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Este livro surgiu da carência de títulos em português voltados para a devida qualificação dos técnicos de radioterapia. Assim, com Princípios Físicos e Técnicos em Radioterapia, os profissionais da área têm, finalmente, um guia completo de como proceder diante de situações cotidianas em seu trabalho. O critério e o vasto conhecimento do experiente autor possibilitaram que os temas da presente obra fossem descritos de maneira clara e objetiva, a fim de esclarecer as dúvidas mais sutis. Braquiterapia, radiobiologia, radioterapia, radioproteção, técnicas de planejamento e física das radiações são alguns dos assuntos tratados nesta publicação. São 14 capítulos com conteúdo entremeado a exercícios e várias imagens – o que auxilia bastante em curso de formação. Para quem deseja entender, de fato, os métodos radioterápicos mais utilizados no Brasil, é um verdadeiro auxílio. Boa leitura!

Radiologia

Princípios Físicos e Técnicos em Radioterapia

LEONARDO PERES

Área de interesse

Princípios Físicos e Técnicos em Radioterapia

Princípios Físicos e Técnicos em Radioterapia

LEONARDO PERES 9 788584 110315


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Físico Médico na área de Radioterapia, do Instituto Nacional de Câncer (Inca) e do Hospital Naval Marcílio Dias (HNMD), RJ. Professor convidado do Curso Técnico em Radioterapia do Cenib, RJ. Supervisor de Radioproteção, na área de Radioterapia, pela Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN). Especialista em Física Médica, na área de Radioterapia, pela Associação Brasileira de Física Médica (ABFM). Doutor em Engenharia Nuclear pelo Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-graduação e Pesquisa de Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro (Coppe/UFRJ). Mestre em Radioproteção e Dosimetria, pelo Instituto de Radioproteção e Dosimetria (IRD) da CNEN. Especialista em Física Médica, na área de Radioterapia, pelo Inca, RJ. Graduado em Física pela UFRJ.

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Leonardo Peres

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Todos os direitos reservados. É expressamente proibida a reprodução desta obra, no todo ou em parte, sem autorização por escrito da Editora. Produção Equipe Rubio Editoração Eletrônica EDEL Capa Bruno Pimentel CIP-BRASIL. CATALOGAÇÃO NA PUBLICAÇÃO SINDICATO NACIONAL DOS EDITORES DE LIVROS, RJ P511p Peres, Leonardo Princípios físicos e técnicos em radioterapia / Leonardo Peres. – 1. ed. – Rio de Janeiro: Rubio, 2018. 240 p.: il.; 23cm. Inclui bibliografia e índice ISBN 978-85-8411-031-5 1. Radiologia médica. I. Título. 17-45341

CDD: 616.0757

CDU: 616-073.5

Editora Rubio Ltda. Av. Franklin Roosevelt, 194 s/l. 204 – Castelo 20021-120 – Rio de Janeiro – RJ Telefax: 55(21) 2262-3779 • 2262-1783 E-mail: rubio@rubio.com.br www.rubio.com.br Impresso no Brasil Printed in Brazil

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Princípios Físicos e Técnicos em Radioterapia Copyright © 2018 Editora Rubio Ltda. ISBN 978-85-8411-031-5

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Agradeço primeiramente a Deus, à minha família e, especialmente, à minha esposa Ana Maria, aos meus colegas de trabalho e à técnica em radioterapia Zulma Santos Casquilha.

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Agradecimentos

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A necessidade de escrever este livro partiu da carência que os técnicos de radioterapia têm de publicações escritas em português abordando assuntos relacionados com sua profissão. O técnico é o último membro da cadeia de radioterapia e, portanto, erros de outros membros da equipe não podem passar por ele. Assim, o conhecimento é a principal arma para a redução de incidentes em radioterapia. Por isso, o profissional de tal área precisa ter conhecimento sobre a física das radiações, as técnicas de tratamento, o posicionamento e outros métodos avançados em radioterapia. Nesta obra, tenta-se unir esses conteúdos em 14 capítulos com exercícios, o que facilita a utilização do livro em cursos de formação. O Autor

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Apresentação

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É com indescritíveis honra e orgulho que recebi o convite para prefaciar esta obra. Em princípio, por ser o primeiro livro em português voltado para a classe técnica de radioterapia, da qual faço parte há 34 anos no Instituto Nacional do Câncer (Inca), e também por ser esta publicação escrita por um brasileiro, que conheci quando ainda residente e no momento é Físico Médico também do Inca. Tive a oportunidade de acompanhar sua residência acadêmica, constatar sua dedicação, seu profissionalismo e sua competência e, agora, assisto-o presentear a classe técnica, até o momento pouco valorizada, com este precioso trabalho. Na minha humilde concepção, este livro foi sabiamente redigido, porque aborda o autor, a parte histórica da radioterapia e os princípios básicos de Física, de Radiobiologia e Radioproteção, que são conhecimentos imprescindíveis para a boa formação e o desempenho de um técnico em radioterapia. Além disso, contempla a evolução das técnicas e o maquinário utilizado até as tecnologias mais avançadas. O critério e o conhecimento do autor permitiram que todos os temas abordados fossem cuidadosamente descritos de forma clara e objetiva, com a intenção de sanar e esclarecer as dúvidas mais sutis. Até mesmo a braquiterapia foi descrita com riqueza de detalhes, visando a informar e atualizar qualquer leitor da área. Resta-me, portanto, não só agradecer o carinhoso convite de apresentar tão importante obra, como também o reconhecimento e a valorização que esta obra confere à classe técnica de Radioterapia. Zulma Santos Casquilha Técnica em Radioterapia do Instituto Nacional de Câncer (Inca).

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Prefácio

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2D

bidimensional

DRR

radiografia digitalmente reconstruída

3D

tridimensional

Dt

dose absorvida média em um órgão ou tecido

3D-CRT

radioterapia conformacional 3D

DVH

histograma de dose e volume

4D

quadrimensional

EBR

eficácia biológica relativa

4D-TC

tomografia computadorizada quadrimensional

EBrt

radioterapia externa ao corpo

ABFM

Associação Brasileira de Física Médica

Ec

energia cinética

ALARA

Doses de radiação tão baixas quanto razoavelmente possível

EPI

equipamentos de proteção individual

EPID

Eletronic Portal Imaging Device (popularmente chamado de portal eletrônico)

Anvisa

Agência Nacional de Vigilância Sanitária

BED

equivalente biológico de dose

FAC

fator abertura do colimador

BEV

beameyeview

FB

fator bandeja

bequerel

Fc

fator de calibração

cGy

centigray

FF

fator filtro

Ci

Curie

FFF

CK

citocina

acelerador linear que possui o módulo sem o filtro achatador

CNEN

Comissão Nacional de Energia Nuclear

FM

fator de magnificação

CSR

camada semirredutora

G

gap (fase do ciclo celular)

CTV

volume-alvo clínico

GBq

gigabequerel

energia média depositada pela radiação ionizante na matéria de massa dm

GTV

volume tumoral macroscópico

Bq

Gy

Gray alta taxa de dose

DAP

distância anteroposterior

HDR

DFF

distância fonte-filme

HT

dose equivalente no tecido ou órgão

DFI

distância fonte-isocentro

HVL

camada semirredutora

IAEA

International Atomic Energy Agency

ICRP

International Commission on Radiological Protection

ICRU

Internacional Commission on Radiation Units and Measurements

DL

dose letal

DLL

diâmetro laterolateral

dm

valor da massa de um infinitesimal de volume

DNA

ácido desoxirribonucleico

dps

desintegração por segundo

IGRT

radioterapia guiada por imagem

dq

infinitesimal de carga negativa criada no ar

IMRT

radioterapia com intensidade modulada

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Lista de Abreviaturas

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Instituto Nacional de Câncer

Ra

rádio (elemento químico)

IOE

indivíduos ocupacionalmente expostos

rad

IRD

Instituto de Radioproteção e Dosimetria

radiation absorved dose – antiga unidade de dose absorvida, substituída pelo Gray

ITV

volume alvo interno

RBE

eficiência biológica relativa

rem

röntgen equivalent man – antiga unidade de dose equivalente ou dose efetiva,substituída pelo Sievert

J

joule

J/kg

joule por quilograma

kBq

quilobecquerel

RM

ressonância magnética

Kerma

energia transferida por unidade de massa

RT-3D

radioterapia aridimencional

keV

quiloelétron-volts

RTP

radioterapia com prótons

kV

quilovoltagem

S

síntese (fase do ciclo celular)

kVp

kilovoltagepeak − pico de quilovoltagem

SAD

distância fonte eixo

LINAC

acelerador linear

SAR

síndrome aguda de radiação

M

mitose (fase do ciclo celular)

SBRT

mA

miliamperagem

radioterapia estereotáxica corporal (do inglês Stereotactic Body Radiation Therapy)

