e= (( ) (7081:7085:-7086)) imp:p,e= (( ) (7082:7087:-7088)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7083:7089:-7090)) imp:p,e=1 Celulas 5 fontes desritas ( ) imp:p,e= (( ) (7101:7105:-7106)) imp:p,e= (( ) (7102:7107:-7108)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7103:7109:-7110)) imp:p,e= ( ) imp:p,e= (( ) (7121:7125:-7126)) imp:p,e= (( ) (7122:7127:-7128)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7123:7129:-7130)) imp:p,e=1 78

96 ( ) imp:p,e= (( ) (7141:7145:-7146)) imp:p,e= (( ) (7142:7147:-7148)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7143:7149:-7150)) imp:p,e= ( ) imp:p,e= (( ) (7161:7165:-7166)) imp:p,e= (( ) (7162:7167:-7168)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7163:7169:-7170)) imp:p,e= ( ) imp:p,e= (( ) (7181:7185:-7186)) imp:p,e= (( ) (7182:7187:-7188)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7183:7189:-7190)) imp:p,e=1 10 Celulas desritas ( ) imp:p,e= (( ) (7201:7205:-7206)) imp:p,e= (( ) (7202:7207:-7208)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7203:7209:-7210)) imp:p,e= ( ) imp:p,e= (( ) (7221:7225:-7226)) imp:p,e= (( ) (7222:7227:-7228)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7223:7229:-7230)) imp:p,e= ( ) imp:p,e= (( ) (7241:7245:-7246)) imp:p,e= (( ) (7242:7247:-7248)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7243:7249:-7250)) imp:p,e= ( ) imp:p,e= (( ) (7261:7265:-7266)) imp:p,e= (( ) (7262:7267:-7268)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7263:7269:-7270)) imp:p,e= ( ) imp:p,e= (( ) (7281:7285:-7286)) imp:p,e= (( ) (7282:7287:-7288)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7283:7289:-7290)) imp:p,e=1 15 Celulas desritas ( ) imp:p,e= (( ) (7301:7305:-7306)) imp:p,e=1 79

97 (( ) (7302:7307:-7308)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7303:7309:-7310)) imp:p,e= ( ) imp:p,e= (( ) (7321:7325:-7326)) imp:p,e= (( ) (7322:7327:-7328)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7323:7329:-7330)) imp:p,e= ( ) imp:p,e= (( ) (7341:7345:-7346)) imp:p,e= (( ) (7342:7347:-7348)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7343:7349:-7350)) imp:p,e= ( ) imp:p,e= (( ) (7361:7365:-7366)) imp:p,e= (( ) (7362:7367:-7368)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7363:7369:-7370)) imp:p,e= ( ) imp:p,e= (( ) (7381:7385:-7386)) imp:p,e= (( ) (7382:7387:-7388)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7383:7389:-7390)) imp:p,e=1 20 Celulas desritas ( ) imp:p,e= (( ) (7401:7405:-7406)) imp:p,e= (( ) (7402:7407:-7408)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7403:7409:-7410)) imp:p,e= ( ) imp:p,e= (( ) (7411:7415:-7416)) imp:p,e= (( ) (7412:7417:-7418)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7413:7419:-7420)) imp:p,e= ( ) imp:p,e= (( ) (7431:7435:-7436)) imp:p,e= (( ) (7432:7437:-7438)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7433:7439:-7440)) imp:p,e= ( ) imp:p,e= (( ) (7451:7455:-7456)) imp:p,e= (( ) (7452:7457:-7458)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7453:7459:-7460)) imp:p,e= ( ) imp:p,e=1 80

98 (( ) (7471:7475:-7476)) imp:p,e= (( ) (7472:7477:-7478)) imp:p,e= (( ):( ):( ) (7473:7479:-7480)) imp:p,e=1 25 Celulas desritas (7004:-7010:7009) (7024:-7030:7029) (7044:-7050:7049) (7064:-7070:7069) (7084:-7090:7089) (7104:-7110:7109) (7124:-7130:7129) (7144:-7150:7149) (7164:-7170:7169) (7184:-7190:7189) (7204:-7210:7209) (7224:-7230:7229) (7244:-7250:7249) (7264:-7270:7269) (7284:-7290:7289) (7304:-7310:7309) (7324:-7330:7329) (7344:-7350:7349) (7364:-7370:7369) (7384:-7390:7389) (7404:-7410:7409) (7414:-7420:7419) (7434:-7440:7439) (7454:-7460:7459) (7474:-7480:7479) imp:p,e= imp:p,e=0 superfiies z z z z pz pz pz pz pz pz sq sq Fonte 2: 125I loalizada na próstata posiao z z z z pz pz pz pz pz pz sq sq

