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COPPE/UFRJCOPPE/UFRJ
CARACTERIZAÇÃO DE UM SISTEMA DOSIMÉTRICO BASEADO NA TÉCNICA
DE LUMINESCÊNCIA OPTICAMENTE ESTIMULADA PARA USO EM
DOSIMETRIA
IN VIVO
EM RADIOTERAPIA
.
Alfredo Viamonte Marin
Tese de Doutorado apresentada ao Programa de
Pós-graduação em Engenharia Nuclear, COPPE,
da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como
parte dos requisitos necessários à obtenção do
título de Doutor em Engenharia Nuclear.
Orientadores: Delson Braz
Luiz Antonio Ribeiro da Rosa
Rio de Janeiro
Março de 2010
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iii
Marin, Alfredo Viamonte
Caracterização de um Sistema Dosimétrico Baseado
na Técnica de Luminescência Opticamente Estimulada
para Uso em Dosimetria
in vivo
/ Alfredo Viamonte Marin.
– Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2010.
XI, 97 p.: il.; 29,7 cm.
Orientadores: Delson Braz
Luiz Antonio Ribeiro da Rosa
Tese (doutorado) – UFRJ/ COPPE/ Programa de
Engenharia Nuclear, 2010.
Referencias Bibliográficas: p. 91-97.
1. Dosimetria Opticamente Estimulada. 2. Dosimetria
in vivo
. 3. Radioterapia. 4. Controle da Qualidade. I. Braz,
Delson et al. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro,
COPPE, Programa de Engenharia Nuclear. III. Titulo.
iv
À Thaís esse anjo que
apareceu na minha vida.
À meu filho Alfredo
Alejandro, pelo tempo
sacrificado e as dores de
cabeça.
A meus pais pelo apoio
incondicional.
v
O sucesso é ir de fracasso em fracasso
sem perder o entusiasmo.
Winston Churchill
vi
AGRADECIMENTOS
Gostaria de agradecer a todos os que, de uma forma ou de outra, ajudaram a realizar o
presente trabalho. Mesmo que direta ou indiretamente, a ajuda de todos foi de grande
importância no início e finalização do projeto.
Mais uma vez agradeço a Deus, por me permitir ser, saber e fazer.
A meu orientador, professor Dr. Delson Braz, pela orientação certa e a confiança neste
projeto.
Ao Dr. Luiz Antonio Ribeiro da Rosa pela co-orientação, amizade e ajuda a toda hora.
A Dra. Joanna Cygler do
The Ottawa Hospital Regional Cancer Centre
no Canadá, pelas
sugestões, idéias e apoio.
Ao Dr. Cliff Yahnke da Landauer Inc, pelo seu apoio para a realização deste projeto.
A Anna Maria Campos Araújo minha Dinda, pela confiança depositada, e pelo seu apoio
profissional, maternal e incondicional.
A Claudio C. B. Viegas, meu compadre, amigo e irmão, pelas idéias, a ajuda constante, e o
grande esforço.
Ao pessoal do Serviço de Qualidade em Radiações Ionizantes do INCA (SQRI), Paul,
Roberto, Victor, Vitor e Regina, pela grande amizade e pelos bons momentos.
Aos técnicos em radioterapia do INCA dos aparelhos Clinac 2300/CD, Clinac 600C, THX,
e THC, pela ajuda a alegria e o apoio.
Aos professores da pós-graduação da COPPE, pelo ensino e os conhecimentos.
A minha esposa Thaís pela confiança, compreensão, apoio e incentivos constantes.
Ao meu filho Alfredo Alejandro, pelas dores de cabeça e a emoção.
Aos meus pais, Migdalia e Valentin mesmo longe eles são minha inspiração para a vida.
A minha avó Hilda, por seu grande amor e confiança em mim.
A meu irmão Ivan e minha cunhada Mirelis pela torcida.
A COPPE pela oportunidade.
Ao INCA pela oportunidade e a grande ajuda.
A Agencia Internacional de Energia Atômica, pela oportunidade
Mais uma vez ao Brasil, meu grande e lindo Brasil, pelo grande privilégio.
vii
Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a
obtenção do grau de Doutor em Ciências (D.Sc.)
CARACTERIZAÇÃO DE UM SISTEMA DOSIMÉTRICO BASEADO NA TÉCNICA
DE LUMINESCÊNCIA OPTICAMENTE ESTIMULADA PARA USO EM
DOSIMETRIA
IN VIVO
EM RADIOTERAPIA.
Alfredo Viamonte Marin
Março / 2010
Orientadores: Delson Braz
Luiz Antonio Ribeiro da Rosa
Programa: Engenharia Nuclear
A exatidão melhor que ± 5 % na administração da dose absorvida no volume alvo,
quando se deseja a erradicação do tumor primário é uma premissa necessária na
radioterapia. Assim, faz-se necessário um conjunto de ações que testem de forma rotineira
o valor da dose prescrita. A verificação da dose mediante a dosimetria
in vivo
é talvez o
caminho mais óbvio para se conseguir uma boa acurácia no tratamento do paciente.
Garantir um controle adicional da qualidade das doses administradas aos pacientes é uma
forma de fazer coincidir o planejado com o tratamento efetuado. A introdução da
dosimetria baseada na luminescência opticamente estimulada como um método de
avaliação
in vivo
das doses administradas aos pacientes durante o tratamento radioterápico
é o mais novo fato tecnológico nestes procedimentos. O presente trabalho apresenta as
características deste novo detector e sua eficácia como um método para medidas
in vivo
que
permitam a avaliação em tempo quase real da dose administrada ao paciente, com uma
diferença menor que 5 % em relação à dose planejada, evitando qualquer desconforto ao
mesmo. Os presentes resultados mostram a viabilidade e futuro deste novo método para a
dosimetria
in-vivo
.
viii
Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements
for the degree of Doctor of Science (D.Sc.)
CHARACTERIZATION OF A DOSIMETRIC SYSTEM BASED ON TECHNIQUE OF
OPTICALLY STIMULATED LUMINESCENCE FOR
IN VIVO
DOSIMETRY IN
RADIOTHERAPY.
Alfredo Viamonte Marin
March / 2010
Advisors: Delson Braz
Luiz Antonio Ribeiro da Rosa
Department: Nuclear Engineering
The accuracy better than ± 5% in the administration of absorbed dose on the target
volume, when one wishes the eradication of the primary tumor, is the necessary premise in
radiotherapy. Therefore, it is necessary a set of actions that tests on a routine course the
prescribed dose. The verification of the dose through the
in vivo
dosimetry is perhaps the
most obvious way to achieve a good accuracy in the patient treatment. Ensuring an
additional control of the quality of the doses administered to patients is a way to verify the
coincidence between the planned and applied treatments. The introduction of the dosimetry
based on optically stimulated luminescence, OSL, as a method for in-vivo measurement of
the doses administered to patients during radiotherapy treatment is the latest technological
fact in these procedures. This study presents the characteristics of the new detector and its
effectiveness as a method for
in vivo
measurements allowing near real-time evaluation of
the dose administered to patients, with a difference lower than 5 % between planned and
delivered doses, avoiding any discomfort. The present results show the feasibility and
future of this new method for
in vivo
dosimetry.
ix
ÍNDICE
Introdução
.................................................................................................................
1
CAPÍTULO I - FUNDAMENTOS TEÓRICOS
1.1 A luminescência Opticamente Estimulada .......................................................... 6
1.2 Modelo Simples da Luminescência Estimulada .................................................. 6
1.2.1 As Armadilhas Superficiais .............................................................................. 9
1.2.2 As Armadilhas Profundas ................................................................................. 9
1.3 O Dioxido de Alumínio (Al
2
O
3
) ....................................................................... 11
1.3.1 Propriedades Dosimetricas do Al
2
O
3
:C ............................................................ 13
1.4 Indução do sinal OSL por estimulação luminosa .................................................
14
1.4.1 Formas de Estimulação Luminosa .................................................................... 14
1.5 O Sistema de Leitura para a Luminescência Opticamente Estimulada
................
17
1.6 A Dosimetria ........................................................................................................ 18
1.6.1 O controle da Qualidade na Radioterapia ......................................................... 19
1.6.2 A Dosimetria In-Vivo e os Programas de Controle da Qualidade ....................
20
1.7 Grandezas Físicas e Parâmetros Dosimétricos Utilizados ................................... 22
1.7.1 Exposição (X) ................................................................................................... 22
1.7.2 Dose ou Dose absorvida (D) ............................................................................. 23
1.7.3 Distância Fonte Superfície e Distância Fonte Isocentro ................................... 23
1.7.4 Porcentagem de Dose em Profundidade, PDD ................................................. 24
1.7.5 Fator Filtro ........................................................................................................ 25
1.7.6 Fator Bandeja .................................................................................................... 26
1.7.7 Fator Tamanho de Campo ................................................................................. 29
1.7.8 A Taxa de Dose ................................................................................................. 29
1.8 Rastreabilidade das medidas ................................................................................ 30
x
CAPÍTULO II - MATERIAIS
2.1 Dosímetros OSL ...................................................................................................
31
2.1.2 O Sistema Leitor dos Dosímetros OSL .............................................................
33
2.1.3 Conjunto Câmara-Eletrômetro .......................................................................... 35
2.1.4 Os Irradiadores Utilizados ................................................................................ 35
2.1.4.1 O Aparelho de
60
Co ........................................................................................ 36
2.1.4.2 O Acelerador Linear .......................................................................................
36
2.1.5 Simuladores .......................................................................................................
37
2.1.6 Sistema de Cálculo ............................................................................................ 40
CAPÍTULO III - MÉTODOS
3.1 A estabilidade da leitora OSL ............................................................................. 41
3.2 A Preparação dos Dosímetros OSL para seu Uso ................................................ 42
3.2.1 Reprodutibilidade dos Dosímetros OSL ........................................................... 43
3.2.2 Linearidade dos Dosímetros OSL ..................................................................... 43
3.2.3 A calibração dos Dosímetros OSL .................................................................... 45
3.2.4 Dependência com a Energia ..............................................................................
46
3.2.5 Dependência com a Taxa de Dose .................................................................... 46
3.3 Desvanecimento do Sinal OSL ............................................................................ 46
3.4 Outros Fatores que Influenciam na Resposta do Detector OSL .......................... 47
3.4.1 Dependência Angular ........................................................................................
47
3.4.2 Distância Fonte Superfície ................................................................................ 49
3.4.3 Tamanho de Campo .......................................................................................... 50
3.4.4 Fator Filtro ........................................................................................................ 51
3.4.5 Fator Bandeja .................................................................................................... 53
3.5 Alvejamento dos Detectores ................................................................................ 54
3.6 O uso do simulador antropomórfico .................................................................... 55
xi
3.7 O planejamento da dose a ser administrada ......................................................... 57
3.8 Cálculo da Dose Recebida pelo Detector OSL .................................................... 58
CAPÍTULO IV - RESULTADOS
4.1 Estabilidade da Leitora ...................................................................................... 59
4.2 A Preparação dos Dosímetros OSL para seu Uso ............................................. 60
4.3 O Alvejamento dos Detectores ............................................................................ 63
4.4 Linearidade na Resposta do Dosímetro OSL ....................................................... 64
4.5 Dependência com a Energia .................................................................................
66
4.6 Dependência com a Taxa de Dose ....................................................................... 67
4.7 Desvanecimento do Sinal OSL ............................................................................ 68
4.8 Dependência Angular ...........................................................................................
69
4.9 Distância Fonte Superfície ................................................................................... 72
4.10 Tamanho de Campo ........................................................................................... 73
4.11 Fator Filtro ......................................................................................................... 74
4.12 Fator Bandeja ..................................................................................................... 77
4.13 Calculo da Dose Recebida pelo Detector OSL .................................................. 77
4.14 Analise das Incertezas ........................................................................................ 78
4.15 Teste para Medidas
in vivo
no Simulador Antropomórfico ........................... 80
4.16 Medias
in vivo
.................................................................................................... 82
4.17 Medidas
in vivo
no Feixe de
60
Co ...................................................................... 82
4.18 Medidas
in vivo
no Feixe de 6 MV .................................................................... 85
4.19 Medidas
in vivo
no Feixe de 15 MV .................................................................. 86
CONCLUSÕES
........................................................................................................ 89
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
................................................................... 91
1
INTRODUÇÃO
A utilização das radiações ionizantes com fins terapêuticos tem uma importância capital
para o sucesso na luta contra o câncer. A tecnologia utilizada com esse fim é cada vez mais
apurada e exata. Neste contexto o controle das doses administradas aos pacientes é uma
necessidade vital
, partindo de que a evidência disponível para certos tipos de tumores
aponta para a necessidade de uma exatidão de ± 5% na administração da dose absorvida ao
volume-alvo, se o objetivo fundamental é a erradicação do tumor primário [1]. Estudos
mostram a necessidade de métodos que verifiquem a acurácia da dose administrada uma
vez que uma variação da ordem de ± 5%, pode implicar em uma melhora ou em uma piora
no controle do tumor [2,3].
Portanto, existe a necessidade de programar, de forma
rotineira, métodos que verifiquem a exatidão dos valores planejados. Estes métodos de
verificação são conhecidos como Controle de Qualidade e
na Radioterapia são
indispensáveis [4].
Em radioterapia a dose prescrita ao paciente é calculada por diferentes métodos
computadorizados e manuais que baseiam seus algoritmos nos dados obtidos a partir da
dosimetria física [5-6]. A dosimetria clínica utiliza todos os dados dosimétricos dos
equipamentos para calcular a dose necessária que o paciente receberá no volume tumoral
previamente definido. Contudo, é necessário ter certeza sobre a dose que o paciente recebe
durante o tratamento diário, já que muitos fatores podem influenciar para o insucesso do
tratamento: perda de peso do paciente, a não reprodutibilidade do posicionamento, a não
coincidência do campo marcado com o campo luminoso, variação dos parâmetros de
funcionamento dos equipamentos entre outros.
A dosimetria in vivo é o método utilizado para avaliar e verificar em tempo real se a dose
planejada está sendo corretamente administrada ao paciente uma vez que os equipamentos
podem sofrer eventuais mudanças durante seu funcionamento. Realizar medidas in vivo
significa medir o valor da dose no momento exato em que o paciente esta sendo irradiado.