MBq

megabecquerel

SI

Sistema Internacional de Unidades

mCi

milicurie

SNC

sistema nervoso central

MeV

megaelétron-volt

SSD

distância fonte superfície

MLC

colimador multilâmina

Sv

Sievert

mR

milirröntgen

mSv

milissievert

mV

megavolt

mW

megawatt

nC

nanocoulomb

NRA

Nuclear Regulation Authority

NTCP

probabilidade de complicações das células normais

TBI

irradiação de corpo inteiro

TBq

terabecquerel

TC

tomografia computadorizada

TCP

probabilidade de controle tumoral

TLD

dosímetro termoluminescente

TMR

razão tecido máximo

TSI

irradiação total de pele

UM

unidade monitora

Unscear

United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation

OAR

órgãos de risco

OH

hidroxila

US

ultrassonografia

OSL

dosímetro opticamente estimulado

UTI

unidade de terapia intensiva

PDD

curvas de percentuais de dose em profundidade

UV

ultravioleta

PET

tomografia por emissão de pósitrons

VMAT

terapia volumétrica em arco com modulação da intensidade

PRV

volume planejado de risco

WR

fator de peso da radiação

PTV

volume-alvo planejado

WT

fator de peso do tecido

R

röntgen

Z

número atômico

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INCA

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Introdução à Física das Radiações, 1 Radioterapia, 17 Equipamentos de Radioterapia, 35 Interação da Radiação Eletromagnética com a Matéria, 49 Grandezas, Detectores a Gás e Termoluminescentes, 59 Radiobiologia, 69 Radioproteção, 83 Simulação, Planejamento e Cálculo de Unidade Monitora, 107 Programação e Deslocamento, 123 Acessórios e Blocos para Tratamento, 137 Técnicas de Planejamento, 155 Programação dos Principais Locais de Tratamento, 173 Técnicas Especiais de Tratamento, 189 Braquiterapia, 213

Índice, 223

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Sumário

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Introdução à Física das Radiações

OBJETIVOS DO CAPÍTULO Saber o conceito de radiação.  Conhecer as diferentes maneiras de se classificar as radiações.  Compreender o decaimento radioativo.  Saber as diferenças entre radiação alfa, beta negativa e beta positiva.  Conhecer os processos de emissão de radiação fora do núcleo: raios X  característicos e raios X por freamento (Bremsstrahlung).

INTRODUÇÃO A origem da radiação vem do átomo e, portanto é necessário estudá-lo em seus modelos. Assim, podemos classificar as radiações e compreender melhor o decaimento radioativo (radiação de origem nuclear) e os processos de raios X característicos e Bremsstrahlung (freamento) advindos de fora do núcleo, os quais são os objetivos deste capítulo.

ÁTOMO A ideia de átomo, que quer dizer indivisível, teve sua origem na Grécia antiga e passou por várias transformações até o conceito atual. Hoje em dia, sabe-se que é possível dividir o átomo e que ele é formado por outras partículas (prótons, elétrons e nêutrons) e composto por um núcleo e uma região extranuclear conhecida como eletrosfera. Os cientistas ainda não entraram em consenso quanto à escolha de apenas um modelo atômico que explique todos os fenômenos da matéria. Por exemplo, para a explicação de alguns fenômenos, o modelo de Bohr, do físico dinamarquês Niels Henrick David Bohr, funciona muito bem, mas para outros há a

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PRINCÍPIOS FÍSICOS E TÉCNICOS EM RADIOTERAPIA

necessidade da adoção de outros modelos (gota líquida, quântico etc.). Neste livro, vamos adotar o modelo atômico de Bohr, que consiste em um núcleo formado por prótons e nêutrons e na eletrosfera disposta em camadas ou níveis de energia quantizados, conforme mostra a Figura 1.1 A expressão “níveis de energia quantizados” significa que os níveis de energia são múltiplos de um número inteiro. Por exemplo, o modelo de Bohr postula um nível mínimo de energia que, a partir desse, o elétron não pode mais perder energia. Tal nível é chamado de n=1 e tem valor de energia E1. Os outros níveis de energia desse mesmo átomo têm valores mínimos de energia que são múltiplos inteiros de E1 (2 E1, 3 E1, 4 E1 etc.). O leitor pode estar se perguntando: “Por que um técnico em radioterapia precisa saber isso?”. A resposta é simples: o átomo é a fonte da radiação que trata o paciente em radioterapia e, assim, o técnico precisa conhecer essa fonte.

RADIAÇÃO IONIZANTE Radiação é toda forma de energia em propagação. As radiações podem ser classificadas em ionizantes e não ionizantes. Além dessa classificação, elas podem também ser classificadas como mecânicas e eletromagnéticas e corpusculares e não corpusculares. As radiações ionizantes são capazes de ionizar um átomo, ou seja, retirar um elétron de um nível de energia tornando-o livre (não mais ligado

n=3

n=2

n=1

Núcleo

Figura 1.1

Modelo atômico de Bohr

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ao átomo ou pertencente a qualquer nível de energia deste, ver Figura 4.1). Já as radiações não ionizantes somente causam excitações atômicas. Além da ionização e da excitação, a radiação pode causar, também, ativação ao interagir com os núcleos dos átomos da matéria, deixando-os ativados, e estes passam a emitir radiação por um intervalo de tempo. Tais processos de interação da radiação com a matéria serão descritos de modo melhor no Capítulo 4, Interação da Radiação Eletromagnética com a Matéria. A radiação utilizada no tratamento do câncer é a ionizante. Portanto, neste livro, iremos discutir somente esse tipo de radiação. A radiação ionizante pode ser eletromagnética ou corpuscular e diretamente ou indiretamente ionizante.  Radiações eletromagnéticas: são compostas por oscilações perpendiculares de campos magnéticos (Bo) e elétricos (Eo) que se propagam no vácuo (ausência de matéria) com velocidade de c = 3 × 108m/s (Figura 1.2). A partícula da radiação eletromagnética não tem carga nem massa e é chamada de fóton. Cada fóton pode ser visto como um pacote de energia, e um conjunto desses pacotes forma a radiação original. Cada energia desse pacote é proporcional à frequência de oscilação dos campos. E = hν Em que: h é uma constante (h = 6,6 × 10–34J.s) e ν é a frequência de oscilação.

Nem todas as radiações eletromagnéticas são ionizantes; pelo contrário, apenas uma pequena parte do espectro de energia. Os raios X e gama são ionizantes, apesar de uma parte da radiação ultravioleta (UV) também ser. Isso porque essa fronteira entre ser ou não ser ionizante não é bem definida. Apenas por questões didáticas classificamos raios X e gama como ionizantes. A Figura 1.3 mostra o espectro eletromagnético em ordem crescente de energia.  Radiações corpusculares: são aquelas formadas por partículas com massa (elétrons, nêutrons, prótons, alfa etc.), ao contrário da radiação eletromagnética, que é composta por fótons (sem massa). y

E+ C B+ z

Figura 1.2

Campos elétricos e magnéticos perpendiculares entre si

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Introdução à Física das Radiações

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PRINCÍPIOS FÍSICOS E TÉCNICOS EM RADIOTERAPIA

QUESTÕES PARA ESTUDO   1. Defina o que é a meia-vida física.   2. A habilidade de um fóton de raios X remover um elétron do átomo é conhecida como: A. Atenuação B. Ionização C. Excitação D. Absorção E. Radiação   3. O período ao qual a atividade de uma fonte radioativa leva para alcançar a metade do valor inicial é denominado: A. Vida média B. HVL (camada semirredutora) C. Meia-vida D. Meio-período E. Meia-atividade   4. Qual das radiações a seguir é mais penetrante? A. Partícula alfa B. Partícula beta C. Raios gama devido a uma fonte de 60Co D. Raios X de 100keV E. Elétrons com energia de 4MeV   5. Uma fonte de 60Co é fabricada com atividade radioativa de 8.060Ci. Assinale, aproximadamente, qual seria sua atividade 10,5 anos depois: A. 4.030Ci B. 5.200Ci C. 2.015Ci D. Praticamente nula E. 8060Ci   6. A energia média dos fótons gama gerados por uma fonte de 60Co é de 1,25MeV. Considerandose que essa fonte tem uma atividade radioativa de 5.000Ci, a energia média de seus fótons após uma meia-vida seria: A. 2.500Ci B. 1,25MeV C. 0,62MeV D. 1.250Ci E. 5.000Ci   7. Os raios X são radiações com as seguintes características, exceto: A. Ionizam gases B. Enegrecem filmes radiográficos C. Cintilam certos materiais D. São afetados por reações químicas E. Podem ser usados em aplicações médicas