99 Fonte 3: 125I loalizada na próstata posiao z z z z pz pz pz pz pz pz sq sq Fonte 4: 125I loalizada na próstata posiao z z z z pz pz pz pz pz pz sq sq Fonte 5: 125I loalizada na próstata posiao z z z z pz pz pz pz pz pz sq sq Fonte 6: 125I loalizada na próstata posiao z z z z pz pz

100 pz pz pz pz sq sq Fonte 7: 125I loalizada na próstata posiao z z z z pz pz pz pz pz pz sq sq Fonte 8: 125I loalizada na próstata posiao =====10.56/ z z z z pz pz pz pz pz pz sq sq Fonte 9: 125I loalizada na próstata posiao z z z z pz pz pz pz pz pz sq sq Fonte 10: 125I loalizada na próstata posiao

101 z z z z pz pz pz pz pz pz sq sq Fonte 11: 125I loalizada na próstata posiao z z z z pz pz pz pz pz pz sq sq Fonte 12: 125I loalizada na próstata posiao z z z z pz pz pz pz pz pz sq sq Fonte 13: 125I loalizada na próstata posiao z z z z pz pz pz pz pz pz

102 sq sq Fonte 14: 125I loalizada na próstata posiao z z z z pz pz pz pz pz pz sq sq Fonte 15: 125I loalizada na próstata posiao z z z z pz pz pz pz pz pz sq sq Fonte 16: 125I loalizada na próstata posiao z z z z pz pz pz pz pz pz sq sq Fonte 17: 125I loalizada na próstata posiao z z z z pz

103 pz pz pz pz pz sq sq Fonte 18: 125I loalizada na próstata posiao z z z z pz pz pz pz pz pz sq sq Fonte 19: 125I loalizada na próstata posiao z z z z pz pz pz pz pz pz sq sq Fonte 20: 125I loalizada na próstata posiao z z z z pz pz pz pz pz pz sq sq Fonte 21: 125I loalizada na próstata posiao

104 z z z z pz pz pz pz pz pz sq sq Fonte 22: 125I loalizada na próstata posiao z z z z pz pz pz pz pz pz sq sq Fonte 23: 125I loalizada na próstata posiao z z z z pz pz pz pz pz pz sq sq Fonte 24: 125I loalizada na próstata posiao z z z z pz pz pz pz pz pz

105 sq sq Fonte 25: 125I loalizada na próstata posiao z z z z pz pz pz pz pz pz sq sq so mode p e Air [Metzger et al., 1993] - rho= m m $MAT m $ Ag m $ Ti m $ AgI *tr *tr *tr *tr *tr *tr *tr *tr *tr *tr *tr *tr *tr *tr *tr *tr *tr *tr *tr *tr *tr

106 *tr *tr *tr *tr SDEF ERG=d1 PAR=2 rad=d2 ext=d3 AXS=0 0 1 TR=D4 *** Espetro do 125-I TG-43U1**** si1 L sp SI SP SI SP3 0 1 SI4 L $ aqui voê adiiona as TR para as fontes SP *f8:p,e 4 ptrak event=sr file=as max=10000 nps $ RODA HISTORIAS. print 89

107 APÊNDICE 2 Nas figuras presentes neste Apêndie tem-se a representação das urvas de isodose e a representação através de números de todos os órgãos presentes na matriz seleionada, estas representações têm o seguinte padrão: 35 - Próstata Azul Esuro 72 Gy 22 - Gordura Azul Claro 144 Gy 9 - Músulo Amarelo 216 Gy Linfonodos Vermelho 288 Gy 56 Teido Mole Figura A1 Curvas de Isodose para a fatia em x = 6,8 m. 90

108 Figura A2 Curvas de Isodose para a fatia em x = 7,0 m. Figura A3 Curvas de Isodose para a fatia em x = 7,25 m. 91

109 Figura A4 Curvas de Isodose para a fatia em x = 7,5 m. Figura A5 Curvas de Isodose para a fatia em x = 7,75 m. 92

110 Figura A6 Curvas de Isodose para a fatia em x = 8,00 m. Figura A7 Curvas de Isodose para a fatia em x = 8,25 m. 93

111 Figura A8 Curvas de Isodose para a fatia em x = 8,50 m. Figura A9 Curvas de Isodose para a fatia em x = 8,75 m. 94

112 Figura A10 Curvas de Isodose para a fatia em x = 9,25 m. Figura A11 Curvas de Isodose para a fatia em x = 9,50 m. 95

113 Figura A12 Curvas de Isodose para a fatia em x = 9,75 m. Figura A13 Curvas de Isodose para a fatia em x = 10,0 m. Figura A14 Curvas de Isodose para a fatia em x = 10,3 m. 96