Existem vários protocolos com esta finalidade [7-9], no entanto, cada serviço de
radioterapia tem a possibilidade de criar seu próprio protocolo para medidas in vivo [10-
2
11]. Para a realização das medidas in vivo, se utilizam diferentes tipos de detectores
disponíveis no mercado, cada um deles com características especificas quanto ao seu uso
[7].
Hoje em dia, dosímetros termoluminiscentes (TLD), diodos e transistores de óxido metálico
semicondutor de efeito de campo (MOSFETs) são os detectores mais popularmente
utilizados para a realização de medidas in vivo. Todos eles apresentam diferentes vantagens
e desvantagens. O uso de dosímetros TLD implica em um complicado processo de leitura e
tratamento térmico junto a uma tecnologia de alto custo e ao fato de que os resultados não
são instantâneos [12-13]. Os diodos universalmente utilizados para dosimetria in vivo
oferecem uma leitura imediata da dose administrada ao paciente, embora seu fator de
calibração apresente dependência com a temperatura e sua resposta à incidência angular do
feixe de radiação não é uniforme [14-15].
Recentemente um novo detector está sendo proposto e utilizado para a realização de
medidas em tempo real. Este detector baseia-se no fenômeno físico da luminescência
opticamente estimulada (OSL, do inglês Optically Stimulated Luminescence) [7]. A técnica
de OSL já vem sendo utilizada amplamente em dosimetria individual, ambiental e
retrospectiva [16]. Atualmente vem sendo testada como uma nova alternativa dosimétrica
na radioterapia [17-19].
A dosimetria por luminescência opticamente estimulada foi proposta pela primeira vez
como ferramenta dosimétrica nos anos 50 e 60 [20-22] e nos anos 80 foi um método muito
popular na avaliação de doses em materiais naturais coletados por arqueólogos [23]. Este
método utiliza luz ao invés de calor para provocar a emissão de luz pelo material irradiado.
O material exposto à radiação ionizante é iluminado no laboratório com uma fonte de luz
constante, proveniente de um LED ou laser, a qual deve possuir intensidade e comprimento
de onda adequados. A luminescência emitida pelo dosímetro durante o tempo de
estimulação óptica é uma medida da dose de radiação absorvida a qual o material foi
exposto. Utilizando uma câmara de ionização, é possível realizar uma calibração apropriada
do sinal OSL emitido, o que permitirá avaliar o valor da dose objeto de estudo. [24-25].
3
A luminescência opticamente estimulada não implica em qualquer aquecimento ou
tratamento térmico do material, como acontece com os dosímetros TL e ainda apresenta
uma grande vantagem que é a possibilidade dos materiais OSL serem estimulados várias
vezes, o que permite que se tenham vários registros do sinal em função de uma única
irradiação. A vantagem de poderem ser lidos inúmeras vezes permite uma avaliação
estatística adequada do sinal versus dose emitida, procedimento comumente utilizado
quando se trata de medidas relativas de doses.
Diferentes materiais termoluminiscentes apresentam propriedades de luminescência
opticamente estimulada; entre eles o Oxido de Alumínio dopado com Carbono (Al
2
O
3
:C) é
o mais comumente utilizado na dosimetria das radiações ionizantes.
O Al
2
O
3
:C destaca-se por possuir propriedades termoluminescentes com um altíssimo grau
de sensibilidade. Alguns autores a colocam entre 40 e 60 vezes maior que a sensibilidade
termoluminiscente do Fluoreto de Lítio dopado com magnésio e titânio (LiF:Mg,Ti),
material termoluminiscente por excelência [26]. No entanto, outros autores consideram a
sensibilidade do Al
2
O
3
:C ainda maior [23].
Embora a técnica de luminescência opticamente estimulada faça uso de materiais e
instrumentação eletrônica similar aos utilizados na dosimetria TL, a alta sensibilidade do
detector, a precisão da luz estimuladora para a leitura dos dosímetros, os tempos curtos de
leitura, assim como uma leitora de simples automação e manipulação, fazem esta técnica
apresentar maiores vantagens que as oferecidas pela técnica TL [27].
De forma geral, os materiais que possuem a propriedade da luminescência opticamente
estimulada, devem satisfazer características aparentemente conflitantes. Por um lado,
devem ter armadilhas termicamente estáveis que permitam a armazenagem por um longo
período de tempo da informação dosimétrica sem apresentar perda significativa do sinal
(desvanecimento). Por outro lado, as armadilhas devem ser opticamente acessíveis com
uma luz cujo cumprimento de onda esteja bem definido a respeito das bandas de emissão
dos centros de recombinação.
4
Estas características indicam que não existe diferenças significativas entre materiais TL e
OSL. De fato, todo material fosforescente eficiente deve apresentá-las. A verdadeira
vantagem de alguns materiais em comparação a outros se encontra simplesmente na correta
combinação das profundidades de energia térmica e óptica das armadilhas, em uma boa
separação entre as bandas de emissão e estimulação e numa elevada seção de choque
de fotoionização das armadilhas.
Justamente por reunir estas três características, os cristais iônicos de Al
2
O
3
:C converteram-
se num detector OSL amplamente utilizado [26].
Considerando que uma das características essenciais que deve possuir qualquer detector
para ser utilizado como dosímetro para medidas em tempo real em tratamentos
radioterapêuticos é ter uma alta resolução espacial (devido aos altos gradientes de dose
presentes nas medidas in vivo ou às regiões de baixa dose existentes quando do uso de
campos modulados encontrados nos controles da qualidade em radioterapia de intensidade
modulada, IMRT) o Al
2
O
3
:C se mostra um material realmente interessante. A alta
sensibilidade deste material permite a construção de detectores com dimensões diminutas o
que para dosimetria in-vivo é um fato positivo e determinante [4, 9-10, 14-16].
Trabalhos mais recentes avaliaram inclusive o uso de novos sistemas de OSL que
combinam detectores de Al
2
O
3
:C com cabos de fibra óptica para a realização de medidas
em tempo real [8-9]. Os resultados mostraram que os detectores possuem independência
energética para feixes de 6 e 18 MV apresentando, contudo, um incremento linear da
resposta com a taxa de dose. Mesmo assim os detectores mostraram bons resultados quando
comparados com os valores de dose calculados para um tratamento por um sistema de
planejamento, incluindo IMRT. Outros autores [28-32] reportam inclusive o uso
combinado de fontes luminosas e fibras ópticas para estimular à distância o detector OSL e
captar o sinal por ele emitido. Também foi testado o uso de cabos de fibra óptica com
cristais dopados para monitorar doses com fins de radioproteção [33].
5
A utilização de detectores OSL de Al
2
O
3
:C em programas de controle da qualidade de
feixes de uso clínico tem sido recomendada em vista dos bons resultados descritos na
literatura [17-19]. A reprodutibilidade do sinal OSL dos detectores para múltiplas
irradiações mostra-se na ordem de 1% e as incertezas das medidas para um mesmo valor de
dose situa-se em 0,7%.
Existem variadas formas de apresentação dos dosímetros utilizando o Al
2
O
3
:C, assim como
das leitoras necessárias à avaliação do sinal OSL. De fato, apenas a empresa norte-
americana Landauer Inc. (Glenwood, IL) produz e comercializa em grande escala
detectores Al
2
O
3
:C e leitoras aptas à sua avaliação [34]. Justamente com o intuito de
generalizar o uso da dosimetria OSL na radioterapia, a Landauer Inc. desenvolveu um
sistema comercial OSL simples e eficiente para uso em dosimetria conhecido como sistema
InLight™ [24]. O sistema, utilizado para a monitoração individual em proteção radiológica,
tem sido testado com fins dosimétrico na radioterapia com bons resultados [35]. Os
dosímetros Al
2
O
3
:C produzidos pela firma Landauer Inc, chamados de Dots e utilizados
neste trabalho foram confeccionados em formas de pastilhas e encapsulados em um cassete
plástico para protegê-los da luz.
Este trabalho é em parte fruto de um projeto de colaboração com a Agencia Internacional
de Energia Atômica (AIEA), com o intuito de testar novos detectores para seu uso na
dosimetria in-vivo.
O objetivo do presente trabalho é testar as capacidades dosimétricas do sistema OSL
produzido pela Landauer Inc. em radioterapia visando utilizá-lo na dosimetria in vivo. Para
isso serão testadas a respostas do dosímetro nas diferentes configurações utilizadas nos
tratamentos radioterápicos nas regiões anatômicas de pélvis e cabeça e pescoço.
6
CAPÍTULO I
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
1.1 A Luminescência Opticamente Estimulada
Basicamente a Luminescência Opticamente Estimulada (OSL) refere-se à emissão de luz
por parte de algum material isolante ou semicondutor que foi previamente irradiado e
posteriormente exposto a uma fonte luminosa. A OSL, não deve ser confundida com o
fenômeno da fotoluminescência [24]. Embora possa ser induzida em materiais similares, a
fotoluminescência não depende, necessariamente, da irradiação prévia do material, já que a
sua manifestação está mais relacionada com o fenômeno da excitação dos elétrons devido à
absorção luminosa.
A Luminescência Opticamente Estimulada é apenas um entre os diferentes procedimentos
de medidas conhecidos como fenômenos estimulados seja por estimulação térmica ou
óptica. Quando estimulados termicamente, os materiais previamente irradiados manifestam
entre outros fenômenos termoluminescência (TL), condutividade térmica, emissão exo-
electrônica e capacitância. Já quando a estimulação é óptica, o material pode gerar
luminescência opticamente estimulada, fotocondutividade e emissão exo-electrônica
opticamente estimulada.
1.2 Modelo Simples da Luminescência Estimulada
Para entender como o sinal OSL é produzido, assim como o comportamento do Al
2
O
3
:C
nos processos de irradiação e leitura se faz necessário recorrer a um modelo que explique
de forma sucinta, porem concisa, os fenômenos intrínsecos da luminescência opticamente
estimulada. Basicamente, a OSL pode ser explicada seguindo a mesma estrutura
fenomenológica utilizada para explicar o fenômeno TL. Apenas se deve acrescentar a
explicação das transições ópticas que acontecem, uma vez que a amostra é iluminada com
um feixe de luz.
7
Os materiais OSL são basicamente, exceto por raras exceções [25], cristais iônicos que
possuem em sua estrutura cristalina níveis de energia bem delimitados. Este modelo, bem
conhecido como modelo de bandas infere a presença de três bandas de energia
fundamentais na estrutura cristalina do material OSL; as bandas de valência, de condução e
proibida.
A primeira delas possui uma grande quantidade de elétrons, enquanto a segunda está
completamente vazia. Ambas as bandas estão separadas pela chamada banda proibida na
qual encentram-se os níveis de energia correspondentes aos “defeitos” presentes na
estrutura cristalina do cristal iônico. Estes defeitos, chamados de buracos, permitem sob
certas condições a presença de estados metaestáveis de energia, que são chamados de
armadilhas [36].
Uma vez que o material é irradiado, os elétrons que se encontram na banda de valência são
excitados, passando à banda de condução, deixando no lugar deles na banda de valência, o
chamado buraco. Ambos, os elétrons e buracos, nas suas respectivas bandas de condução e
de valência, movimentam-se livremente até se recombinarem ou até serem capturados nas
armadilhas. O total de cargas armadilhadas nesse nível de energia é equivalente ao total de
dose de radiação ionizante absorvida pelo material OSL.
Para se recuperar o valor da dose de radiação depositada no material OSL, submete-se o
mesmo a uma estimulação luminosa que faz com que as cargas armadilhadas voltem à
banda de condução, resultando na liberação do par elétron-buraco e na emissão de um sinal
luminoso que por sua vez é equivalente à quantidade de radiação depositada.
Nas figuras 1.1a e 1.1b são ilustrados os processos descritos anteriormente. Na
Figura 1.1a
as transições eletrônicas durante o processo de irradiação do material OSL são mostradas,
onde prevalece a criação do par elétron-buraco e o armadilhamento das cargas. Como
pode ser observado, além das bandas de valência e de condução, existe um buraco
armadilhado como centro de recombinação e quatro tipos de armadilhas para elétrons, a
primeira (Nível 1) chamada de armadilha superficial, a segunda (Nível 2), armadilhas
8
dosimétricas, a terceira (Nível 3) as armadilhas profundas e por ultimo no Nível 4 as
armadilhas para os buracos. Justamente nas armadilhas dosimétricas é onde é liberado o
sinal luminoso que pode ser aproveitado na dosimetria. Já na
Figura 1.1b
são mostrados os
arranjos eletrônicos provocados pela saída dos elétrons das armadilhas após o material ser
estimulado opticamente.
Deve ser notado que a diferença entre os estados de irradiação e de leitura é bem simples,
uma vez que ambos os processos, devido à sua própria natureza, podem acontecer em
qualquer uma das fases [34].
Figura 1.1a.
Transição electrônica durante a fase de irradiação do material OSL.
Figura 1.1b.
Transição electrônica durante a fase de leitura do material OSL.
As cargas armadilhadas podem ser entregues às bandas de valência ou de condução
dependendo se o estímulo utilizado for luz ou calor. No caso específico da estimulação
Banda de condução
Banda de valência
Elétrons livres
Buracos livres
Nível 4
Nível 1
Nível 2
Nível 3
Banda proibida
hυ
Banda de condução
Banda de valência
Banda proibida
Nível 4
Nível 1
Nível 2
Nível 3
hυ
hυ
9
óptica, a probabilidade de fuga das cargas P, será função do produto do fluxo de fótons por
unidade de área e tempo Ø e a seção de choque de fotoionização das armadilhas σ.
P = σ Ø (1.1)
Esta simples expressão, descreve o mecanismo de interação entre o fóton com energia hυ e
o defeito do material [34].
1.2.1 As Armadilhas Superficiais
As armadilhas superficiais estão diretamente relacionadas com a manifestação de dois
fenômenos importantes, a fosforescência, e o aumento da intensidade do sinal OSL uma
vez produzido o estímulo. Estes níveis de energia, localizados bem perto à fronteira com a
banda de condução no caso dos elétrons armadilhados e bem pertos à fronteira com a banda
de valência quando se trata dos buracos armadilhados, são os responsáveis pela fuga rápida
das cargas armadilhadas (apenas neste nível) em intervalos de tempo que podem ir de
minutos até dias. Vale a pena ressaltar que esta perda significativa de sinal acontece em
condições normais de temperatura (temperatura ambiente).