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8. Depois de quantas meia-vidas físicas uma fonte radioativa com 4,8Ci de atividade apresentará 1,2Ci de atividade? A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 E. 5   9. Considere que a meia-vida do 60Co é igual a 5,3 anos. Supondo que uma clínica de radioterapia adquiriu uma fonte de 60Co com 5.000GBq de atividade inicial, analise as afirmativas a seguir e assinale V para as verdadeiras e F para as falsas: (  ) O 60Co não existe na natureza e é obtido por bombardeamento de nêutrons do isótopo estável 59Co. (  ) Quando não está em uso, a fonte de 60Co mantém sua atividade inalterada com o passar do tempo. (  ) Após 10,6 anos da aquisição, a fonte em questão estará com atividade de 1.250 GBq. (  ) Após 15 anos da aquisição, a referida fonte estará com 600GBq de atividade. (  ) O 60Co decai por beta negativo para 60Ni (níquel), emitindo, também, raios gama de energia equivalente a, aproximadamente, 1,22MeV. 10. Os radioisótopos de uso clínico são produzidos em larga escala em reatores nucleares em cíclotrons ou outro tipo de aceleradores de partículas. Acerca dessas fontes de radiação, julgue os itens que se seguem. Analise as afirmativas a seguir, assinale V para as verdadeiras e F para as falsas: (  ) Radioisótopos são isótopos radioativos de elementos estáveis. (  ) Os elementos com o mesmo número de nêutrons, mas diferentes números de massa, são chamados isótopos. (  ) A unidade de atividade radioativa no Sistema Internacional de Unidades é o curie (Ci), que equivale a uma desintegração por segundo (dps). (  ) No decaimento por emissão de pósitrons, uma partícula beta negativa é emitida pelo núcleo, o que resulta em um acréscimo no número atômico entre os elementos pai e filho. 11. Quais os tipos de radiação eletromagnética podem causar ionização ao interagirem com a matéria? 12. Quais são as diferentes maneiras de se classificar as radiações? 13. Qual das radiações a seguir não é indiretamente ionizante? A. Raios X B. Raios gama C. Elétrons D. Nêutrons E. Protons 14. Calcule a energia do fóton emitido no processo de excitação a seguir: Segundo nível de energia

E2=24eV Fóton emitido

Fóton incidente Primeiro nível de energia

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E1=8eV

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Introdução à Física das Radiações

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PRINCÍPIOS FÍSICOS E TÉCNICOS EM RADIOTERAPIA

15. Um átomo 234X88 emite uma partícula beta negativa e transforma-se em outro átomo. Escreva o número de massa e o número atômico desse novo átomo. 16. Um átomo 214Y98 emite uma partícula beta positiva e transforma-se em outro átomo. Escreva o número de massa e o número atômico desse novo átomo. 17. Um átomo 226Z86 emite uma partícula alfa e transforma-se em outro átomo. Escreva o número de massa e o número atômico desse novo átomo. 18. Uma amostra é composta por 2.400 átomos radioativos do elemento Y. Após quatro meiavidas, qual será o número de átomos radioativos Y da amostra? 19. Um físico mede a taxa de dose de radiação proveniente de uma fonte de cobalto-60 recémchegada ao hospital e obtém o valor de 200cGy/min. Após 10 anos, esse valor será de quanto?

Considere que a meia-vida de uma fonte de cobalto-60 é de, aproximadamente, 5 anos.

20. Quantas trocas por ano são necessárias para uma fonte de irídio-192 (192Ir) que chega em um hospital com aproximadamente 10Ci, sendo que com 2Ci o sistema de planejamento não libera mais a fonte para tratar?

Considere que a meia-vida do irídio-192 é de 74 dias.

21. Os raios X são radiações: A. Eletromagnéticas B. Mecânicas C. Particuladas D. Elásticas E. Diretamente ionizantes 22. Define-se ionização o processo através do qual: A. Um elétron orbital é ejetado B. Um elétron orbital é excitado C. Não há interação com a matéria D. Há produção de luminescência E. Nenhuma das alternativas anteriores 23. Um dos produtos de decaimento do rádio é o radônio. Para tal decaimento, é emitida uma partícula alfa. A equação simplificada que define tal decaimento é: Ra → w x + yRn

226

Nesta equação, os valores de w, x e y são respectivamente: A. 2-4-224 B. 2-4-22 C. 4-2-222 D. 2-4-220 E. 4-2-224

24. O número atômico Z é definido como número de: A. Nêutrons do núcleo B. Prótons do núcleo C. Pósitrons do núcleo D. Nêutrons e elétrons do átomo E. Prótons e nêutrons do núcleo

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Equipamentos de Radioterapia

OBJETIVOS DO CAPÍTULO Conhecer os principais tipos de máquinas utilizadas em radioterapia.  Conhecer os principais componentes de um acelerador linear.  Saber as diferenças e características de cada máquina. 

INTRODUÇÃO As principais máquinas utilizadas em radioterapia são:  Aceleradores lineares.  Unidades de telecobaltoterapia.  Aparelhos de ortovoltagem e terapia superficial. Os aceleradores lineares são os mais difundidos nos dias de hoje.

ACELERADORES LINEARES Os aceleradores lineares são compostos por uma estrutura aceleradora, um canhão de elétrons, geradores de radiofrequência, geradores de alta tensão, guias de ondas, alvo, colimadores e filtro achatador. A Figura 3.1 mostra os principais componentes de um acelerador linear utilizado em radioterapia no tratamento do câncer. Os geradores de alta tensão fornecem energia para alimentar o canhão de elétrons e os geradores das ondas de radiofrequência (magnétron − na maioria das vezes, presente em aceleradores com energia nominal até 10MeV; ou Klystron − na maioria das vezes, em aceleradores com energia nominal acima de 10MeV). Os elétrons são emitidos por processos de emissão termoiônica, que consiste no aquecimento do filamento liberando elétrons que são acelerados devido a uma diferença de potencial aplicada na estrutura aceleradora. Esta é

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PRINCÍPIOS FÍSICOS E TÉCNICOS EM RADIOTERAPIA Bomba de Canhão vácuo de elétrons

Estrutura aceleradora Alvo

Bobina magnética

Colimadores

Magnétron ou Klystron

Guia de onda

Figura 3.1

Representação esquemática de um acelerador linear com seus principais componentes evacuada (por ausência de meio) e composta por discos de vários tamanhos espaçados com pequenos furos no centro. Cada par de discos é alimentado por geradores de tensão alternada, que ora criam um campo elétrico em um sentido ora criam em outro. Assim, o seguinte processo ocorre: devido à ação combinada do primeiro par de discos, o elétron sofre aceleração e ultrapassa o segundo disco positivo. Nesse instante, a configuração da polaridade inverte-se, e o disco que era positivo torna-se negativo; e o terceiro disco, mais adiante, que era negativo torna-se positivo. O resultado é que os elétrons são constantemente acelerados, alcançando energias maiores do que nos tubos de raios X convencionais, mas, ainda, não necessárias para gerar feixes de fótons de altas energias as quais serão utilizadas no tratamento do câncer. Com o intuito de que os elétrons alcancem energias ainda maiores, as ondas de radiofrequência são injetadas, através das guias de ondas, antes da emissão dos elétrons, no interior da estrutura aceleradora. Os elétrons, ao interagirem com essas ondas, ganham mais energia cinética. Tal processo pode ser entendido como se o elétron “surfasse” na onda. Portanto, como um surfista ganha velocidade ao pegar a onda, o elétron, de maneira similar, também ganharia. Nesse caso, o feixe de elétrons chega ao final da estrutura aceleradora com energias de milhões de elétron-volts (MeV). Antes de colidir com o alvo, para a geração de fótons de altas energias, os elétrons fazem um looping de 90oou 270o devido ao campo magnético gerado pelas bobinas magnéticas (banding magnet). Os fótons oriundos do processo de interação de bremsstrahlung (do alemão bremsen = frear e strahlung = radiação) passam através de um filtro achatador para distribuir de maneira mais uniforme a intensidade de radiação. Caso contrário, essa intensidade se concentraria no centro e diminuiria bruscamente em direção às extremidades. A Figura 3.2 faz uma comparação entre dois perfis de feixe antes e depois de passar pelo filtro achatador.