Evidentemente a presença da fosforescência atrapalharia o processo de coleta do sinal
luminoso quando da estimulação do material. Portanto, se faz necessário manter um retardo
entre os processo de irradiação e o de leitura do dosímetro OSL.
1.2.2 As Armadilhas Profundas
Tanto os elétrons como os buracos armadilhados no nivel de energia 3, representado na
Figura. 1b, podem se mostrar concorrentes durante os processos de irradiação/leitura
devido à captura das cargas nas bandas de valência e condução.
Já que as armadilhas profundas encontram-se cheias, a sensibilidade do material OSL pode
aumentar ou diminuir, isto vai depender da sua natureza. No entanto, o efeito comumente
10
mensurável é uma dependência não desejável da sensibilidade com o historico de irradiação
do dosímetro OSL [37-39]. Esta situação explicaria porque as armadilhas superficiais
capturam cargas que saem das armadilhas dosimétricas (Nivel 2 na Figura. 1a), provocando
uma diminuição no sinal estimulado,
Figura 1.2
[40].
Figura 1.2.
Curvas teóricas de sinal OSL emitido, segundo modelo que considera apenas o
movimento de cargas entre diferentes niveis de armadilhas e centros de recombinação.
Entretanto, o fato das armadilhas profundas estarem completamente preenchidas faz com
que não sejam muito competitivas na hora de capturar as cargas, ficando desse modo mais
elétrons disponiveis para a recombinação, o que aumenta significativamente a sensibilidade
dos dosímetros. Como uma solução alternativa com a finalidade de esvaziar as armadilhas
profundas, eliminando a dependência descrita anteriormente, em alguns materiais como o
Al
2
O
3
:C, alguns autores [39,41] sugerem um tratamento térmico pre-irradiação a 900°C por
15 minutos.
11
1.3 O Dióxido de Alumínio (Al
2
O
3
)
O uso de compostos de óxido de aluminio como material dosimétrico começou no início
dos anos 50. Inicialmente testados como compostos α-Al
2
O
3
:C na dosimetria TL, o material
foi dopado com inúmeros elementos (Si, Ti, Mg, Y, Cr). Porém o mesmo não apresentava
uma sensibilidade significativa como material OSL [42-48].
No final dos anos 80 começou a ser testada a introdução do carbono como material dopante
resultando nos primeiros dosímetros TL de alta sensibilidade [27] e posteriormente como
excelente material OSL [49-50].
O Al
2
O
3
:C mostrou possuir uma boa relação entre o sinal luminoso emitido e a dose de
radiação recebida, um desvanecimento baixo ou nulo e uma excelente estabilidade com
respeito às condições ambientais. Estes fatos fizeram do óxido de alumínio dopado com
carbono um material promissor para uso na dosimetria OSL.
Os cristais de Al
2
O
3
(
Figura 1.3)
possuem uma estrutura hexagonal compacta. Para dopá-lo
com carbono comumente é utilizada a chamada técnica Stepanov [28], na qual os cristais de
Al
2
O
3
são submetidos a altas temperaturas numa atmosfera rica em carbono, para logo a
seguir serem cristalizados a baixa pressão.
Figura 1.3.
Estrutura cristalina do Al
2
O
3
12
Esta condição permite a criação de vacâncias estáveis de oxigêneo, geradas através de um
processo denominado coloração por substração. Estas vacâncias são chamadas de centros-
F. Quando ocupadas por dois elétrons, resulta em um centro-F neutro e quando um elétron
só a ocupa, se forma um centro F
+
,
o que significa que foi aramazenada uma carga positiva.
Estes centros se identificam pela forte absorção de energia na banda de 205nm, atribuída
aos centros-F [51] e pela duas sobreposições nas bandas de 230 e 255nm atribuídas às
transições de energia nos centros-F
+
[52].
A grande formação de centros-F
+
,
Figura 1.4
,
produzida durante a irradiação do Al
2
O
3
:C
provoca um aumento significativo da sensibilidade do material. Esta situação é sugerida
porque as vacâncias de oxigênio na forma de centros-F
+
, formadas nos cristais iônicos de
Al
2
O
3
dopado com carbono numa atmosfera rarefeita, são conseqüência da compensação
fornecida pelas cargas dos íons de carbono bivalentes, substituindo os íons trivalentes de
Al
3+
[27].
Figura 1.4.
Configuração sugerida dos centros de carga F
+
compensados pelo íon divalente
de carbono.
13
1.3.1 Propriedades Dosimétricas do Al
2
O
3
:C
O Al
2
O
3
:C
é considerado na atualidade como o mais bem sucedido e promissor detector
OSL para a radiação ionizante. Embora possua características dosimétricas similares as de
outros materiais utilizados com a mesma finalidade, o Al
2
O
3
:C
se destaca por sua alta
eficiência e rapidez na resposta, fato este que para procedimentos como dosimetria
in-vivo
,
o torna extremamente competitivo
.
Entre as propriedades dosimétricas que lhe avaliam esta
reputação podemos citar:
1. Alta sensibilidade à radiação, determinada pelo número de fótons emitidos por
unidade de dose absorvida;
2. Boa linearidade para um amplo intervalo de dose;
3. Sinal de fundo extremamente baixo durante a estimulação óptica;
4. Ótima combinação das profundidades de energia térmica e óptica das armadilhas;
5. Boa separação entre as bandas de emissão e estimulação;
6. Elevada seção de choque de fotoionização das armadilhas;
7. Curto tempo entre os processos de irradiação e leitura;
8. Valor de desvanecimento do sinal menor de 5% ao ano, o que o torna desprezível
nos procedimentos de leitura quase imediatas;
9. Podem ser reavaliados inúmeras vezes sem perder a informação;
10. Material reutilizável.
No entanto o Al
2
O
3
:C também apresenta algumas desvantagens, fato este que não o faz
diferir de outros materiais dosimétricos. A alta sensibilidade à luz e um elevado número
atômico efetivo de 11,28 [53], que pode causar respostas maiores que as reais para baixas
energias de Raios-X [27, 54], são algumas das desvantagens que o Al
2
O
3
:C apresenta.
Mesmo assim, o seu uso como material dosimétrico continua em alta. Sem dúvida alguma,
futuramente outros materiais OSL serão desenvolvidos [55] visando sempre melhorar o
saldo positivo das vantagens em relação as desvantagens.
14
1.4 Indução do sinal OSL por estimulação luminosa
A luminescência opticamente estimulada pode ser induzida utilizando luz ultravioleta,
mediante dois mecanismos:
Ionização direta dos buracos no material.
Fototransferência das cargas a partir das armadilhas profundas.
Para produzir a ionização dos átomos em materiais semicondutores ou isolantes, se faz
necessário que as energias dos fótons estimuladores sejam maiores que a energia no
intervalo das bandas. No entanto, também pode ocorrer a ionização dos buracos mesmo
com fótons de energia inferior à energia do intervalo de bandas, como acontence durante a
ionização dos centros-F no Al
2
O
3
:C [56]. A fotoionização das impurezas no material OSL
gera uma quantidade de cargas livres que podem ser armadilhadas, produzindo
posteriormente sinais OSL ou TL de acordo com o tipo de estimulo aplicado.
Quando se trata de um material OSL previamente irradiado, a estimulação com luz
ultravioleta pode fazer com que as cargas das armadilhas profundas, sejam transferidas para
as armadilhas dosimétricas, resultando na emissão de um sinal TL ou OSL chamado de
fototransferência. Deste fato surge a importância de manter o material OSL irradiado
protegido da luz. Naturalmente o nível de dose administrado ao material será determinante
no momento de decidir quanto à proteção ou não do material.
1.4.1 Formas de Estimulação Luminosa
A forma de estimular opticamente o material OSL tem mudado muito com o tempo, devido
ao alto grau de controle que a estimulação permite com diversas fontes de luz.
Basicamente, podem ser mencionadas as três mais comumente utilizadas e que se
classificam como:
15
1. OSL por onda contínua,
2. OSL pulsada,
3. OSL por modulação linear.
A luminescência opticamente estimulada por onda contínua ou também conhecida pela
sigla em inglês CW-OSL, é a forma mais utilizada de leitura, devido à sua simplicidade. A
iluminação do material é feita de forma continua, utilizando uma fonte luminosa enquanto
se verifica a intensidade OSL emitida,
Figura 1.5
.
Figura 1.5.
Representação esquemática da luminescência ópticamente estimulada pelo
método de onda continua.
A OSL pulsada é utilizada, preferencialmente, na avaliação de dosímetros expostos a
baixas doses. Esta forma de estimulação é produzida bombardenado o material com
discretos pulsos luminosos provenientes de um laser e, ao mesmo tempo, realizando uma
verificação assíncrona da intensidade luminosa emitida,
Figura 1.6
[57].
Esta técnica baseia a verificação e deteção da intensidade luminosa em função da
integração de vários pulsos luminosos por vez. Para isto, a frequência de pulsação utilizada
pode ser da ordem de até milhares de hertz.
16
Figura 1.6.
Representação esquemática da luminescência opticamente estimulada pelo
método pulsado.
Embora proposta há vários anos como uma técnica alternativa [58] à estimulação óptica por
onda contínua, inclusive com a possibilidade de variar o tempo de estímulo para
modalidades exponenciais, senoidais e polinomiais, a OSL por modulação linear não
mostrou até hoje vantagem alguma com relação ao método de estimulação por onda
contínua. Sua complexidade não tem mostrado um uso específico na dosimetria que supere
a OSL por onda contínua. Este método também conhecido por sua sigla em inglês LM-
OSL, consiste em cortar bruscamente o estímulo luminoso, cuja intensidade é aumentada
linearmente, enquanto é realizada a verificação da intensidade OSL,
Figura 1.7
.
Este corte
é feito mediante o método conhecido pela sigla em inglês “
step and shot
”.
Figura 1.7.
Representação esquemática da luminescência opticamente estimulada pelo
método de modulação linear.
17
1.5 O Sistema de Leitura para a Luminescência Opticamente Estimulada
Da mesma forma que a dosimetria TL, a dosimetria OSL também possui dois elemetos
básicos que fundamentam a sua existência: a dupla detector-leitora. Este componentes,
ainda não tem muita diversidade no mercado [34] o que de fato restringe as aplicações
desta nova técnica.
Contudo, desde meados da década dos 90s o
Risø National Laboratory
, da Dinamarca,
introduziu no mercado a leitora automática de alta capacidade TL/OSL-DA-15,
principalmente para uso em dosimetria de datação [35, 59]. Esta leitora possui a capacidade
de ler tanto dosímetros TL como OSL.
A firma norteamericana Landauer Inc., lançou no final dos anos noventa o sistema Luxel™
que utiliza o sistema de leitura pulsado atravez de um laser de 532nm [50] com a
desvantagem de que os dosímetros só podiam serem lidos na própria firma. Já em 2006
lançaram o sistema InLight™ com opções automáticas e/ou manuais. Embora o sistema só
possa ser utilizado com os dosímetros Al
2
O
3
:C InLight™, o objetivo de tornar mais
acessível e prático o uso da dosimetria OSL, inclusive para outras áreas ficou mais claro
[17, 35, 60],
Outros sistemas, ainda em fase de estudo, utilizam uma fibra ótica acoplada ao dosímetro
OSL de forma tal que permita a coleta de dois sinais OSL um antes e outro depois da
irradiação, o que permitiria uma estimativa dual da dose absorvida [18, 32, 61-64].
Basicamente o sistema de leitura utilizado na dosimetria OSL consta, além de toda a
electrônica associada, de quatro partes fundamentais, as quais representamos
esquematicamente na
Figura 1.8
.
1. A fonte de luz utilizada para produzir a estimulação nos
dosímetros
,
2. Filtros de luz que selecionam o cumprimento de onda a ser utilizado ou que deve ser
eliminado a partir da fonte estimuladora,
18
3. Filtros detectores que eliminam a luz estimuladora enquanto permite o passo do
sinal OSL proveniente do dosímetro,
4. Uma fotomultiplicadora para captar e amplificar o sinal OSL emitido pelo detector.
Figura 1.8.
Representação esquemática de uma leitora OSL.
Um detalhe importante na leitura dos dosímetros OSL é a seleção adequada dos filtros que
serão utilizados durante o precesso de leitura, uma vez que a fonte de luz estimuladora tem
uma intensidade bem maior que a intensidade do sinal OSL emitido. Portanto, os espectros
de emissão da fonte estimuladora, assim como o do sinal OSL emitido, influenciam e têm
que ser levados necessariamente em considerção na seleção dos filtros a serem utilizados.
Esta escolha garantirá uma ótima sensibilidade ao sistema leitor, o que, sem dúvidas,
proporcionará resultados mais confiáveis.
1.6 A Dosimetria.
A dosimetria é o método mediante o qual realizamos a medida da dose gerada por um feixe
de radiação ionizante. Este procedimento é um dos aspectos mais importantes na garantia
Dosímetro
OSL
Filtro detector
Filtro de Luz
Sinal OSL
Fotomultiplicadora
Fonte de Luz
19
da qualidade dos tratamentos na radioterapia. No que diz respeito à radioterapia, é possível
subdividi-la em três grandes áreas:
1. Dosimetria física,
2. Dosimetria clínica,
3. Dosimetria
in-vivo
.
A primeira está relacionada aos parâmetros dos equipamentos utilizados nos tratamentos,
sendo parte importante na garantia de um tratamento adequado do paciente. Um exemplo é
a dosimetria precisa do feixe terapêutico. A dosimetria clínica cuida do comportamento do
feixe de radiação interagindo com o paciente durante seu percurso. Ela é o planejamento do
tratamento propriamente dito. Procura garantir que as doses prescritas pelo radioterapeuta
para o volume alvo, nas condições específicas do tratamento, sejam aquelas efetivamente
entregues, produzindo o menor dano possível aos tecidos sadios. Por último, a dosimetria
in-vivo
, avalia e verifica se a dose que foi planejada para o tratamento em função das
características específicas de cada paciente está sendo administrada corretamente dentro das
margens de erro aceitáveis.
1.6.1 O controle da Qualidade na Radioterapia
Segundo o TECDOC–1151 [65] da Agência Internacional de Energia Atômica, (IAEA
segundo a sua sigla em inglês) o termo qualidade em radioterapia pode ser definido como:
O conjunto de ações características do processo da radioterapia que repercutem em sua
capacidade para satisfazer as necessidades declaradas ou implícitas no cuidado com o
paciente.
Na prática, cada instituição toma suas próprias decisões em termos de equipamentos e
procedimentos de controle. No Brasil, em termos dosimétricos, a grande maioria das
instituições segue os protocolos publicados pela IAEA [5, 65].
20
Todo plano de tratamento tem que ser o fruto da inter-relação entre os físicos-médicos
responsáveis pelo planejamento e os radioterapeutas. Entretanto, em todas as etapas de um
processo de planejamento ou tratamento, incertezas são introduzidas. E um fato inevitável
num processo que envolve vários parâmetros entre o paciente a ser tratado e o equipamento
a ser utilizado. Entre os aspectos que introduzem as incertezas mais relevantes neste
processo temos:
a localização e forma do volume-alvo,
os algoritmos utilizados para o cálculo de dose,
a calibração do aparelho de tratamento,
o posicionamento do paciente,
os movimentos involuntários do paciente;
as diferentes formas anatômicas de cada paciente.
Embora todos os aspectos mencionados seguem um rigoroso controle durante a sua
execução, a verificação da dose que o paciente recebe durante o tratamento, se torna um
ente essencial a ser verificado, uma vez que tudo o que é feito está em função da dose que
será administrada. Em conseqüência a verificação da dose é o caminho mais certo para se
conseguir uma boa exatidão no tratamento do paciente.
1.6.2 A Dosimetria In-Vivo e os Programas de Controle da Qualidade
A dosimetria
in vivo
é utilizada como método de controle na radioterapia desde os dias em
que o eritema de pele era a única forma de dosimetria disponível para avaliar um
tratamento. No TECDOC 989 publicado pela IAEA [66] é recomendado que todos os
pacientes devam ser submetidos a uma dosimetria
in-vivo
pelo menos uma vez durante o
tratamento.
Inicialmente visto como um procedimento de alto custo e como uma interferência na rotina
de trabalho dos tratamentos radioterápicos, a dosimetria
in-vivo
vem se consolidando como
21
um procedimento essencial em qualquer serviço de radioterapia [10, 18]. Uma rotina de
dosimetria
in-vivo
é muito importante para o controle da qualidade do tratamento em
radioterapia.
A dosimetria
in vivo
pode ser utilizada para identificar os desvios na administração de um
tratamento e verificar e documentar a dose em estruturas críticas.
Sistemas de dosimetria
in-vivo
podem apresentar incertezas relativamente grandes, que
devem ser conhecidas antes de sua utilização. Os diferentes métodos utilizados para sua
realização têm evoluído muito com o tempo, tendo hoje em dia um alto grau de
confiabilidade. Assim sendo, vários tipos de detectores têm sido desenvolvidos com
sucesso para seu uso na dosimetria
in-vivo
nos diferentes feixes e energias utilizados na
radioterapia [14, 31, 67-71].
A dosimetria
in-vivo
é bastante útil em medições individuais em pacientes e deveria ser
considerada em, pelo menos, todas as primeiras sessões de tratamento de todos os
programas de controle de qualidade [66].
Embora tratada na maioria das vezes como uma tarefa que atrapalha a rotina de trabalho, a
dosimetria
in vivo
é particularmente importante na radioterapia. Antes de se realizar
qualquer uso da mesma, se faz necessário pensar e analisar em alguns aspectos que de fato
vão determinar seu sucesso:
Qual o objetivo da medição?
A dose a ser medida será na pele, ou numa determinada profundidade?
Existem áreas de elevado gradiente de dose no ponto de medição?
Qual o melhor dosímetro a ser utilizado?
Como realizar a calibração do dosímetro?
Realizar-se-ão uma ou duas medidas para cada campo de tratamento?
Quais os fatores de correção que serão aplicados às medidas?
Como interpretar os resultados obtidos?
22
Medidas de dose podem ser feitas de forma rotineira, visando, além de conferir a dose
planejada, se tornarem um último teste de verificação de um planejamento. Medidas de
doses de entrada podem verificar: a calibração do aparelho, os filtros e outros
modificadores do feixe e o posicionamento do paciente segundo planejamento.
Para ser possível comparar medidas, a dose esperada no ponto de interesse deve ser
calculada. A dose de entrada é simplesmente a dose na profundidade de máximo com as
devidas correções conforme os modificadores do feixe utilizados. Quando se mede dose de
entrada, a espessura de equilíbrio eletrônico do detector provoca uma perturbação
significativa (a dose a 10 cm de profundidade pode ser reduzida em até 5%) e provocará
aumento na dose da pele. Por isso, é aconselhável limitar o número de medidas de forma
que seja proporcional a quantidade de frações do tratamento.
1.7 Grandezas Físicas e Parâmetros Dosimétricos Utilizados
A utilização do material OSL como dosímetro implica necessariamente na medida e
avaliação de vários parâmetros físicos utilizados comumente nos tratamentos. Estes
parâmetros, influenciam diretamente no cálculo da dose a administrar ao paciente e
portanto se faz necessário realizar uma avaliação da adequação do detector na avaliação de
tais parâmetros, com a finalidade de se conhecer a sua resposta e possíveis dependências.
A consideração dos parâmetros físicos relacionados ao cálculo da dose podem inclusive
inviabilizar o uso de um detector. Os fatores de correção gerados para cada parâmetro estão
em função do tipo e configuração do tratamento.
1.7.1 Exposição (X)
É uma grandeza física definida, exclusivamente, para a radiação X e gama e para o ar. É a
medida do nível de ionização que acontece no ar. Se define como a soma de todas as cargas
23
elétricas dQ, dos íons de um mesmo sinal produzidos no ar, quando todos os elétrons
liberados pelos fótons no mesmo volume de ar, de massa dM, são freados [72], ou seja:
A unidade no sistema internacional SI para a Exposição é o Coulomb / quilograma, C/kg.
1.7.2 Dose ou Dose absorvida (D)
Ao contrário da grandeza anterior, a Dose Absorvida é definida para qualquer tipo de
radiação ionizante ou meio. Relacionada com a transferência de energia para a matéria, é
definida como a quantidade de energia da radiação, dE, absorvida por unidade de massa,
dm, em um meio qualquer [72]. Pode-se, então, escrever que:
A unidade no sistema internacional SI é o Gray (Gy), que é igual a um joule / quilograma
(J/kg)
1.7.3 Distância Fonte Superfície e Distância Fonte Isocentro
Sempre que se irradia um alvo, a fonte radioativa utilizada se encontrará posicionada a
certa distância do mesmo. Nos equipamentos utilizados em radioterapia existe a chamada
distância fonte superfície DFS, como também a distância fonte isocentro DFI. A primeira
dá conta da distância que existe da fonte à superfície do paciente. A segunda refere-se à
distância da fonte ao isocentro do aparelho, ou seja, ao eixo central de rotação do braço do
irradiador (em inglês
gantry
)
Figura 1.9
.
dM
dQ
X =
dm
dE
D =
(2.1)
(2.2)
24
Figura 1.9.
Representação esquemática da DFS e a DFI.
1.7.4 Porcentagem de Dose em Profundidade, PDD
A dose na profundidade de interesse é medida no eixo central do feixe, sendo que o ponto
de medida tem que ser mais profundo que o ponto de dose máxima, que é o ponto onde
acontece o equilíbrio eletrônico e depende da energia da radiação considerada. Ele é
tomado como ponto de normalização, o que significa que no ponto máximo a porcentagem
de dose profunda é 100%,
Figura 1.10
. Assim, o valor da PDD sempre será igual ou menor
que 100% [73], podendo se escrever:
(2.3)
x100
Máximo
de
de
Profundida
na
Dose
Interese de deProfundida na Dose
PDD
=
25
com a condição de que o tamanho do campo seja o mesmo e que a distância fonte
superfície (DFS) não mude.
Figura 1.10
. Curvas de PDD para feixes de fótons e elétrons de diferentes energias.
1.7.5 Fator Filtro
Existem tratamentos para os quais, devido a sua complexidade, é necessário transformar a
entrada do feixe no paciente. Para isso são utilizados dispositivos chamados de filtros
físicos ou filtros em cunhas,
Figura 1.11
.
Os mais usados são de 15º, 30º, 45º e 60º. Obviamente, quando usados, é preciso conhecer
o fator de atenuação que produzirão no feixe. Este é determinado como a relação da dose
para um campo estabelecido ou padronizado com e sem o filtro, a uma profundidade de 5
ou 10 cm na profundidade de máximo.
26
Figura 1.11.
Filtro em cunha num aparelho de
60
Co.
Alguns aparelhos utilizam o chamado filtro eletrônico (dinâmico ou virtual, dependendo do
fabricante). Este é um filtro não físico que gera distribuições de dose com um perfil
oblíquo, moldadas pelo movimento de um dos colimadores e ajuste da taxa de dose durante
o tratamento, sem endurecer o feixe. A vantagem é permitir um número arbitrário de
ângulos, em vez dos tradicionais. O filtro eletrônico é igualmente importante, pois embora
não produza uma atenuação do feixe, ele realiza uma modulação unidimensional da
intensidade do feixe, que provoca como um filtro físico, uma alteração na distribuição de
dose. Os filtros físicos e eletrônicos produzem diferentes distribuições de dose.
1.7..6 Fator Bandeja
Nem sempre os tratamentos realizados utilizam campos quadrados ou retangulares. Hoje
em dia a personalização de cada tratamento marca um fato importante em termos de
qualidade. Assim, os campos irregulares são bem comuns na prática e nem sempre todos os
aparelhos têm colimadores multilâminas,
Figura 1.12
.
27
Figura 1.12.
Colimador multilâminas utilizado em radioterapia para a construção de
campos irregulares.
Para conformar os campos irregulares são usados bloqueadores, geralmente de chumbo ou
Cerrobend
®
, os quais são fixados numa bandeja que é encaixada no colimador e que
produzirá uma alteração no feixe,
Figura 1.13
.
Figura 1.13.
Bloco de chumbo colado numa bandeja lisa e fixado no colimador num
aparelho de
60
Co.
28
O fator de atenuação é determinado de maneira semelhante ao fator filtro. A bandeja pode
ser lisa ou apresentar ranhuras,
Figura 1.14
e
Figura 1.15
respectivamente.
Figura 1.14.
Bandeja lisa personalisada com modificador do feixe específico para um
tratamento.
Figura 1.15.
Bandeja ranhurada com bloqueadores móveis que podem ser fixados em
diferentes posições.
29
1.7.7 Tamanho de Campo
É difícil achar uma definição conceitual única do parâmetro tamanho de campo, já que ele
depende de muitos fatores. De acordo com o suplemento 25 do
British Journal of
Radiology
[74] entende-se que a definição geométrica é a melhor,
Figura 1.16
. Assim, e
partindo do critério de que campo é uma seção plana do feixe que é perpendicular ao eixo
central do próprio feixe, pode-se dizer que o tamanho de campo é a projeção que o
colimador do aparelho faz do feixe de radiação que emerge da fonte na superfície do objeto
simulador.
Figura 1.16.
Projeção geometrica do tamanho de campo
1.7.8 A Taxa de Dose
A taxa de dose corresponde à variação da dose administrada com o tempo. É um dos
parâmetros mais importantes a ter em consideração na hora de utilizar um detector com fins
de dosimetria
in-vivo
, uma vez que o mesmo não pode apresentar dependência com este
parâmetro. Em aparelhos de
60
Co a taxa de dose varia em função do decaimento da fonte
radioativa, já nos aceleradores lineares ela está em função da eletrônica associada o que
30
permite aumentá-la ou diminuí-la, em função do tipo de tratamento. A taxa de dose pode
ser expressada em termos de dose por minuto ou por hora (Gy/min, Gy/h). Nos
aceleradores lineares a taxa de dose corresponderá a uma determinada quantidade de
unidades de monitor por unidade de tempo, dependendo da calibração do acelerador linear.
1.8 Rastreabilidade das Medidas.
A credibilidade de qualquer sistema de medidas é importante. Portanto, um sistema de
medidas usando dosimetria OSL deve ter um controle periódico. A reprodutibilidade do
feixe utilizado nas medidas é monitorada mensalmente, usando uma câmara de ionização
tipo
Farmer
PTW30013 a prova dágua, calibrada em feixe de
60
Co em conjunto com o
eletrômetro PTW Unidos E. O conjunto é calibrado no Laboratório Nacional de Metrologia
das Radiações Ionizantes (LNMRI) do Instituto de Radioproteção e Dosimetria, IRD a cada
dois anos. A reprodutibilidade dos dosímetros OSL, assim como dos diferentes fatores de
correção utilizados, também deve ser testada no mínimo uma vez por ano. A comparação
da dose medida com os detectores e a calculada para cada tratamento servirá como índice
de avaliação para o controle de qualidade do sistema de dosimetria
in-vivo
implementado.
31
CAPÍTULO II
MATERIAIS
Neste capítulo apresentamos os materiais utilizados para a realização do presente trabalho.
Os materiais utilizados foram aportados pelo laboratório de dosimetria postal do Serviço de
Qualidade em Radiações Ionizantes (SQRI) e pelo serviço de Física Médica do Instituto
Nacional de Câncer (INCA) no Rio de Janeiro. Também utilizou-se materiais do
Departamento de Física Médica do “The Ottawa Hospital Regional Cancer Center” no
Canadá.
2.1 Dosímetros OSL
Foi utilizado o Oxido de Alumínio dopado com carbono Al
2
O
3
:C, em forma de pastilha
com um diâmetro de 7 mm, encapsulado em um cassete plástico com largura de 1,2 cm,
comprimento de 2,5 cm e espessura de 0,2 cm que o protege da luz, Figura 2.1a. Este
cassete possui um formato que permite que o mesmo se ajuste a um mecanismo do sistema
leitor de dosímetros OSL, que possibilita a ejeção do detector quando da sua leitura,
Figura 2.1b.