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Os aceleradores lineares mais modernos têm um modulo sem o filtro achatador, mas somente para tratamentos com intensidade modulada (IMRT e VMAT), nos quais o perfil do feixe é irregular. Essas máquinas são conhecidas como FFF (do inglês flatness filter free). Elas podem trabalhar com altas taxas de dose (p. ex., 2.500MU/min), o que reduz o tempo de tratamento e a possibilidade do paciente se mexer – ideal para tratamentos hipofracionados com doses mais altas. Após atravessar ou não o filtro achatador, o feixe de fótons será delimitado por dois pares de colimadores: um superior (eixo Y) e outro inferior (eixo X). Esses colimadores determinam o tamanho de campo de radiação, que tem uma abertura máxima de 40 × 40cm2. Dependendo do fabricante do acelerador linear, os colimadores do eixo X podem ser formados por colimadores multilâminas (MLC) ou estes podem vir abaixo dos dois pares X e Y. Os colimadores conseguem conformar alvos de contornos irregulares, de acordo com que mostra a Figura 3.3. Os colimadores (X e Y) podem girar 180o para um lado e para outro com o intuito de facilitar a irradiação do alvo. A Figura 3.4 mostra um caso no qual foi necessário o giro do colimador para melhor proteger a tireoide sem proteger regiões do campo que precisariam ser irradiadas. Todos os componentes descritos anteriormente estão contidos dentro do cabeçote do aparelho (parte superior) que está conectado com uma haste em forma de L. Este conjunto do cabeçote mais essa haste em forma de L é chamado de gantry. Ele pode girar 360o em torno de um ponto chamado de isocentro, no qual o colimador e a mesa de tratamento também giram. A mesa, a exemplo do colimador, também gira 180o para um lado e para outro e tem mais três graus de liberdade de movimento: longitudinal (cabeça e pé do paciente), para cima e para baixo e direita e esquerda. Nas máquinas mais modernas, a mesa ganhou

Feixe de elétrons

Feixe de elétrons

Alvo

Alvo

Filtro achatador

Figura 3.2

Perfil do feixe com e sem o filtro achatado

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Equipamentos de Radioterapia

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PRINCÍPIOS FÍSICOS E TÉCNICOS EM RADIOTERAPIA

Os movimentos de gantry, mesa e colimador das unidades de cobalto são os mesmos do acelerador linear, e o tamanho de campo tem a limitação máxima de 35 × 35cm2 e mínima de 5 x 5cm2, ao contrário da maioria dos aceleradores linea­res de 40 × 40cm2 e 2 × 2cm2. A distância fonte-isocentro (DFI) é menor, 80cm, devido à taxa de dose ser maior quando o isocentro está mais perto da fonte. Ou seja, quanto mais próximo da fonte estiver o isocentro, maior será a taxa de dose e menor será o tempo de tratamento. Esse fato implica, nos casos de paciente com distância anteroposterior (DAP) elevada, ter uma grande chance de colisão do cabeçote com o paciente. Isso porque a distância entre ambos diminui bastante, podendo chegar a 60cm (pacientes com DAP = 40cm). Tal fato agrava-se ainda mais quando proteções são usadas na bandeja colocada na saída do cabeçote. A maioria das unidades de 60Co tem, também, um beam stopper que serve para atenuar o feixe primário de radiação, o que diminui a espessura da barreira primária da sala de tratamento. O 60Co tem meia-vida de 5,26 anos e, na média, uma unidade de Co60 chega a uma instituição com uma taxa de dose no isocentro de 200cGy/min. Levando em consideração que a taxa de dose-limite para o funcionamento de uma unidade de Co60 no Brasil é 50cGy/min, estabelecida pela RDC No20 da Anvisa, pode-se concluir que a cada duas meia-vidas (aproximadamente 10 anos), no máximo, a fonte precisa ser trocada. Trata-se de uma medida de segurança. Se na chegada da fonte à instituição um tratamento de próstata levava 1min, após duas meiavidas, esse tempo se elevará para 4min, o que aumenta a chance de o paciente se mexer ao relaxar, devido a uma posição estática prolongada durante a terapia. O 60Co emite dois gamas de igual probabilidade (50% para cada um) com energias de 1,17MeV e 1,33MeV, cuja média é 1,25MeV. Essa energia média é baixa quando comparada com as produzidas por um acelerador linear. Portanto, para tratamentos de lesões profundas (na maioria das vezes de tórax e pelve), essa energia não é indicada, pois do contrário a variação de dose no corpo do paciente superaria em muito os valores recomendados internacionalmente (Comissão Internacional de Unidades e Medidas de Radiação [International Commission on Radiation Units and Measurements – ICRU] 50 e 62). Por outro lado, no tratamento de lesões superficiais não muito profundas (não ultrapassando 5cm), a energia do cobalto é recomendada. Realiza-se o tratamento nessas unidades em minutos, ao contrário dos aceleradores lineares, em forma de UM. No cálculo dos valores dos tempos de tratamento, o físico médico tem que descontar o tempo de trânsito da fonte do abrigo até a posição de tratamento que não foi levado em consideração no planejamento do tratamento. Em geral, esse tempo é de 0,01min. As unidades de telecobaltoterapia e acelareadores lineares podem possuir blam stopper que servem para reduzir a radiação primária e consequentemente reduzir a espessura das paredes da sela.

APARELHOS DE ORTOVOLTAGEM E TERAPIA SUPERFICIAL A unidade de terapia superficial funciona com aparelhos de raios X que operam em uma faixa de tensão de 0 a 150kV e os do ortovoltagem de 150 a 500kV. Eles

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praticamente não estão sendo mais utilizados no Brasil, principalmente devido à sua substituição pelos feixes de elétrons produzidos pelos aceleradores lineares. Ambos são usados em tratamentos de pele, sobretudo de queloides, sendo que as unidades de ortovoltagem podem alcançar profundidades um pouco maiores por serem formados por partículas sem carga, os fótons. Para isso, são necessários filtros (de alumínio e de cobre) para o endurecimento do feixe (retirado dos fótons de baixa energia) e deixá-lo um pouco mais penetrante. O tamanho de campo de tratamento era delimitado por cones que se encaixavam na saída do tubo e iam até a superfície a ser irradiada. A Figura 3.9 mostra um corte sagital do aparelho de raios X de uma unidade de ortovoltagem com seus respectivos componentes. Os tratamentos eram realizados por meio de combinações de corrente versus tempo (mAs [miliamperagem segundo]), tensões de pico (kVp [pico de quilovoltagem]) e filtro. De acordo com essas combinações, o tempo de tratamento era estabelecido pela consulta desses valores dispostos em tabelas. Alvo Vidro Vácuo

Anodo

Feixe de elétrons Filamento

Catodo Janela

Raios X Cone que delimita o tamanho de campo de radiação

Figura 3.9

Aparelho de ortovoltagem com seus componentes

QUESTÕES PARA ESTUDO   1. Se colocarmos uma série de discos positivos (+) e negativos (–) ligados aos pares a geradores capazes de criar campos variáveis, teremos o seguinte processo: o elétron, ao atravessar o primeiro par de discos, sofre aceleração e ultrapassa a placa positiva. Nesse instante, a configuração do campo modifica-se, e o elétron é ainda mais acelerado. Analisando a descrição apresentada, pode-se dizer que esse é o princípio básico de funcionamento do: A. Modulador B. PET-scan C. Cobalto-60 D. Simulador TC E. Acelerador linear

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PRINCÍPIOS FÍSICOS E TÉCNICOS EM RADIOTERAPIA

  2. Entre os equipamentos a seguir, indique o que não é um aparelho de teleterapia: A. Acelerador linear B. Bomba de cobalto C. Aparelho de HDR (alta taxa de dose) D. Raios X de ortovoltagem E. Raios X superficial   3. Quais são as energias dos dois gamas emitidos no decaimento do cobalto-60? E sua energia média?   4. Cite duas desvantagens e uma vantagem do uso do cobalto com relação ao acelerador linear.   5. Um radioterapeuta planejou um campo aberto de 9 × 9cm2 para cobrir a lesão no isocentro de uma unidade de cobalto60. Ao realizar o tratamento, ele ampliou o campo para 9,5 × 9,5cm2. Por quê?   6. Qual é a desvantagem de o cobalto-60 ter um isocentro a 80cm em vez de 100cm do acelerador linear?   7. Quais são as melhores máquinas para tratar duas lesões sem o uso de qualquer acessório que não seja o de posicionamento (a primeira superficial de 1,3 a 3cm de profundidade e outra na linha média de uma distância laterolateral [DLL] de 32cm)?   8. Qual é a indicação de uso de uma unidade de ortovoltagem? E o que aconteceria com a pele do paciente se tal aparelho fosse usado para tratamento de lesões profundas (neste caso, considera-se mais profundas do que 2cm)?   9. Quais os componentes de um acelerador linear que devem sair para a produção de um feixe de elétrons? A. Filtro achatador e a folha espalhadora B. MLC e o filtro achatador C. Alvo e o filtro achatador D. Alvo e MLC E. Alvo e bobina magnética 10. A penumbra geométrica do cobalto depende dos parâmetros a seguir, exceto: A. Tamanho de campo B. Profundidade C. Tamanho da fonte D. Distância da fonte ao colimador E. Distância fonte-superfície 11. Onde ocorre a maior produção de nêutrons em um acelerador linear? A. Camada de ar entre o cabeçote e o paciente B. Paciente C. Folha espalhadora D. Filtro achatador e colimadores E. Bobina magnética

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Simulação, Planejamento e Cálculo de Unidade Monitora

OBJETIVOS DO CAPÍTULO  Compreender o processo de simulação em radioterapia.  Saber realizar cálculos de UM com o intuito de evitar acidentes.  Conhecer as expressões build-up e given dose.  Saber identificar uma curva de perfil de dose e PDD.  Saber como tirar um contorno do paciente.  Saber fazer uma aquisição de imagem de TC.  Compreender a importância de um sistema de gerenciamento do tratamento.