Este detector denominado Dot por seu fabricante é produzido e comercializado pela
empresa norte-americana Landauer Inc (www.landauerinc.com), e é o único detector
comercialmente disponível no mercado [34]. O produto faz parte de forma exclusiva do
sistema denominado InLight produzido pela mesma empresa.
Esses detectores e o sistema que o acompanha, foram produzidos inicialmente para o
monitoramento de doses individuais como parte de programas de radioproteção, porém
vêm sendo testados com êxito sob diferentes configurações dosimétricas na radioterapia
[17, 35, 75, 76].
32
Figura 2.1a.
Detector OSL,
Dots
, fabricado pela Landauer.
Figura 2.1b.
Detector OSL, fora da cápsula protetora.
Todos os dosímetros possuem um código numérico que os identifica e os classifica por sua
sensibilidade. Para a realização do presente trabalho foram fornecidos dois lotes de
dosímetros de diferentes sensibilidades, classificados como: lote com sensibilidade de 0,81
e o lote com sensibilidade de 0,93.
33
2.1.2 O Sistema Leitor dos Dosímetros OSL
A leitura dos dosímetros OSL, é realizada numa leitora que faz parte do sistema InLight
denominada leitora InLigh microStar OSL, número de serie 6710078 (Figura 2.2). Ela
possui um diodo emissor de luz com comprimento de onda de 540 nm como fonte
estimuladora. A estimulação luminosa utiliza o método de onda contínua e as leituras são
realizadas em um tempo médio de 3 segundos. A luz estimuladora ativa apenas uma
pequena fração das cargas armazenadas no material OSL. Este processo de leitura, não
destrutivo, permite que o dosímetro seja lido várias vezes.
Figura 2.1b. Leitora de dosímetros OSL InLigh
microStar da Landauer Inc.
Para realizar as leituras os dosímetros devem ser colocados num suporte plástico que
posteriormente é introduzido na gaveta frontal da leitora (Figura 2.2 e Figura 2.3).
Este suporte além de permitir a leitura de dosímetros com outros formatos, como os
utilizados na dosimetria pessoal, dá a possibilidade de que o dosímetro seja fixado numa
posição que permita sua abertura para ser opticamente estimulado dentro da leitora,
permitindo posteriormente a quantificação do sinal emitido. Para a realização das leituras o
sistema faz uso de um pequeno laptop o qual carrega o programa microStar, versão 1.2.84,
34
que coordena todo o procedimento de identificação dos dosímetros, condições de leitura,
leitura e armazenagem dos dados. O sistema possui ainda uma base de dados própria.
Figura 2.2. Suporte plástico para leitura contendo o dosímetro OSL.
Figura 2.3. Suporte plástico contendo o dosímetro OSL sendo colocado na gaveta da
leitora.
35
2.1.3 Conjunto Câmara-Eletrômetro
As medidas dosimétricas de referência foram realizadas com um conjunto dosimétrico
fabricado pela firma alemã PTW. O conjunto, Figura 2.4, consta de uma câmara de
ionização tipo Farmer a prova de água de 0,6 cm
3
, modelo 30013 e número de série 491 e
um eletrômetro UNIDOS-E, número de serie T10010-00279. Para a medição da
temperatura e da pressão utilizou-se, respectivamente, um termômetro Minipa e uma
estação barométrica DB-898.
Figura 2.4. Conjunto dosimétrico, termômetro e barômetro usado nas dosimetrias de
referência.
2.1.4 Os Irradiadores Utilizados
Os irradiadores utilizados na radioterapia são equipamentos produzidos com a finalidade de
realizar tratamentos em pacientes com câncer.
Estes aparelhos podem produzir feixes de fótons ou elétrons com vários níveis de energia.
A energia utilizada pode variar entre 1,25 MV e 18 MV para feixes de fótons, embora
existam alguns aparelhos que podem chegar a produzir feixes de até 21 MV, e entre 4 MeV
e 21 MeV para feixes de elétrons. Na prática, dois tipos de equipamentos são produzidos,
36
os aparelhos de
60
Co e os aceleradores lineares ou aceleradores clínicos. O critério para
selecionar um tipo ou outro dependerá de diferentes fatores.
2.1.4.1 O Aparelho de
60
Co
Em nosso trabalho foram utilizados três aparelhos Theratron-780C, fabricado pela
Theratronics Inc. do Canadá, um instalado no The Ottawa Hospital Regional Cancer
Center e dois instalados no Hospital de Câncer I do INCA. Na Figura 2.5, mostramos uma
das unidades de
60
Co utilizadas, pertencente ao INCA. A taxa de dose de referência do
feixe é conferida mensalmente.
Figura 2.5
. Aparelho de
60
Co Theratron 780C.
2.1.4.2 O Acelerador Linear
Para a realização deste trabalho foram utilizados dois aceleradores clínicos. O primeiro um
Clinac 2300C/D,
Figura 2.6
, com energias de fótons de 6 e 15 MV, número de série 209
com filtro dinâmico e colimador multilâminas. O segundo, um Clinac 600C número de
série 489, também com filtro dinâmico. Ambos equipamentos fabricados pela Varian
Medical System dos Estados Unidos e instalados no Hospital de Câncer I, INCA. Algumas
37
medidas foram realizadas utilizando dois aceleradores Siemens, um com um feixe de fótons
de 10 MV e outro com feixes de fótons de 6 e 18 MV, ambos instalados no
The Ottawa
Hospital Regional Cancer Center
.
Figura 2.6
. Acelerador clínico para uso em tratamentos com feixes de fótons e elétrons.
2.1.5 Simuladores.
Para a realização de todos os testes nos detectores OSL, se fez necessário a utilização de
um meio que reproduza as condições reais nas quais, uma vez testados, eles serão
utilizados. Na radioterapia existem vários tipos de objetos que simulam o tecido humano,
desde a água, sempre muito prática, até objetos construídos com diferentes materiais, todos
eles visando ter um número atômico perto do número atômico do tecido humano (Z = 7,4).
Esta característica faz com que muitos simuladores sejam produtos caros e delicados,
portanto requerendo uma manipulação cuidadosa na hora de sua utilização.
Para a realização de todos os testes com os detectores foram utilizados dois tipos de
simuladores.
38
Primeiramente, foram realizados todos os testes de aceitação e calibrações, utilizando
placas de água sólida tipo: simulador plástico G211 produzidos pela firma inglesa Standard
Imaging,
Figura 2.7
.
A utilização da água sólida permite a realização dos testes com mais economia de tempo e
praticidade. As placas de água sólida utilizadas têm dimensões de 40 x 40 cm
2
e altura que
de 3 cm e 5 cm.
Foram realizadas modificações em duas das placas com 5 cm de altura. Em uma foi feito
um orifício de forma a permitir a entrada da câmara de ionização tipo Farmer sem qualquer
folga, na outra a superfície foi usinada de forma a permitir a inserção do detector OSL.
Figura 2.7
. Placas de água sólida utilizadas.
Em seguida, para a realização dos testes prévios à dosimetria
in-vivo
, utilizou-se um
simulador antropomórfico de corpo humano, sexo feminino,
Alderson Phanton
Figura2.8
.
39
Figura 2.8
. Simulador antropomórfico de corpo humano, sexo feminino, RANDO
Alderson.
O simulador RANDO Alderson foi desenvolvido no sentido de minimizar as desvantagens
da não uniformidade dos materiais de simulação quanto à forma e tamanho.
O material utilizado para sua construção é a substância conhecida como Presdwood, que é
um material equivalente ao tecido muscular. O simulador RANDO Alderson contém um
esqueleto humano natural de tamanho apropriado, ajustado num molde onde prevalece a
relação normal com os contornos do corpo.
Os tecidos moles são moldados num material plástico extremamente firme e resistente,
baseado numa borracha sintética de isocianeto que apresenta estabilidade no que diz
respeito à idade, temperatura, umidade e outros fatores ambientais; é resistente à abrasão,
laceração e impacto, e não se deteriora [77].
40
2.1.6 Sistema de Cálculo.
Para o processamento dos dados obtidos da leitora e o cálculo dos diferentes parâmetros
testados, assim como, da dose verificada, foi utilizada uma planilha eletrônica.
Desenvolveu-se um procedimento de cálculo com várias planilhas, contendo todas as
informações necessárias para o cálculo, avaliação e apresentação dos resultados.
41
CAPÌTULO III
MÉTODOS
3.1 A estabilidade da leitora OSL
Para a realização das leituras dos dosímetros OSL previamente irradiados, a leitora deve
estar em situação estável e com seus parâmetros dentro dos limites de tolerância
estabelecidos pelo fabricante. Para isto, três testes diferentes são realizados sem a presença
dos dosímetros:
Teste de calibração, chamado de CAL (sigla em inglês para calibração),
Teste do Laser, chamado de LED (sigla em inglês para diodo emissor de luz) e
Teste de leitura sem o laser, chamado de DRK (sigla em inglês para escuro).
Essa leitora ainda oferece a possibilidade de ser calibrada para realizar correções das
leituras por não-linearidade e por sensibilidade. Os dados para a criação destes ajustes
podem ser introduzidos através do programa que controla as operações da leitora.
Outro teste necessário para verificar a estabilidade da leitora é o da reprodutibilidade do
sinal OSL para um mesmo detector.
Para isto, foram selecionados aleatoriamente quatro detectores virgens com sensibilidade
0,81, os quais foram previamente irradiados num feixe de
60
Co com uma dose de 100cGy
em condições padronizadas de irradiação (profundidade de 5 cm na água sólida, com
DFS = 80 cm, para um tamanho de campo de 10 x10 cm
2
),
Figura 3.1
.
Uma vez irradiados, cada detector foi lido 40 vezes de forma consecutiva.
42
Figura 3.1
, Montagem para realização do teste de reprodutibilidade dos detectores OSL
num feixe de
60
Co.
3.2 A Preparação dos Dosímetros OSL para seu Uso
De forma geral os detectores utilizados para medidas de dose em pacientes em radioterapia
apresentam dependência com o tipo de energia do feixe utilizado. Em consequência, a
grande maioria é calibrada num feixe de
60
Co devido à estabilidade que a radiação gama
emitida por uma fonte radioativa oferece, como é o caso dos irradiadores de
60
Co.
Inicialmente os dosímetros OSL eram utilizados de forma contínua, ou seja, eram
irradiados, lidos e novamente irradiados. Para o segundo ciclo de leitura, era necessário
subtrair o valor da primeira leitura, e assim por diante.
Durante o desenvolvimento do presente trabalho, descobriu-se que o acúmulo de dose leva
o dosímetro a perder sensibilidade, o que implica num aumento dos desvios das leituras,
fato este que afeta diretamente o resultado das medições. Esse fato levou-nos a optar pelo
alvejamento (reutilização) do dosímetro previamente a cada irradiação. O procedimento
para esse efeito será descrito no presente capítulo.
Para a determinação do fator sensibilidade, cada detector foi irradiado com uma dose de
0,5 Gy. Eles foram colocados a 5 cm de profundidade em água sólida e expostos à radiação
43
gama do
60
Co a uma DFS = 80 cm. Para determinar a sensibilidade de cada detector,
utilizou-se a
Equação 3.1
, onde a razão entre a média das leituras de todos os detectores
M
e a leitura individual de cada detector M
i
nos leva aos fatores de sensibilidade
individual K
sen
.
Este procedimento é repetido por 3 vezes, o que permite obter 3 fatores de sensibilidade
para cada detector. A diferença entre o menor e o maior valor não pode ser superior a 3 % .
3.2.1 Reprodutibilidade dos Dosímetros OSL
Uma das propriedades mais importante dos dosímetros OSL aqui utilizados está no fato
deles poderem ser lidos várias vezes, sem que ocorra uma mudança significativa em suas
respostas. Segundo o fabricante, a informação que uma leitura aporta é pequena em relação
a toda a informação armazenada no detector.
A reprodutibilidade da resposta do detector, numa série contínua de leituras, deve permitir
avaliar o critério anterior.
3.2.2 Linearidade dos Dosímetros OSL
A linearidade com a dose é outra característica importante que todo detector deve possuir,
já que um detector que não apresente um comportamento linear em sua resposta, não tem
condições de ser utilizado em radioterapia, uma vez que não gera confiança no resultado
obtido.
M
M
K
i
sen
=
(3.1)
44
A intenção deste teste é avaliar se a resposta do dosímetro em questão, para um certo
intervalo de dose, é linear. Este teste leva necessariamente a uma correção chamada de não-
linearidade, já que uma linearidade plena é difícil de ser obtida.
Para esta avaliação utilizamos 8 detectores virgens com sensibilidade 0,81, os quais foram
irradiados um por um num feixe de
60
Co, com doses de 0,5; 1, 1,5; 2; 3 e 4 Gy em
condições padronizadas de irradiação (as mesmas do item anterior),
Figura 3.2
.
Posteriormente foram realizadas cinco leituras consecutivas de cada dosímetro.
Figura 3.2
, Montagem para realização do teste de reprodutibilidade dos detectores OSL.
O fator de correção devido a não linearidade da resposta do detector,
K
lin
se determina
como o inverso da razão entre a média das leituras de uma dose específica
M
D/DoseX
, e a
média das leituras obtida para a mesma dose com uma câmara de ionização,
M
Câmara/DoseX
,
e a razão entre a média das leituras para uma dose padrão de 0,5 Gy obtida no
60
Co
M
D/0,5Gy
, e a média das leituras da câmara para essa dose,
M
Câmara/0,5Gy
. Esta análise para
um intervalo de valores de dose útil gera uma série de pontos que são ajustados por uma
reta ou por uma função polinomial, que relaciona o fator de correção devido a não
linearidade com o valor da dose absorvida. O cálculo em questão é feito através da
Equação 3.2
.
45
3.2.3 A calibração dos Dosímetros OSL
O critério de calibração para detectores do tipo aqui utilizados segue duas variantes:
conhecer o fator de calibração próprio de cada detector ou obter o fator de calibração de um
lote como um todo.
Denominado como N
cal
,
é o fator de calibração que converte as contagens da leitora em
valores de dose. Esse valor é determinado por meio da razão entre o valor da dose
D
OSL
administrada ao detector OSL, de referência, e o valor médio das leituras
L
OSL
do próprio
dosímetro,
Equação 3.3
.