INTRODUÇÃO Neste capítulo, iremos detalhar a simulação, 2D e 3D, que determina o início de todo o processo de tratamento do paciente. Além disso, abordaremos como a noção de unidades monitoras (UM) por parte do técnico pode evitar acidentes fatais, como o ocorrido em uma clínica na cidade do Rio de Janeiro.

AQUISIÇÃO DE IMAGEM E PLANEJAMENTO O planejamento do tratamento dos pacientes em radioterapia é feito por meio da aquisição de imagens, que pode ser bidimensional − 2D (filme e contorno) e tridimensional − 3D (tomógrafo). A seguir, iremos descrever os dois métodos de aquisição de imagens.

Aquisição de imagem e planejamento 2D A aquisição de imagem 2D pode ser feita em simuladores ou na própria máquina de tratamento. O filme é a forma mais comum de aquisição de imagem desse tipo de simulação – envia-se ele para o setor de física médica para a realização do planejamento. O filme é adquirido com o paciente na mesma posição de

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tratamento e com os mesmos acessórios. Ele pode ser feito com o feixe com energias da ordem de quiloelétron-volt (KeV) − feito no simulador ou em um tubo de raios X acoplado no acelerador linear) – ou megaelétron-volt (MeV) − utilizando o próprio feixe do acelerador linear. A imagem adquirida no primeiro é muito mais rica em detalhes do que no segundo, conforme mostra a Figura 8.1. A identificação de detalhes no filme é importante, pois o médico pode delinear algumas proteções baseadas em parâmetros de ossos. Para fazer bem isso, é necessário identificá-los no filme. A Figura 8.2 mostra um filme digital feito no sistema de planejamento com as proteções dos rins e da cabeça do fêmur delineadas pelo médico. Os rins não podem ser vistos em uma imagem 2D. Por isso, nesse caso, fez uma tomografia para identificar o rim, mas o planejamento foi feito de maneira 2D prescrito em um ponto em uma dada profundidade.

A

B

Figura 8.1 (A e B)

Comparação entre duas imagens: kV (quilovoltagem) (A) e MV (megavoltagem) (B)

Figura 8.2

Filme digital kV com proteção dos rins e da cabeça de fêmur

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Desse modo, em um planejamento 2D, após a aquisição do filme, o médico prescreve a dose em uma profundidade, geralmente na linha média do paciente ou na profundidade de dose máxima (given dose), que será calculada pelo físico e transmitida ao técnico por meios de unidade monitora (UM) ou tempo de tratamento no caso das unidades de cobalto-60 (60Co). A profundidade de dose máxima (Dmáx) deve-se à característica que o feixe de fótons tem ao passar do ar para o tecido em que inicialmente (na superfície) a dose diminui. Conforme o feixe vai penetrando o tecido, a dose vai crescendo com a profundidade até alcançar um máximo. A região compreendida entre a superfície até esse máximo é conhecida como região de build-up. Depois dele, a dose cai de forma exponencial (região de equilíbrio eletrônico). Essa trajetória exponencial (curva) será descrita com mais detalhes no Capítulo 10, Acessórios e Blocos de Tratamento. A profundidade que corresponde ao máximo de dose é conhecida como profundidade de dose máxima ou given dose, conforme mostra a Figura 8.3. Indica-se a confecção do contorno em casos em que a superfície da região a ser irradiada não é regular, ou seja, não é plana, e que por algum motivo não se possa fazer a tomografia. O contorno costuma ser feito em regiões como mama, pelve e extremidades (pernas e braços). A Figura 8.4 mostra um técnico confeccionando um contorno de plastrão (paciente que retirou a mama) com o auxílio de um fio de arame. O contorno de uma região simula um corte tomográfico dessa região, cuja espessura é definida pelo fio de arame ou do molde de gesso também utilizado para a confecção de contornos. O contorno é digitalizado, e sua imagem, transferida para o sistema de planejamento que irá simular um volume 3D a partir da imagem de um corte (contorno), copiando-o com uma margem, escolhida pelo físico com base no campo definido na simulação, no sentido da cabeça e dos pés. O sistema de planejamento gera a distribuição da dose no plano do

Dose absorvida

Dose máxima

0

Profundidade de máximo ou given dose

Figura 8.3

Curva de percentual de dose versus profundidade

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Profundidade

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Simulação, Planejamento e Cálculo de Unidade Monitora

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PRINCÍPIOS FÍSICOS E TÉCNICOS EM RADIOTERAPIA

54,6Gy

Volume-alvo

60Gy

65Gy

A

B

Figura 8.8 (A e B)

DVH versus volumes: 90% do volume-alvo (cinza) recebe 60Gy (círculo de tamanho médio) e 20% do volume, uma dose maior 65Gy (círculo menor). O volume que recebe, no mínimo, 54,6Gy (círculo maior) engloba 100% do alvo e, ao mesmo tempo, uma quantidade maior de tecido sadio.

CARACTERÍSTICAS DO FEIXE DE TRATAMENTO E NOÇÃO DE UNIDADES MONITORAS O feixe de tratamento caracteriza-se, basicamente, pela medida de dose ao longo das extremidades do campo (direito-esquerda e cabeça-pé do paciente) horizontalmente e ao longo do eixo central, em profundidade, verticalmente. Essas medidas são conhecidas como perfil de dose e curvas de percentuais de dose (PDD), respectivamente. O valor de PDD aumenta conforme o aumento da energia e o tamanho de campo. Tais dados alimentam os sistemas de planejamento e as pastas para os cálculos manuais de UM. A Figura 8.9 mostra um perfil de dose, para um feixe de fótons de tensão nominal 6MV, e as curvas de profundidade para um feixe de fótons de tensão nominal de 6MV e 15MV. O perfil de um feixe de 60Co é maior no centro e vem diminuindo levemente para as extremidades, ao contrário do acelerador linear que costuma ser mais baixo no centro e aumenta ligeiramente para as extremidades, em profundidades menores (acima de 10cm). A curva de PDD para 15MV tem uma profundidade máxima maior do que a de 6MV. Depois do acidente ocorrido em 2011 que vitimou uma criança no Rio de Janeiro após ela ter recebido uma superdose de radiação, houve um consenso de que os técnicos precisam ter uma noção da UM de tratamento. O cálculo de UM depende das medidas do perfil do feixe e das curvas de percentuais de dose que geraram os fatores que estão na pasta de cálculo. Geralmente, a UM dos campos de tratamento é da ordem de grandeza da dose por campo. Por exemplo, em uma irradiação com par oposto de 200cGy, ou seja, 100cGy para cada campo, a unidade monitora tem de ser próxima de 100UM. Os parâmetros que mais influenciam na variação da UM com relação à dose prescrita por campo

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120 2,5

Dose relativa (%)

100

5

80

10

60

20

40

30

20

0 -30

A

-20

-10

0

10

20

30

Distância do eixo central (cm) 110 100

Percentual de dose (%)

90 80 70 60 50

15MV

40

6MV

30 20 10 0

B

0

5

10

15

20

25

Profundidade (cm)

Figura 8.9 (A e B)

Perfil de dose em diversas profundidades (2,5, 5, 10, 20 e 30cm) (A). Curva de percentual de dose (B) MV: megavolts.

são: profundidade, tamanho de campo, uso do filtro físico (peça de metal em formato de cunha – ver Capítulo 10, Acessórios e Blocos de Tratamento) e blocos de proteção que são colocados em bandeja (fator bandeja [FB]). Pacientes com distâncias laterolaterais (DLL) e distâncias anteroposteriores (DAP) grandes, acima de 15cm e 10cm, respectivamente, podem aumentar consideravelmente a UM com relação à dose prescrita, pois a profundidade de tratamento será grande. Campos pequenos, menores do que 10×10cm2, também aumentam a UM, sendo que ambos somados, geralmente, não chegam ao dobro de UM com relação

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Simulação, Planejamento e Cálculo de Unidade Monitora

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Acessórios e Blocos para Tratamento

OBJETIVOS DO CAPÍTULO  Compreender as funções físicas do bólus e dos filtros nos tratamentos de radioterapia.  Aprender as etapas de cortar um bloco.  Saber a função das máscaras termoplásticas no posicionamento do paciente.  Conhecer o funcionamento dos colchões a vácuo (VacLock).  Conhecer a diferença entre filtro físico e virtual.