O fator de calibração é geralmente obtido a partir da irradiação com energia do
60
Co como
referência uma vez que os devidos fatores de correção, para as outras energias utilizadas,
podem ser aplicados. Embora este seja o procedimento mais comumente utilizado, quando
se analisa o comportamento dos detectores OSL irradiados com diferentes energias,
observa-se que a calibração dos mesmos seria mais adequada se realizada no próprio feixe
utilizado para o tratamento, pois as incertezas seriam menores.
(3.2)
L
D
N
OSL
OSL
cal
=
(3.3)
46
3.2.4 Dependência com a Energia
Usualmente todo detector apresenta alguma dependência com a energia do feixe com o qual
está interagindo. Isto faz com que seja necessário avaliar a resposta do detector em função
da energia da radiação utilizada.
Para a realização deste teste foram irradiados 4 grupos de quatro detectores cada, em feixes
de fótons de
60
Co, 6, 10 e 18 MV. A irradiação foi realizada com os detectores
posicionados em um simulador de água sólida a 5 cm de profundidade. A distância fonte
superfície (DFS) utilizada foi de 80 e 100 cm em aparelhos de
60
Co e aceleradores clínicos
respectivamente, com um tamanho de campo de 10 x10 cm
2
.
3.2.5 Dependência com a Taxa de Dose
Para verificar a possível dependência do detector OSL com a variação da taxa de dose nos
aceleradores clínicos, foram irradiados três grupos de quatro detectores cada. Foi utilizado
um feixe de 6 MV. Os dosímetros foram irradiados com 100 UM à profundidade de 5 cm
na água sólida, com DFS = 100 cm e um tamanho de campo de 10 x10 cm
2
Cada grupo de detectores foi irradiado respectivamente com uma taxa de dose de 200, 400
e 600 cGy/min.
3.3 Desvanecimento do Sinal OSL
Para conhecer o desvanecimento ou perda do sinal do detector OSL (K
desv
) com o tempo
decorrido após a sua irradiação, um grupo com quatro detectores foi irradiado e
repetidamente avaliado a intervalos durante 1 hora, a primeira avaliação ocorrendo 10
minutos após a irradiação. O calculo do fator de correção K
desv
é realizado segundo a
Equação 3.4
.
47
∆t
∆t
desv
D
M
D
M
K
ref
=
onde:
ref
∆t
D
M
é a razão entre a leitura do detector para a dose dada, num tempo
∆
t
ref
que se toma
como referência o ponto de partida e,
∆t
D
M
razão entre a leitura do detector para a dose dada, num tempo ∆t qualquer posterior
a irradiação do dosímetro.
A irradiação foi realizada num aparelho de
60
Co na profundidade de 5 cm em água sólida
num campo de 10 x 10 cm
2
e DFS = 80 cm. A dose utilizada foi de 0,5 Gy.
3.4 Outros Fatores que Influenciam na Resposta do Detector OSL
Além dos fatores relacionados com a energia do feixe de irradiação e a dose administrada,
existem outros parâmetros que também podem influenciar na resposta do detector e,
portanto, na dose medida. Conhecê-los fará com que as possíveis correções, se necessárias,
sejam aplicadas corretamente.
3.4.1 Dependência Angular
Para avaliar a possível dependência da resposta do detector OSL com o ângulo de
irradiação
Figura 3.3
, duas posições diferentes do detector foram testadas. Elas levam em
consideração a forma do detector.
(3.4)
48
Figura 3.3
. Avaliação da resposta dos detectores OSL em função do ângulo de irradiação.
Inicialmente foi irradiado um grupo de 4 detectores para cada ângulo em estudo. Irradiados
individualmente com uma capa de equilíbrio eletrônico na superfície da água sólida, os
detectores receberam uma dose de 0,5 Gy num feixe de
60
Co à distância fonte superfície de
80 cm, num campo de tamanho 10 x 10cm
2
. Para as energias de 6 e 15 MV a distância da
fonte à superfície foi de 100 cm. Nesta configuração, os detectores foram irradiados na
posição “
in-plane
” ou seja, o irradiador muda de ângulo no sentido longitudinal do
detector,
Figura 3.4
, tanto para o lado direito como para o lado esquerdo, partindo sempre
da posição 0°.
Figura 3.4
. Posicionamento “
in-plane
”do detector para o do teste de dependência angular.
O segundo grupo foi irradiado nas mesmas condições do primeiro, colocando porém os
detectores na posição “
cross plane
” (
Figura 3.5
), ou seja, o irradiador muda de ângulo
cruzando o detector perpendicularmente.
Por apresentar as mesmas condições em ambos os lados, os detectores foram irradiados
apenas do centro para o lado esquerdo.
49
Figura 3.5
. Posicionamento “
cross plane
”do detector para o teste de dependência angular.
Os ângulos testados foram 0°, ±15°, ±30°, ±45° e ±60° na primeira configuração e 0°, 15°,
30°, 45° e 60° na segunda. Para o cálculo do fator de correção devido à variação da
resposta do detector com o ângulo de irradiação
K
ang
, utilizamos a
Equação 3.5
.
onde M
0°
é a média das medidas obtidas para a irradiação do detector com um ângulo igual
a 0° e M
ang
é a média das medidas obtidas com o ângulo testado.
3.4.2 Distância Fonte Superfície
Como nem sempre a distância de tratamento selecionada é constante, é preciso verificar a
resposta do detector em função da variação da distância da fonte à superfície a ser irradiada.
Para isto utilizou-se o aparelho de
60
Co e o acelerador clínico com energias de 6 e 15 MV.
O detector com sua capa de equilíbrio eletrônico foi colocado na superfície da água sólida,
no centro de um campo de irradiação de 10 x 10 cm
2
. A dose fornecida ao detector foi de
100 cGy, calculada na profundidade de máximo para cada uma das distâncias fonte
superfícies a testar.
M
M
K
ang
0
ang
°
=
(3.5)
50
As seguintes distâncias fonte superfície foram avaliadas: 70; 80; 90,2; 100 e 109,2. Os
valores são normalizados para a DFS = 80 cm ou 100 cm, dependendo do equipamento
utilizado.
Para o cálculo do valor de correção devido à mudança da DFS (
K
DFS
)
utilizou-se a
Equação 3.6
onde M
0
, D
0
e DFS
0
correspondem à média das leituras do detector, à dose
determinada com câmara de ionização e à DFS para a distância padrão, ou seja, 80 cm para
o aparelho de
60
Co e 100 cm para os aceleradores clínicos. A d
max
é o valor da profundidade
de máximo para o tipo de energia utilizada, e d
s
é a distância ao centro geométrico do
detector que está localizado na superfície a ser irradiada.
Os mesmos termos, no denominador, se aplicam para distâncias diferentes às padronizadas
para as energia do
60
Co, 6 e 15 MV.
( )
( )
( )
( )
+
−
×
+
−
×
=
2
max
s
DFS
DFS
2
max0
s0
0
0
DFS
dDFS
dDFS
D
M
dDFS
dDFS
D
M
K
3.4.3 Tamanho de Campo
O tamanho de campo utilizado para um tratamento varia muito em função do tamanho, da
localização e da profundidade da lesão. Portanto se faz necessário verificar se existe alguma
mudança na resposta do detector em função do tamanho do campo selecionado.
(3.6)
51
O teste foi realizado tanto no aparelho de
60
Co como nos aceleradores clínicos, para feixes
de 6 e 15 MV. A montagem foi a mesma do item anterior com a particularidade que, neste
caso, o parâmetro que muda é o tamanho de campo.
Para o cálculo do fator de correção para cada tamanho de campo
K
camp
, utilizou-se a
Equação 3.7
, lembrando que os valores sempre estarão normalizados para o campo 10 x 10
cm
2
.
Na equação 3.5, M é a média das leituras do detector OSL para um tamanho de campo
10 x 10 cm
2
(10 x 10) e para um tamanho de campo especifico diferente de 10 x 10 cm
2
(X x X cm
2
), D
0
é a dose medida com câmara de ionização para um tamanho de campo
10 x 10 cm
2
e D é a dose medida também com câmara de ionização para um tamanho de
campo especifico (X x X cm
2
).
3.4.4 Fator Filtro
Para a determinação do fator de correção pelo uso de filtros físicos e eletrônicos, utilizou-se
um procedimento similar ao realizado para a obtenção destes fatores durante o
comissionamento dos aparelhos.
Para o filtro físico utilizado no aparelho de
60
Co, colocou-se o detector com sua capa de
equilíbrio eletrônico no centro de um campo 10 x 10 cm
2
na superfície da água sólida a
uma DFS = 80 cm. Irradiou-se primeiramente um detector com o
gantry
a 0° e uma dose de
50 cGy, que serviu como referência. Logo a seguir, colocou-se na mesma posição um outro
detector, e fixou-se o filtro físico no colimador do equipamento. Antes de irradiar esse
D
M
D
M
K
XxX
1010
0
camp
=
x
(3.7)
52
outro detector, o colimador foi girado de 90°, e a irradiação foi feita com a metade do
tempo com que foi irradiado o primeiro detector. Em seguida girou-se o colimador para
270° e irradiou-se o detector com a outra metade do tempo.
O giro do colimador em um ou outro sentido obedece ao fato de irradiar o dosímetro OSL
nas mesmas condições em que foram determinados os fatores do filtro durante o
comissionamento do equipamento.
O fator filtro
F
Filtro
é calculado através da razão da média das leituras do detector irradiado
para cada filtro físico testado M
X
, com a média das leituras do primeiro detector,
denominado de referência M
0
. A
Equação 3.8
mostra essa relação.
Os filtros físicos mais comumente utilizados são de 15°, 30°, 45° e 60°.
Para a determinação do fator filtro eletrônico o procedimento é similar, com algumas
especificações em particular. A DFS é igual a 100 cm. O filtro eletrônico se produz pelo
fechamento de um dos colimadores enquanto o outro fica fixado para o tamanho do campo
específico. Isto permite, em função da velocidade com que o colimador se desloca,
determinar o ângulo do mesmo.
Todos os fatores filtro, físico ou eletrônico, foram medidos previamente com câmara de
ionização.
0
x
Filtro
M
M
K =
(3.8)
53
3.4.5 Fator Bandeja
Na radioterapia é comum o uso de dois tipo de bandejas, uma lisa e outra com ranhuras.
Para determinar o fator bandeja lisa
F
BL
num aparelho de
60
Co, deve-se irradiar
primeiramente um detector na superfície da água sólida com sua capa de equilíbrio
eletrônica num campo 10 x10 cm
2
com DFS = 80 cm. Posteriormente se irradia um
segundo detector, utilizando-se a bandeja lisa de uso mais comum. Ambos os detectores são
irradiados com uma dose de 50 cGy.
O valor do fator de correção é calculado como o quociente entre a média das contagens do
detector irradiado sem bandeja,
M
SB
, e a média das leituras do detector irradiado com a
bandeja
M
CB
,
Equação 3.9
:
No caso da bandeja com ranhuras, o procedimento é o mesmo,
Figura 3.6
, porem devemos
medir e levar em consideração as três possíveis posições do detector.
Figura 3.6
. Montagem para a determinação do fator bandeja com ranhuras.
SB
CB
BL
M
M
K
=
(3.9)
54
Nesta configuração três podem ser as posições do detector: no vão entre o acrílico e a
ranhura, no acrílico e na aresta (entre o acrílico e o vão)
Figura 3.7
(da direita para a
esquerda).
Figura 3.7
. Posições do detector OSL na bandeja com ranhuras: no vão, no acrílico e na
aresta.
3.5 Alvejamento dos Detectores
A possibilidade de se reutilizar um detector é sempre bem-vida. O que em determinadas
circunstâncias pode ser uma dificuldade, em outras, pode ser uma boa oportunidade.
Embora não exista uma palavra na língua portuguesa para definir o termo técnico para
limpeza das armadilhas, no presente trabalho optou-se pela tradução literal do termo
bleaching
em inglês como alvejamento, no sentido de liberação dos elétrons das armadilhas
por estimulação ótica.
O fato dos detectores serem sensíveis à luz natural, e por isso estarem encapsulados num
pequeno cassete se apresenta justamente como uma ótima possibilidade para seu
reaproveitamento [78].
55
Na
Figura 3.8
, mostra-se a montagem experimental para o alvejamento dos detectores.
Nela, um grupo de dosímetros é colado com fita adesiva numa placa de isopor e esta é
colocada de frente para a fonte luminosa.
Foi utilizada uma fonte de luz alógena com potência de 500 watts. O tempo de irradiação
luminosa pode variar entre 2 e 6 horas
Entre os detectores e a fonte de luz foi colocado um reservatório com água com o objetivo
de evitar o aquecimento dos dosímetros. A temperatura foi controlada durante todo o
processo de alvejamento.
Figura 3.8
. Montagem experimental para a realização do alvejamento dos detectores.
3.6 O uso do simulador antropomórfico
Uma vez caracterizados, os detectores OSL são testados num simulador antropomórfico,
condição prévia ao uso em pacientes. O simulador é posicionado em idênticas condições às
do paciente, inclusive utilizando os mesmos acessórios imprescindíveis ao tratamento.
56
Para isto, os detectores OSL com sua respectiva capa de equilíbrio eletrônico foram fixados
com fita adesiva no centro do campo de irradiação a ser avaliado como mostrado na
Figura 3.9
.
Figura 3.9
. Colocação do detector OSL no simulador antropomórfico.
As medidas
in vivo
realizadas no presente trabalho avaliaram, doses de entrada em
diferentes regiões anatômicas: cabeça e pescoço, tórax e pélvis, utilizando campos
regulares e irregulares e inclusive modificadores do feixe, .
No caso específico das medidas feitas na região da cabeça e pescoço, os detectores foram
colocados sobre a máscara imobilizadora, segundo o planejamento realizado,
Figura 3.10
.
57
Figura 3.10
. Detector OSL colocado na máscara imobilizadora.
3.7 O planejamento da dose a ser administrada
Para o cálculo da dose de irradiação a ser administrada, foi utilizado o sistema de
planejamento computadorizado Eclipse, versão 8.1 de 2008 comercializado pela firma
norte-americana Varian Medical Systems.