INTRODUÇÃO Os acessórios para tratamento (filtro, bólus e máscaras termoplásticas) interferem na distribuição da dose e na fixação do paciente. Eles são necessários em algumas situações na radioterapia e, com certeza, interferem na qualidade do tratamento do paciente. Se forem colocados de maneira incorreta, podem comprometer seriamente o tratamento e, portanto, é de fundamental importância o conhecimento de suas funções. A seguir, iremos descrevê-los.

ACESSÓRIOS PARA TRATAMENTO Bólus Quando a radiação X ou a gama passam do ar para o tecido, ocorre uma perda do equilíbrio eletrônico. Ou seja, o número de elétrons que escapa dentro de um pequeno volume ao redor do ponto de interação, no interior do tecido, é maior do que o número de elétrons produzido no mesmo volume, conforme mostra a Figura 10.1. Essa região é chamada de build up. Às vezes, traduz-se este termo para o português como “região de crescimento”. Conforme a radiação vai penetrando no tecido, ocorre o equilíbrio entre o número de elétrons que escapam e que são produzidos. Então, dizemos que se alcançou o equilíbrio eletrônico onde chega

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PRINCÍPIOS FÍSICOS E TÉCNICOS EM RADIOTERAPIA

100% da dose. A partir daí, a dose decai exponencialmente com a profundidade, conforme o esperado pela lei de atenuação. A profundidade na qual a dose alcança 100% é conhecida como profundidade de dose máxima (given dose). O gráfico percentual de dose versus profundidade na Figura 10.2 mostra essas duas regiões. Como se pode observar no gráfico, na região de build up ocorre uma perda de dose que começa bem acentuada na pele e vai diminuindo até alcançar 100% da dose em uma determinada profundidade. Esta varia principalmente com a energia e com o tamanho de campo. A seguir, iremos exemplificar algumas profundidades de dose máxima para as energias de fótons mais usadas em radioterapia para um mesmo tamanho de campo:  Cobalto-60: 0,5cm.  6MeV: 1,5cm.  10MeV: 2,5cm.  15MeV: 3cm. Volume

Elétrons produzidos Elétrons que escapam

Fótons incidentes

Figura 10.1

Percentual de dose (%)

Modelo esquemático da produção de elétrons na região de build up. O número de elétrons que escapam do volume é maior do que o produzido

Build up

Região de equilíbrio eletrônico

Profundidade de máximo

Figura 10.2

Gráfico percentual de dose versus profundidade

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Profundidade

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Conforme podemos ver, quanto maior a energia maior a profundidade de máximo, consequentemente menor será a dose na pele. Confira a Figura 10.3, que compara várias energias de fótons. Assim, uma das funções do bólus na radioterapia é corrigir essa perda de dose na região de build up para que esta não ocorra no tumor superficial, e sim no bólus. Este é feito de um material tecido-equivalente que simula a pele do paciente. Existem dois tipos de bólus: o de gel e o de cera de abelha (ou material equivalente ao tecido). Vamos propor um exemplo para a melhor compreensão do leitor. Considere uma lesão na pele que se estende até 3cm de profundidade. Se só tivéssemos fótons para tratá-la e se não dispusermos de bólus, teríamos de usar a menor energia disponível, pois, quanto maior a energia, maior será a perda no tumor. Agora, se tivéssemos uma energia de fótons de 6MeV e pudéssemos usar um bólus em gel de 1,5cm, o build up ocorreria no bólus, proporcionando uma boa cobertura no tumor desde a pele. A Figura 10.4 mostra a distribuição de dose com e sem bólus em um corte tomográfico com o tumor delineado desde a superfície até 3cm de profundidade. A segunda função do bólus em radioterapia é a retificação das isodoses. Nesse caso, não se pode usar o bólus em gel, e sim o de cera (ou outro material equivalente ao tecido) confeccionado na oficina. Isso porque esse tipo de bólus precisa de dimensões específicas estabelecidas no planejamento do tratamento e seria impossível reproduzi-las com o uso do gel. Por exemplo, nos casos de nasofaringe às vezes faz-se necessário retificar a imperfeição no contorno da região a

100,0

SSD 100cm 1010cm2 25 18

Percentual de dose (%)

80,0

10 6 4

60,0

Co 40,0

20,0

0

0

5

10

15

Profundidade (cm)

Figura 10.3

Comparação do percentual de dose para várias energias (cobalto-60, 4, 6, 10, 18, 25MeV) versus profundidade SSD: distância fonte-superfície.

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Acessórios e Blocos para Tratamento

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PRINCÍPIOS FÍSICOS E TÉCNICOS EM RADIOTERAPIA

A

Pele

Isodose

B Figura 10.4 (A e B)

Comparação da distribuição de dose sem bólus (A) e com bólus (B). Observe que as linhas de isodose brancas com bólus, de mesmo valor nas duas figuras, estão mais próximas da pele

ser tratada devido ao nariz, o que proporciona uma perda na cobertura da lesão em profundidade, conforme mostra a Figura 10.5. O bólus, nesses casos, deixa a superfície de entrada da dose plana. Como as isodoses acompanham o contorno do paciente, na profundidade do tumor as isodoses ficarão também planas, o que evita perdas de cobertura. Nessa situação, o bólus de cera é fixado na máscara do paciente, conforme mostra a Figura 10.6.

Filtro O filtro em radioterapia tem a forma de uma cunha, com um lado mais espesso que o outro. O formato do filtro proporciona uma inclinação das isodoses, pois o feixe que atravessa a parte mais espessa penetra menos do que o que atravessou a parte mais fina, conforme mostra a Figura 10.7. Os filtros podem ser encontrados em alguns ângulos, como 15o, 30o, 45o e 60o. Tais ângulos não têm nada a ver com a cunha, como muitos pensam. Eles estão

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Máscaras termoplásticas e colchão a vácuo (VacLock) As máscaras são acessórios utilizados na imobilização de pacientes nos tratamentos de cabeça e pescoço. Estes sítios têm estruturas nobres que podem sofrer consequências sérias quando irradiadas acima do nível de tolerância de dose, o que pode ser causado por uma movimentação do paciente durante a irradiação. As máscaras são feitas de materiais termoplásticos que se tornam maleáveis ao serem aquecidos, geralmente em uma cuba com água quente. Portanto, moldam-se ao rosto do paciente, o que possibilita, ao resfriar-se, uma imobilização do indivíduo. A Figura 10.12 mostra o passo a passo da confecção das máscaras termoplásticas. As máscaras podem, de certo modo, funcionar como um bólus, superficializando as isodoses. Esse grau de superficialização depende bastante da distensão da máscara e da espessura do material de que é feita. Quanto maior a distensão, menor será a dose na pele. Muitas vezes, essa é uma área na qual se tratam lesões superficiais e há a colocação de bólus. Ao ser combinado com a máscara, pode aumentar em muito a dose na pele e levar ao aparecimento de

A

B

C

D

Figura 10.12 (A a D)

Passo a passo para confecção de máscaras termoplásticas. Seleção da máscara adequada para o tratamento (A). Colocação da máscara na cuba com água quente até ela ficar flexível (B). Moldagem da máscara no rosto do paciente (C). Posição do paciente no suporte adequado que será usado no tratamento reforçando o contorno dela no nariz (D)

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Acessórios e Blocos para Tratamento

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PRINCÍPIOS FÍSICOS E TÉCNICOS EM RADIOTERAPIA

feridas no paciente. Nesse caso, é importante a percepção do físico em levar em consideração a espessura da máscara ao ter a intenção de colocar um bólus durante o planejamento do tratamento de pacientes de cabeça e pescoço. Existe outro acessório de imobilização, mas este é capaz de moldar qualquer parte do corpo do paciente, e não só a cabeça e o pescoço. Tal acessório é chamado de colchão a vácuo (VacLock) e pode ser usado diariamente. Ele possibilita um conforto maior do paciente, além de maior precisão e reprodução da área a ser irradiada, evitando a rotação da região do indivíduo. Sua maior vantagem é poder ser utilizado mais de uma vez. A Figura 10.13 mostra um VacLock moldado pelo tórax de um paciente.

Figura 10.13

VacLock moldado pelo tórax de um paciente

BLOCOS DE CONFORMAÇÃO Os blocos de conformação utilizados em radioterapia são feitos de Cerrobend, um material composto por uma liga metálica chamada alloy (bismuto 50%, chumbo 26,7%, estanho 13,3% e cádmio 10%) e não apenas por chumbo, comumente usado nas blindagens de raios X e gama. Isso faz com que o bloco desse material seja mais leve, diminuindo o risco de a bandeja de acrílico, na qual são colocados os blocos, não aguentar o peso e quebrar, sobretudo em campos grandes conformados. Além disso, o Cerrobend tem ponto de fusão mais baixo do que o chumbo (70oC), o que facilita sua manipulação nas oficinas de molde. Os blocos são confeccionados com uma altura de cinco camadas semirredutoras (HVL), nas quais o feixe precisa atravessar para resultar em uma transmissão de aproximadamente 3%. Tudo o que estiver abaixo do bloco receberá 3% da dose do campo aberto. Com isso, podemos conformar a dose. Ou seja, para o mesmo tamanho de campo, uma área receberá a dose prescrita e outra, 3% da dose.