O planejamento do tratamento antes da realização das medidas com o simulador
antropomórfico é uma etapa importante, uma vez que a dose calculada pelo sistema de
planejamento será comparada com a dose calculada a partir das medidas feitas com os
detectores OSL. Para a realização do planejamento, é realizada inicialmente, uma
tomografia do simulador antropomórfico para determinar suas estruturas internas. A
imagem tomográfica é transferida para o sistema de planejamento que irá simular
virtualmente um contorno do volume a ser irradiado. A tomografia da região da cabeça e
pescoço foi realizada com e sem máscara imobilizadora, fato que permitiu comparar os
resultados das medidas
in vivo
com ambas opções de tratamento.
As doses calculadas pelo sistema de planejamento foram conferidas manualmente. A
diferença na dose entre o cálculo manual e o do sistema de planejamento não deve ser
58
superior a 3%. Os dois valores foram comparados, por sua vez, com as doses que
reportaram os detectores OSL uma vez irradiados.
3.8 Cálculo da Dose Recebida pelo Detector OSL
Para calcular a dose no detector OSL, todos os fatores mencionados no presente capítulo,
foram levados em consideração. Para o cálculo utilizamos a
Equação 3.10
, onde M é a
média das leituras do dosímetro OSL, e N
cal
é o fator de calibração que converte as
contagens em dose. Os demais fatores mostrados na equação já foram descritos
anteriormente.
A incerteza, σ
D
, associada ao valor da dose calculada utilizando a equação (3.10) é obtida
pela combinação das incertezas associadas aos fatores que compõe a equação em questão.
Estas são menores que 1 % para as doses compreendidas entre 0,5 e 1,5 Gy e, portanto, σ
D
é menor 3,3 %, como calculado a seguir, segundo a
Equação 3.11
:
BL/BR filtrocampDFS anglindesv energ
2
max
s
l
ca
Kx K x K x Kx K x K x Kx Kx
d - DFS
d - DFS
x N x MD
=
(3.10)
(3.11)
59
CAPÌTULO IV
RESULTADOS
4.1 A estabilidade da leitora OSL
Com a leitora pronta para ser utilizada, foram realizadas medidas prévias às leituras dos
detectores. Os três testes exigidos devem apresentar resultados dentro dos limites de
tolerância estabelecidos pelo fabricante.
Os níveis de tolerância estabelecidos pelo fabricante para os testes de CAL e LED devem
estar na faixa de ±10 %, já para o teste DRK a contagem contabilizada pela leitora deve
sempre ser menor de 30 contagens. Os resultados são mostrados na Figura 4.1 onde a
escala da esquerda identifica os valores obtido nos testes CAL e LED e na escala da direita
os correspondentes ao teste DRK. Os testes de estabilidade da leitora são realizados toda
vez que se inicia a avaliação de um novo lote de dosímetros previamente irradiados.
Figura 4.1. Resultados dos testes leituras que mostram a estabilidade da leitora OSL.
60
A leitora apresentou uma ótima reprodutibilidade. Para um ciclo de 40 leituras
consecutivas, com quatro detectores escolhidos aleatoriamente A variação das leituras
mostrou-se menor que 1 %,
Figura 4.2
.
Figura 4.2. Resultados das leituras que mostram a reprodutibilidade da leitora OSL.
4.2 A Preparação dos Dosímetros OSL para seu Uso
Antes de serem utilizados em medidas, 192 dosímetros foram submetidos a cinco ciclos de
irradiação/leitura.
O acúmulo de dose no detector faz com que a sensibilidade do mesmo mostre uma queda
Figura 4.3
, a qual é mais acentuada quando maior o valor da dose acumulada,
Figura 4.4
.
Este comportamento coloca os detectores em franca desvantagem, uma vez que o critério
de seleção para serem utilizados na radioterapia é de até ±3 % de reprodutibilidade na sua
resposta. Seguindo o procedimento inicial apenas 6,3 % dos 192 detectores utilizados têm
61
uma reprodutibilidade menor do que 3 %. Uma vez que os detectores foram submetidos a
um novo tratamento, que inclui vários ciclos de irradiação/leitura/alvejamento, os
resultados mudaram drasticamente, uma vez que 60 % do total de detectores ficou com uma
reprodutibilidade menor que 3 % Figura 4.5 o que viabiliza a sua utilização na
radioterapia.
Este resultado se mostra altamente promissor, uma vez que o lote contendo os 192
detectores não foi previamente selecionado.
Figura 4.3. Perda da sensibilidade do detector OSL com o acúmulo da dose.
62
Figura 4.4. Aumento da perda da sensibilidade do detector OSL com o acúmulo da dose.
Figura 4.5. Histograma mostrando a mudança no fator de sensibilidade dos detectores OSL
uma vez que se muda o método de tratamento.
63
4.3 O Alvejamento dos Detectores
Após algumas horas de alvejamento, os detectores OSL alcançaram contagens ao nível de
dosímetros virgens. Para doses acumuladas de 0,5 Gy foram necessárias 2 horas de
tratamento. Na Figura 4.6, são mostrados três ciclos diferentes de alvejamento, os quais
mostram resultados similares. Para doses de até 10 Gy, o tempo foi de 6 horas, Figura 4.7.
Alvejamento dos Detectores OSL
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
Tempo / horas
Media das Leituras / UA
Figura 4.6. Alvejamento por duas horas em detectores irradiados com doses de até 0,5 Gy.
Figura 4.7. Alvejamento por seis horas em detectores irradiados com doses de até 10 Gy.
64
O tempo de alvejamento mostrou-se independente da sensibilidade intrínseca dos
dosímetros, porém altamente dependente da dose acumulada como pode ser visto em
ambos gráficos.
Os dosímetros OSL apresentaram um padrão comum na redução das contagens e
mostraram uma reprodutibilidade menor que 2 % durante todo o trabalho.
4.4 Linearidade na Resposta do Dosímetro OSL
A linearidade da resposta ou a correção por não-linearidade da resposta do detector é
realizada para a energia do
60
Co, já que a variação da resposta com a dose, para as
diferentes energias, está normalizada em função dela.
Os valores da não-linearidade da resposta do dosímetro OSL para uma faixa de doses estão
normalizados para uma dose padrão de 0,5 Gy. A Tabela 1 mostra os valores de contagens
para uma faixa de doses compreendida entre 0,5 e 4 Gy, com suas respectivas incertezas
(S
M
) relativas para um desvio padrão (1σ).
Com os dados obtidos, foram determinados os diferentes pontos que ajustados, deram
origem a equação para a determinação do fator de correção devido a não-linearidade da
resposta dos detectores em função da dose.
Os valores de dose administrados foram conferidos com uma câmara de ionização. O
resultado mostra uma diminuição no valor do fator de correção segundo o aumento da dose.
A Figura 4.8 mostra como resultado do ajuste linear e a equação obtida, onde, substituindo
D pelo valor da dose avaliada pelo dosímetro irradiado, se obtém o ajuste por não-
linearidade.
65
Figura 4.8. Variação do fator de correção por não-linearidade em função da dose,
normalizado para 0,5 Gy.
Tabela 1.
Valores do fator de correção devido a não linearidade da resposta dos
dosímetros OSL, K
lin
, em função da dose, normalizados para 0,5 Gy suas respectivas
incertezas (S
M
) para 1σ.
Dose (cGy) K
lin
S
M
20,30 0,997 0,012
49,90 1,000 0,009
99,50 0,993 0,012
150,30 0,983 0,006
199,90 0,963 0,006
300,30 0,958 0,003
399,60 0,954 0,008
66
4.5 Dependência com a Energia
A resposta dos dosímetros OSL em função da energia é mostrada na
Figura 4.9
. Como se
pode observar, para valores de energia acima de 6 MV, não se evidencia de forma clara
dependência com a energia. Este resultado está em completa concordância com outros
trabalhos (17-19; 28, 34-35; 76).
Comparando-se estes resultados para energias entre 6 e 18 MV com a energia do
60
Co
(1,25 MV), podemos constatar claramente que existe um decréscimo da ordem de 4 % na
sensibilidade do detector para esta energia.
Em outras palavras o fator de calibração para altas energias aumenta na ordem de 4 % se
comparado com o fator de calibração para o
60
Co.
Podemos dizer que para detectores calibrados para a energia do
60
Co, será necessário
aplicar fator de correção por energia se fossem utilizados para avaliar dose em energias
compreendidas entre 6 e 18 MV.
Este resultado sugere realizar a calibração energética do dosímetro no próprio feixe
utilizado para realizar as medições. Isto implica que, não será necessário realizar correção
por energia para determinar a dose no detector, desde que o dosímetro utilizado como
referência para a calibração, seja irradiado na mesma energia.
67
Figura 4.9. Fatores de correção para a dependência com a energia mostrada pelos
detectores OSL, normalizado para a energia do
60
Co.
Este resultado leva necessariamente a reforçar o critério dos fabricantes dos detectores de
que para altas energias de fótons (acima de 6 MV), e inclusive elétrons, a variação a
respeito da dependência energética dos detectores OSL esta dentro de ±1 %.
4.6 Dependência com a Taxa de Dose
A Figura 4.10 mostra a resposta dos dosímetros OSL em função da taxa de dose,
normalizada para a resposta para uma taxa de dose nominal de 2 Gy/min.
Como pode ser visto, não se manifesta dependência alguma quando existe variação da taxa
de dose. Este resultado aporta mais uma vantagem para o uso do dosímetro OSL na
radioterapia uma vez que a taxa de dose pode mudar em função do tipo de tratamento.
68
Devido a independência da taxa de dose com o tipo de energia utilizada, o teste foi
realizado apenas para a energia de 6 MV.
Figura 4.10. Dependência da resposta do detector OSL com a taxa de dose.
4.7 Desvanecimento do Sinal OSL
Na Figura 4.11 mostra-se o comportamento da sensibilidade da resposta do dosímetro OSL
em função do tempo decorrido após a sua exposição à radiação ionizante. O
desvanecimento se mostra bastante instável nos primeiros 10 minutos, estabilizando-se
após este período.
Como o objetivo do presente trabalho é a utilização dos detectores para medidas in vivo na
radioterapia, os resultados sugerem a realização das leituras 10 minutos após a irradiação
do detector. Consequentemente, para leituras entre 10 minutos e 1 hora após a irradiação do
detector, a correção por desvanecimento será desprezível uma vez que o resultado da
medida in vivo é analisado de forma imediata.
69
Figura 4.11. Desvanecimento do sinal OSL com o tempo.
4.8 Dependência Angular
A Figura 4.12 e a Figura 4.13 mostram respectivamente a variação do sinal OSL em
função do ângulo de incidência do feixe de radiação para as posições cross-plane e in-plane
respectivamente.
Na Tabela 2 e Tabela 3, podemos ver os fatores de correção para s diferentes ângulos
avaliados com seus respectivos desvios (S
M
) para 1σ.
As diferenças entre os valores de correção pelo ângulo de incidência (K
ang
), para ângulos
iguais nas duas configurações é devido à influencia do cassete plástico que guarda o
detector.
70
Figura 4.12. Dependência angular do detector OSL na posição “cross-plane”.
Figura 4.13. Dependência angular do detector OSL na posição “in-plane”.
71
Tabela 2. Dependência angular do detector OSL na posição “cross-plane”.
Ângulo K
ang
S
M
-60° 0,926 0,002
-45° 0,971 0,002
-30° 0,990 0,003
-15° 1,007 0,002
0° 1,000 0,002
15° 1,002 0,002
30° 0,998 0,003
45° 0,986 0,002
60° 0,956 0,002
Tabela 3. Dependência angular do detector OSL na posição “in-plane”.
Ângulo K
ang
S
M
0° 1,000 0,003
15° 0,984 0,001
30° 0,988 0,003
45° 0,972 0,003
60° 0,945 0,002
72
.9 Distância Fonte Superfície
Como esperado, os resultados do teste de dependência da resposta do detector com a
distância fonte superfície mostram o comportamento padrão para este tipo de avaliação. Na
Figura 4.14
, mostramos o comportamento do detector OSL quando da variação da DFS.
Na Tabela 4, são apresentados os fatores de correção e seus respectivos desvios (S
M
) para
1σ. OS valores se encontram normalizados para a DFS = 80 cm.
Figura 4.14. Gráfico mostra a variação da resposta do detector em função da DFS.
Tabela 4. Fatores de correção devido à variação da distância fonte superfície (DFS) e suas
respectivas incertezas (S
M
) para 1σ.
DFS K
DFS
S
M
70,0 1,028 0,010
80,0 1,000 0,008
90,2 0,984 0,007
100,0 0,977 0,008
109,2 0,983 0,009
73
4.10 Tamanho de Campo
De maneira similar ao item anterior, foram realizadas as medidas para a determinação dos
fatores de correção em função do tamanho de campo utilizado.
A Figura 4.15 mostra a equação de ajuste que permite o cálculo do fator de campo para os
diferentes campos quadrados utilizados.
Os valores estão normalizados para o tamanho de campo de 10 x10 cm
2
.
Figura 4.15
. Variação da resposta do detector em função do tamanho de campo.
Na Tabela 5, mostramos os fatores de correção para os diferentes tamanhos de campos
testados no feixe de
60
Co com seus respectivos desvios (S
M
) para 1σ.
74
Tabela 5. Fatores de correção devido à variação do tamanho de campo K
camp
e suas
respectivas incertezas (S
M
) para 1σ.
Tamanho
de Campo
(cm
2
)
K
camp
S
M
5 x 5 1,014 0,005
10 x 10 1,000 0,009
15 x 15 1,009 0,006
20 x 20 1,001 0,009
25 x 20 1,003 0,004
4.11 Fator Filtro
Na Figura 4.16 o comportamento do fator filtro para um feixe de
60
Co e mostrado. Na
avaliação deste fator, utilizaram-se apenas os três filtros mais comumente empregados na
rotina de tratamento; 15°, 30° e 45°. A Tabela 6 mostra os fatores de correção
determinados e seus respectivos desvios (S
M
) para 1σ.
Na Figura 4.17 mostra-se o comportamento do fator filtro físico para o feixe de 6 MV. Na
avaliação deste fator, utilizaram-se os filtros físicos comumente empregados na rotina de
tratamento com o feixe de 6 MV; (15°, 30°, 45° e 60°). A Tabela 7, mostram os fatores de
correção determinados para a energia de 6 MV com seus respectivos desvios (S
M
) para 1σ.