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Braquiterapia

OBJETIVOS DO CAPÍTULO  Saber o que é braquiterapia.  Conhecer as maneiras de se classificar a braquiterapia.  Saber as vantagens e desvantagens da braquiterapia com relação à teleterapia.  Conhecer as principais fontes utilizadas em braquiterapia.

INTRODUÇÃO A radioterapia é dividida em teleterapia e braquiterapia. Na primeira, a fonte está a certa distância do tumor e, na segunda, a fonte de radiação é colocada em contato com o tumor. Na braquiterapia, a radiação é emitida por radionuclídeos (núcleos de átomos instáveis que emitem radiação) blindados (selados), para evitar a contaminação do paciente com o material radioativo, ao contrário do que ocorre na medicina nuclear, na qual as fontes não são seladas. A braquiterapia pode ser utilizada como única forma de tratamento ou em combinação com outras técnicas terapêuticas, como a cirurgia, a teleterapia e a quimioterapia. Um dos aspectos fundamentais da terapia de contato com aplicadores é o fato de a dose de radiação ser, praticamente, entregue na periferia do aplicador. Ou seja, a dose é muito alta nas proximidades do aplicador e diminui rapidamente, conforme nos afastamos deste (Figura 14.1). Consequentemente, a irradiação dos tecidos sadios, circunvizinhos ao tumor, é bem reduzida quando comparada com a teleterapia. Porém, essa técnica somente é possível para tumores de fácil acesso (no qual se pode levar à fonte por meio de aplicadores) e de volumes pequenos. Isso porque, se o tumor for grande, a distância entre o centro e a periferia dele também será grande. Além disso, como a dose no centro do tumor é alta e a distribuição de dose, na terapia de contato, diminui rapidamente com a distância, a variação

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PRINCÍPIOS FÍSICOS E TÉCNICOS EM RADIOTERAPIA

de dose do centro à periferia será alta do mesmo modo. Isso resultará em uma grande variação de dose ao longo do tumor, além da considerada normal para braquiterapia, que já tem uma distribuição bem menos homogênea com relação à teleterapia. Devido a essas duas limitações, a teleterapia é mais difundida do que a braquiterapia. O problema do tamanho do tumor pode ser amenizado ao se utilizar muitos cateteres e, assim, a dose é mais bem distribuída ao longo do volume. Quanto maior o tumor, maior será o número de cateteres necessários para se ter uma distribuição de dose mais uniforme, nos padrões da braquiterapia, ao longo do tumor. A Figura 14.1 mostra a variação de dose em um tratamento de colo de útero, na qual são inseridos dois aplicadores: uma sonda (tandem), que entra no útero, e um anel fixado na base deste. Isto resulta na tradicional curva de isodose (união de pontos de mesma dose) em formato de pera. Esse tratamento também pode ser feito utilizando-se tandem mais dois ovoides (colpostatos) na base do útero. Nesse tipo de tratamento, o físico e o médico verificam as doses no reto, na bexiga e no sigmoide (porção do intestino delgado). O carregamento do tandem é feito de acordo com a esteriometria do útero da paciente e não pode ser muito profundo, pois aumentaria a dose no sigmoide. O tratamento braquiterápico do colo de útero é o mais difundido e feito como complemento da teleterapia, no qual precisa irradiar uma área maior, com linfonodos, e não apenas o colo do

Distância: 1,31cm Distância: 0,55cm

Figura 14.1

Isodoses no tratamento de colo de útero – formato de pera. A dose cai rapidamente conforme se afasta do aplicador, o que resulta em uma grande variação de dose: de 800cGy a 640cGy a distância é de 0,55cm; e, de 800cGy a 160cGy, é de 1,31cm

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útero. Conforme podemos ver na Figura 14.1, em todo tratamento de braquiterapia há a necessidade de aquisição de imagens. Estas podem ser obtidas por meio de dois filmes ortogonais de raios X (anteroposterior e lateral), cortes tomográficos ou cortes de ressonância magnética (RM). Esta é melhor para o médico desenhar o colo do útero, para que o físico identifique os aplicadores e as possíveis paradas da fonte (a fonte é única e faz várias paradas para gerar a distribuição de dose; o que o físico planeja é o tempo que a fonte fica parada nessas posições).

CLASSIFICAÇÃO DA BRAQUITERAPIA A braquiterapia é classificada de diversas maneiras:  Quanto à duração do tratamento: • Temporário: o aplicador é inserido dentro do paciente, e leva-se a única fonte de radiação até o tumor por esse aplicador, a qual permanece parada em diversas posições planejadas pelo físico no computador. Depois, ela é recolhida e o aplicador, retirado pelo médico. • Permanente: a fonte de radiação, geralmente em forma de semente, é inserida no paciente e não retirada. Podemos citar como exemplo o implante temporário de sementes de iodo-125 no tratamento de próstata. A intenção é que essas sementes permaneçam no local desejado e não se movimentem.  Quanto ao carregamento: • Pré-carregamento manual: inicialmente, a braquiterapia era feita com précarregamento manual, ou seja, as fontes eram colocadas de maneira manual no aplicador que depois era inserido no paciente. Dessa maneira, a equipe médica era muito exposta à radiação, pois o médico levava certo tempo para colocar o aplicador e, assim, toda a equipe envolvida no procedimento era irradiada nesse período. • Pós-carregamento manual: primeiro, o médico coloca o aplicador no paciente e, depois, a fonte é inserida dentro. Em ambos os casos, devido ao carregamento manual, a fonte era de baixa taxa de dose, ou seja, desprendia um tempo maior para entregar certa dose quando comparada com as fontes de alta taxa para entregar a mesma dose. Com esse adicional de tempo, os trabalhadores eram menos expostos quando realizavam o carregamento manualmente. • Pós-carregamento remoto: por último, a braquiterapia evoluiu para o póscarregamento remoto, ou seja, o aplicador inserido dentro do paciente é carregado remotamente. Nesse caso, o profissional não tem contato diretamente com a fonte e, portanto, isso possibilitou o advento da braquiterapia de alta taxa de dose, por resultar em menor exposição da equipe.  Quanto à taxa de dose: • Baixa taxa de dose: é também conhecida pela sigla LDR, que quer dizer “baixa taxa de dose” (em inglês, low dose rate). A baixa taxa de dose é caracterizada quando a taxa de dose da fonte está entre 0,4 a 2Gy/h.

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Braquiterapia

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PRINCÍPIOS FÍSICOS E TÉCNICOS EM RADIOTERAPIA

• Média taxa de dose: a braquiterapia de média taxa é caracterizada quando a taxa de dose da fonte está entre 2 e 12Gy/h. • Alta taxa de dose: é também conhecida pela sigla HDR, que quer dizer alta taxa de dose (em inglês, high dose rate). Há braquiterapia de alta taxa quando a taxa de dose é superior a 0,2Gy/min (ou 12Gy/h). Os radionuclídeos utilizados nos tratamentos de baixa taxa de dose, geralmente, têm uma meia-vida mais longa do que aos utilizados em alta taxa. Por exemplo, o tratamento braquiterápico de colo de útero, em baixa taxa, pode levar de dois a três dias. Enquanto isso, o de alta taxa pode ser feito em 10 min (podendo variar de acordo com a atividade da fonte e a dose prescrita). Isso porque o radionuclídeo com meia-vida alta demora muito mais tempo para entregar a mesma dose que um radionuclídeo de meia-vida curta.  Quanto à posição: • Cavitária: o material radioativo é colocado dentro de cavidades, como as uterina e vaginal. • Intraluminal: o material radioativo é inserido no interior de brônquios, esôfago e ducto biliar. • Intersticial: o material radioativo é colocado dentro dos tecidos, como na mama e nos casos de sarcoma. • Superficial: o material radioativo é colocado na superfície do tumor em forma de moldes ou placas. As Figuras 14.2 a 14.5 mostram exemplos dessas classificações do tratamento de braquiterapia.