O uso do filtro eletrônico para a energia de 15 MV tem a particularidade de mudar o fator
de correção (fator filtro eletrônico) de forma continua, segundo o ângulo utilizado. Devido
a este fato e a complexidade do processo de medidas, optou-se pela utilização do fator filtro
eletrônico utilizado no planejamento.
75
Figura 4.16. Variação da resposta do detector em função do ângulo do filtro físico num
feixe de
60
Co.
Tabela 6. Fatores de correção para o filtro físico, K
Filtro
, num feixe de
60
Co com suas
respectivas incertezas (S
M
) para 1σ.
Filtro
Físico
K
Filtro
S
M
0° 1,000 0,011
15° 1,010 0,010
30° 1,006 0,008
45° 1,017 0,007
76
Figura 4.17
. Variação da resposta do detector em função do ângulo do filtro físico num
feixe de 6 MV.
Tabela 7. Fatores de correção para o filtro físico, K
Filtro
, num feixe de 6 MV com suas
respectivas incertezas (S
M
) para 1σ.
Filtro
Físico
K
Filtro
S
M
0° 1,000 0,005
15° 0,995 0,011
30° 0,997 0,008
45° 1,008 0,006
60° 1,007 0,012
77
4.12 Fator Bandeja
O fator bandeja foi medido em função dos dois tipos de bandeja disponíveis: lisa e rasgada.
No caso da bandeja rasgada, as medidas foram feitas visando avaliar as três possíveis
posições do detector.
Na Tabela 8, são mostrados os diferentes fatores de correção calculados em função do tipo
de bandeja e da posição do detector no caso da bandeja rasgada. São ainda mostrados os
respectivos desvios (S
M
) considerando um nível de confiança de 2σ.
Tabela 8. Fatores de correção para as bandejas lisa e rasgada com suas respectivas
incertezas (S
M
) para 1σ.
Bandeja K
BL
S
M
Bandeja Lisa 1,007 0,013
Bandeja rasgada
(No Acrílico)
1,007 0,013
Bandeja rasgada
(No Vão)
1,017 0,013
Bandeja rasgada
(Na Aresta)
1,011 0,006
4.13 Cálculo da Dose Recebida pelo Detector OSL
Uma vez que os fatores de correção por energia e por desvanecimento do sinal OSL não
serão necessários, como já explicado em seus respectivos itens, a equação para o cálculo da
dose com os detectores OSL é mostrada abaixo Equação 4.1.
(4.1)
BL/BR filtrocampDFS anglin
2
max
s
l
ca
Kx K x K x Kx K x Kx
d - DFS
d - DFS
x N x MD
=
78
onde:
M
é a media das leituras do detector utilizado;
N
cal
fator de calibração do detector;
2
max
s
d - DFS
d - DFS
fator de correção que leva a dose medida pelo detector da superfície (dose
de entrada) para a dose na profundidade de máximo;
K
lin
fator de correção devido à não-linearidade da resposta do detector com a dose;
K
ang
fator de correção devido à dependência angular;
K
DFS
fator de correção caso o detector tenha sido irradiado a uma DFS diferente à do
detector de calibração;
K
camp
fator de correção devido ao tamanho de campo utilizado;
K
filtro
fator de correção devido ao uso de filtro em cunha ou dinâmico;
K
BL/BR
fator de correção caso seja utilizada uma bandeja lisa ou ranhurada.
4.14 Analise das Incertezas
No presente trabalho, a avaliação das incertezas é parte importante do processo de análise
dos resultados encontrados. Todas as incertezas avaliadas são de caráter experimental, ou
seja, os resultados estão expressos em termos globais obtidos através da propagação das
incertezas relativas de cada parâmetro. Para calculá-las, utilizamos a Equação 4.2
αν
,M
.S t
n
s
=
onde:
S é o desvio padrão
t
ν,α
ν,αν,α
ν,α
Fator t (ou t de Student) para
ν
graus de liberdade e um nível de significância
α.
α
αα
α 1
–
β (β
= nível de confiança: 68,27% correspondente a 1 desvio padrão)
(4.2)
79
A Tabela 9, mostra os resultados das incertezas para cada parâmetro avaliado. Os valores
máximos das incertezas, estariam em função do uso de todos os parâmetros envolvidos no
processo de cálculo da dose segundo a
Equação 4.1
. O valor máximo das incertezas
calculadas estão na ordem de 2,43 % para 1σ quando utilizados todos os parâmetros. Note-
se que nem sempre todos os parâmetros entram no cálculo da dose medida, quando o
número deles é reduzido ao menor valor, a incerteza diminui para 1,88 % para 1σ. Devido
ao caráter pontual na medida do fator de transmissão do filtro, as incertezas são mostradas
para os três ângulos mais utilizados.
Tabela 9. Incertezas para cada parâmetro utilizado que pode fazer parte do calculo da dose.
Parâmetro Incerteza S
M
%
M
1,59
N
cal
0,97
2
max
s
d - DFS
d - DFS
0,21
K
lin
0,12
K
ang
0,24
K
DFS
0,12
K
camp
0,03
K
filtro
(filtro de 15º) 0,56
K
filtro
(filtro de 30º) 0,90
K
filtro
(filtro de 45º) 1,45
K
BL/BR
0,44
80
4.15 Testes para Medidas in vivo no Simulador Antropomórfico
As doses medidas com os detectores no simulador antropomórfico, D
m
, com e sem máscara
imobilizadora, na região da cabeça e do pescoço são comparadas com os valores calculados
pelo sistema de planejamento, D
plan
, e determinados manualmente, D
c
.
A
Figura 4.18
mostra a razão entre os valores medidos com os detectores OSL e os
calculados pelo sistema de planejamento e manualmente.
Evidencia-se nos resultados, uma concordância entre a dose planejada e a dose
administrada, mostrando uma diferença menor do que 5%.
O resultado prova a viabilidade do detector OSL para seu uso em medidas in vivo. Os
resultados são mostrados nas Tabela 10 e Tabela 11 respectivamente.
Figura 4.18. Razão das doses medidas e calculas com e sem máscara no simulador
antropomórfico.
81
Tabela 10. Razão entre os valores de doses medidos com os detectores OSL, o sistema de
planejamento e o método manual com máscara imobilizadora.
Com Máscara Imobilizadora
D
m
/D
plan
D
m
/D
c
0,992 1,000
0,992 1,000
1,026 1,034
1,014 0,986
0,997 0,969
1,026 0,997
Tabela 11. Razão entre os valores de doses medidos com os detectores OSL, o sistema de
planejamento e o método manual sem máscara imobilizadora.
Sem Máscara Imobilizadora
D
m
/D
plan
D
m
/D
c
1,009 0,995
1,016 1,002
1,012 0,997
1,010 0,978
1,019 0,986
1,044 1,011
82
4.16 Medidas in vivo
Foram realizadas medidas in vivo num universo de 178 pacientes planejados, o que
permitiu avaliar a dose em 375 campos de tratamento. As medidas foram realizadas em
diferentes configurações anatômicas, nas regiões de: cabeça e pescoço, tórax, abdome e
pélvis. O 93,87% de todos os campos medidos ficaram dentro de ±5 % de tolerância, limite
estabelecido para a razão entre a dose planejada D
plan
e a dose medida D
m
pelo detector.
O valor médio dos desvios percentuais para os dos equipamentos de
60
Co utilizados foi de
0,3 %. Para os feixes de 6 MV e 15 MV esta relação foi de 0,4 % e 0,1 %respectivamente.
O desvio padrão de todas as medidas realizadas no feixe de
60
Co foi de 2,8 % para 1σ. Já as
medias realizadas nos feixes de 6 MV e 15 MV mostraram resultados de 2,8 % e 2,6 %
respectivamente para 1σ.
4.17 Medidas in vivo no feixe de
60
Co
Foi medida a dose de entrada em 204 campos de tratamento, correspondente ao
planejamento de 99 pacientes, que foram tratados em dois aparelhos de
60
Co.
A Tabela 12, mostra os resultados das medições por unidade de tratamento, pode-se
apreciar que a dose medida em 191 campos de tratamento de um universo de 204 ficaram
dentro do limite de ±5 %.
Este resultado, confirma as medidas feitas com antecedência no simulador antropomórfico,
ratificando a viabilidade do detector OSL para a realização de medidas in vivo.
83
Tabela 12. Total de campos medidos por pacientes e percentual de campos dentro da
tolerância.
Aparelho
60
Co
Pacientes
Tratados
Campos
Medidos
Campos
dentro
de ±5 %
% de medidas
dentro da
tolerância
THC 52 87 77 88,5 %
THX 47 117 114 97,4 %
Total 99 204 191 93,6 %
A Figura 4.19 e Figura 4.20, mostram os resultados das medições por unidade de
tratamento. A relação dose medida D
m
, dose planejada D
plan
incluem pacientes com e sem
máscara imobilizadora. A Figura 4.21 representa um histograma de frequência absoluta
para todos os detectores OSL utilizados. Evidencia-se que 93,6 % de todos os campos
medidos encontram-se dentro da tolerância de ±5 %.
Figura 4.19. Medias in vivo realizadas no aparelho de
60
Co THC.
84
Figura 4.20. Medias in vivo realizadas no aparelho de
60
Co THX.
Figura 4.21. Histograma de frequência absoluta para todas as medias in vivo realizadas
com feixes de
60
Co.
85
4.18 Medidas in vivo no feixe de 6 MV
Foram realizadas medidas da dose de entrada em 47 pacientes, tratados em dois
aceleradores clínicos com energia de 6 MV. No total foram avaliados 81 campos de
tratamento planejados, 74 no acelerador clínico Clinac 600C e 7 no Clinac 2300CD.
A
Tabela 13
, mostra os resultados das medições por unidade de tratamento, pode-se
apreciar que de 81 campos de tratamento medidos, 78 ficaram dentro do limite estabelecido
de ±5 %.
Tabela 13. Total de campos medidos por pacientes e percentual de campos dentro do
intervalo de tolerância (±5 %).
Feixe de
6 MV
Pacientes
Tratados
Campos
Medidos
Campos
dentro
de ±5 %
% de medidas
dentro da
tolerância
Clinac 600C 40 74 71 95,95 %
Clinac 2300CD
7 7 7 100,00 %
Total 47 81 78 97,97 %
A Figura 4.22, mostra os resultados de todas as medições (razão dose medida D
m
; dose
planejada D
plan
) realizadas para a energia de 6 MV em ambos aceleradores clínicos
utilizados. 97,97 % de todos os campos medidos encontram-se dentro do limite de
tolerância estabelecido.
A Figura 4.23 mostra um histograma de frequência absoluta de todos os resultados dos
detectores OSL utilizados no feixe estudado.
86
Figura 4.22. Medias in vivo realizadas nos aceleradores clínicos com feixes de 6 MV.
Figura 4.23. Histograma de frequência absoluta para todas as medias in vivo realizadas
com feixes de 6MV.
4.19 Medidas in vivo no feixe de 15 MV
Utilizando um acelerador clínico Clinac 2300CD com energia de 15 MV, foram avaliados
90 campos de tratamento num universo de 32 pacientes tratados. A Tabela 14, mostra os
87
resultados das medições, onde pode-se apreciar que de 90 campos de tratamento medidos,
83 ficaram dentro da tolerância de ±5 % o que significa 92,22 % de eficiência na medida
com os detectores OSL.
Tabela 14
. Total de campos medidos por pacientes e percentual de campos dentro da
tolerância para o feixe de 15 MV.
Feixe de
15 MV
Pacientes
Tratados
Campos
Medidos
Campos
dentro
de ±5 %
% de medidas
dentro da
tolerância
Clinac 2300CD
32 90 83 92,22 %
A Figura 4.24, exibe a razão entre a dose medida D
m
e a dose planejada D
plan
para os 90
campos irradiados com a energia de 15 MV. A Figura 4.25 mostra o histograma de
frequência absoluta de todos os resultados dos detectores OSL utilizados neste feixe.
Figura 4.24. Medias in vivo realizadas no aceleradores clínico com feixe de 15 MV.
88
Figura 4.25. Histograma de frequência absoluta para todas as medias in vivo realizadas
com feixe de 15 MV.
89
CONCLUSÕES
Os resultados obtidos validam a possibilidade de se utilizar os detectores opticamente
estimulados, OSL, para a realização de medidas in-vivo em radioterapia uma vez que:
O dosímetros OSL avaliados mostraram uma resposta eficaz nos diferentes testes a que
foram submetidos, principalmente no que se refere à estabilidade do sinal luminoso, o que
permite se ter uma confiança no resultado obtido
O sistema InLight™ da Landauer Inc. como um todo (leitora e dosímetros OSL) mostrou-
se viável para seu uso em diferentes medidas dosimétricas em radioterapia uma vez que os
resultados, comparados com câmara de ionização e/ou com o sistema de planejamento,
mostram um ótimo desempenho e concordância dentro do limite de tolerância estabelecido
de ±5 %.
A maioria das medidas que ficaram fora do limite de tolerância estabelecido foram
resultado de detectores deslocados de suas posições durante a entrega da dose, o que fez
com que a irradiação do mesmo não acontecesse no centro do campo nem com a capa de
equilíbrio eletrônico posicionada corretamente
A independência da resposta dos dosímetros com as diferentes energias utilizadas sugere
que o fator de calibração pode ser gerado a partir do próprio feixe utilizado, evitando,
assim, o uso de fatores de correção.
A estabilidade do sistema e uma ótima resposta linear dos detectores para a faixa de dose e
energias usadas em radioterapia fazem deles fortes candidatos para a realização de medidas
in-vivo em radioterapia. A sua utilização, considerando os presentes resultados, pode
convertê-lo, inclusive, em uma boa opção para medições em outras áreas da dosimetria
clínica.
90
A grande vantagem que o sistema OSL apresenta, quanto à rapidez na obtenção dos
resultados, é que permite a correção da dose de tratamento durante o intervalo entre duas
aplicações, o que ajuda a diminuir o percentual de erros na entrega total da dose
terapêutica.
Recomendamos a realização futura de novas medidas in vivo com o intuito de reforçar os
resultados obtidos no presente trabalho e de estabelecer o uso da dosimetria OSL como um
método rotineiro de avaliação da dose de tratamento calculada.
91
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