FONTES As fontes podem ser fabricadas de diversas formas. As mais utilizadas são lineares (fios) e em forma de sementes, de preferência que não emitam partícula carregada e sejam de emissor gama. Apesar disso, não existem apenas fontes de braquiterapia que emitem somente gama (fótons). São utilizadas, também, fontes emissoras de nêutrons (califórnio-252 [252Cf ]) e de beta (estrôncio-90 [90Sr]). Hoje em dia, o radionuclídeo mais utilizado é o irídio-192 (192Ir), que substituiu

Figura 14.2

Braquiterapia intersticial de mama

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A

- intersticial de mama, 216

Aceleradores lineares, 35, 37, 39, 40

- intracavitária de nasofaringe, 217

- prevenção de acidentes com, 94

- intraluminal de pulmão, 217

Acessórios para tratamento, 137

- prevenção de acidentes na, 95

Acidentes com unidade de cobalto, prevenção de, 94

- superficial de ânus, 218

Alterações cromossômicas

Build up, 137, 138, 139

Bremsstrahlung, 5, 36

- dicêntrica, 70 - em anel, 70

C

- ponte de anáfase, 70

Cabeça e pescoço, tratamento, 173

Alvos extracranianos, 197

Calibração do acelerador linear, 63

Antimatéria, 53

Camada semirredutora (CSR), 55

Aparelhos de ortovoltagem, 42

Câmara de ionização, 62

Aquisição de imagem e planejamento

Campo máximo permitido, 124

- 2D, 107

Cerrobend®, 146

- 3D, 111 Atenuação de um feixe de fótons, 54 Ativação, 50 Atividade, 61 Átomo, 1

Ciclo celular, 74 Cinto (lead trip), 192 Coeficiente de atenuação linear (μ), 55 Colagem do bloco, 149 Colchão a vácuo (VacLock®), 145

B

Colimador(es), 142

Blindagem, 91

- multilâminas, 147

Blocos de conformação, 146

Competência dos técnicos, 98

- versus colimadores multilâminas, 147

Cones, 196

Bólus, 137, 139

Confecção do bloco, 147

Braquiterapia, 213

Contaminação, 92

- classificação da, 215

Contorno, 109, 110

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C o p y r i g h t ©2 0 1 8E d i t o r aR u b i oL t d a . P e r e s . P r i n c í p i o sF í s i c o seT é c n i c o se mR a d i o t e r a p i a . Al g u ma sp á g i n a s , n ã os e q u e n c i a i s , ee mb a i x ar e s o l u ç ã o .

Índice

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PRINCÍPIOS FÍSICOS E TÉCNICOS EM RADIOTERAPIA

Coordenadas estereotáxicas (3D) ou fiduciais, 192

F

Curva(s)

Fator de calibração, 63, 64

- de isodoses, 111

Feixe(s)

- de percentuais de dose (PDD), 114

- de elétrons, 166, 168

- do detector a gás, 62

- de tratamento, 114

CyberKnife®, 200

D Decaimento radioativo, 6 Deslocamento, 126 Desprendimento da fonte na sala de tratamento, 96 Detector a gás, 61, 62 Dispositivos e procedimentos de emergência em radioterapia, 92 Distância, 90 - fonte-eixo (SAD [isocêntrico]), 123

Falha do dispositivo que marca o tempo, 94

Filtro, 140, 142 - físico, 142 - dinâmico ou virtual, 142 Fixação da região extracraniana, 197 Fontes, 216 Fotoelétron, 51 Fracionamento das doses em radioterapia, 74

G Gap (espaçamento), 200, 203

- fonte-filme (DFF), 128

GammaKnife®, 200

- fonte-isocentro (DFI), 42, 125

Geradores de alta tensão, 35

- fonte-superfície (SSD), 123

Grandezas radiológicas básicas, 59

Dose - absorvida, 60 - efetiva, 85 - equivalente em tecido ou órgão, 84 - letal, 73 Dose-eritema, 59 Dosímetro termoluminescente (TLD), 64, 192

I IMRT (radioterapia com intensidade modulada), 23, 25 Insumos, 98 Ionização, 3, 49 Irradiação - além do previsto, 94 - de corpo total, 189

E

- não intencional de pessoas, 94

Efeito(s)

- total de pele, 191

- Compton, 51, 54 - das radiações ionizantes, 71

J

- determinístico, 73

Justificação, 86

- fotoelétrico, 50, 51

K

Elétron de origem nuclear, 8 Equipamentos, 98

Kerma, 60

Equipe, 98

L

Equivalente biológico de dose (BED), 76

Lei da atenuação de um feixe de fótons, 55

Espaçamento (gap), 200, 203

Limitação, 87

Excitação, 3, 49 Exposição, 60

M

- externa, 90

Magnificação do filme, 128

- interna, 92

Mama, tratamento, 175

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Manto, 206

R

Máscaras termoplásticas, 145

Radiação(ões), 1

Megaelétron-volt (MEV), 108

- beta negativa, 8

Meia-vida (T1/2), 6

- beta positiva, 8

Métodos de exposição, 90

- corpuscular, 3, 8

Micro-MLC, 196

- eletromagnética, 3, 49, 91

Modelo atômico de Bohr, 2

- gama, 7

Monitoração individual, 87

- ionizante, 2

N Não recolhimento da fonte, 95, 97 Neuroeixo, 200 Nêutrons, 92 Níveis de energia quantizados, 2 Número atômico, 8

O Ondas de radiofrequência, 35 Otimização, 86

- - interação da, com células humanas, 69 - - - efeito direto, 69 - - - efeito indireto, 70 - - diretamente, 4 - - indiretamente, 4 - oriunda da eletrosfera, 4 - oriunda do núcleo, 6 - ultravioleta (UV), 3 Radioatividade, 6 Radiocirurgia, 192 - extracraniana, 198

P

Radionuclídeo, 6

Partícula

Radioproteção, 83

- alfa, 9, 91

- princípios de 86

- beta, 91 Perfil de dose, 114

Radiossensibilidade das células humanas, 73

Placa (beam spoiler), 192

Radioterapia, 16

Planejamento do tratamento

- com intensidade modulada (IMRT), 200

- bidimensional, 19

- dispositivos e procedimentos de emergência em, 92

- com intensidade modulada, 23 - tridimensional conformacional (3DCRT), 20 Pósitron, 8 Princípio ALARA, 86 Probabilidade - de complicações das células normais (NTCP), 76

- estereotáxica corporal, 198 - evolução da, 19 - guiada por imagem (IGRT), 27 - histórico da, 16 - intraoperatória, 204 Raios gama, 7

- de controle tumoral (TCP), 76

Raios X, 3

Produção de pares, 52

- característicos, 4

Programação

- por freamento, 5

- de emergência, 129

Região

- dos principais locais de tratamento, 173

- das câmaras de ionização, 62

Próstata, tratamento, 180

- de crescimento, 137 - de descarga elétrica contínua, 63

Q

- do Geiger-Müller, 63

Quiloelétron-volt (KeV), 108

- não definida, 62

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PRINCÍPIOS FÍSICOS E TÉCNICOS EM RADIOTERAPIA

- proporcional, 62

- de programação em SSD (distância fontepele) e SAD (distância fonte-eixo), 123

Reto, tratamento, 182

Tempo, 90

Ruptura do cateter, 95

Terapia superficial, 42

- não proporcional, 63

Tórax, tratamento, 183

S Simulador do paciente (phantom), 190

U

Stereotactic body radiation radiotherapy (SBRT), 198

Unidade(s)

T Técnica(s) - de manto, 206

- de cobalto-60 (60Co), 40 - de telecobaltoterapia, 40 - monitoras (UM), 25, 114 - - cálculo de, 116

- de planejamento, 155

V

- - campo direto com fótons, 155 - - dois campos oblíquos, 159

Vértebras, classificação anatômica das 130

- - par oposto, 156

Vida média (τ), 7

- - quatro campos, 161

Volumétrica em arco com modulação da intensidade (VMAT), 25, 200

- - terapia rotatória, 164 - - tratamento com feixe de elétrons, 165 - - três campos (anterior/posterior e dois laterais), 160

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W Wing boards, 197

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Este livro surgiu da carência de títulos em português voltados para a devida qualificação dos técnicos de radioterapia. Assim, com Princípios Físicos e Técnicos em Radioterapia, os profissionais da área têm, finalmente, um guia completo de como proceder diante de situações cotidianas em seu trabalho. O critério e o vasto conhecimento do experiente autor possibilitaram que os temas da presente obra fossem descritos de maneira clara e objetiva, a fim de esclarecer as dúvidas mais sutis. Braquiterapia, radiobiologia, radioterapia, radioproteção, técnicas de planejamento e física das radiações são alguns dos assuntos tratados nesta publicação. São 14 capítulos com conteúdo entremeado a exercícios e várias imagens – o que auxilia bastante em curso de formação. Para quem deseja entender, de fato, os métodos radioterápicos mais utilizados no Brasil, é um verdadeiro auxílio. Boa leitura!

Radiologia

Princípios Físicos e Técnicos em Radioterapia

LEONARDO PERES

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Princípios Físicos e Técnicos em Radioterapia

Princípios Físicos e Técnicos em Radioterapia

LEONARDO PERES 9 788584 110315

Princípios Físicos e Técnicos em Radioterapia | Leonardo Peres  

Sinopse Este livro surgiu da carência de títulos em português voltados para a devida qualificação dos técnicos de radioterapia. Assim, com P...