DORIVAL MENEGAZ NANDI

ESTUDO DE FUNCIONALIDADE E SEGURANA PARA ACELERADORES LINEARES UTILIZADOS

EM RADIOTERAPIA UMA CONTRIBUIO PARA A GESTO DE TECNOLOGIA MDICO-

HOSPITALAR

FLORIANPOLIS 2004

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA

ESTUDO DE FUNCIONALIDADE E SEGURANA PARA ACELERADORES LINEARES UTILIZADOS

EM RADIOTERAPIA UMA CONTRIBUIO PARA A GESTO DE TECNOLOGIA MDICO-

HOSPITALAR

Dissertao submetida

Universidade Federal de Santa Catarina

como parte dos requisitos para a

obteno do grau de Mestre em Engenharia Eltrica.

DORIVAL MENEGAZ NANDI

Florianpolis, Maio de 2004.

ESTUDO DE FUNCIONALIDADE E SEGURANA PARA ACELERADORES LINEARES UTILIZADOS EM

RADIOTERAPIA UMA CONTRIBUIO PARA A GESTO DE TECNOLOGIA MDICO-HOSPITALAR

DORIVAL MENEGAZ NANDI

Esta Dissertao foi julgada adequada para a obteno do Ttulo de Mestre em

Engenharia Eltrica, rea de Concentrao em Engenharia Biomdica, e aprovada em sua forma final pelo Programa de Ps-Graduao em Engenharia

Eltrica da Universidade Federal de Santa Catarina.

_______________________________________ Prof. Renato Garcia Ojeda, Dr.

Orientador

__________________________________________ Prof. Jefferson Luiz Brum Marques, Ph.D.

Coordenador do Programa de Ps-Graduao em Engenharia Eltrica

Banca Examinadora:

____________________________________

Prof. Renato Garcia Ojeda, Dr.

Presidente

____________________________________

Prof. Fernando Mendes de Azevedo, Dr.

____________________________________

Prof. Jefferson Luiz Brum Marques, Ph.D.

____________________________________

Prof. Walter Celso de Lima, Dr.

ii

Irene, minha me, (in memorian).

Filipe, Juliana, Thiago, Gabriela

e Sarita, minha famlia.

iii

Agradecimentos

IEB, ... oportunidade

Renato Garcia,

... orientao

Nicanor, ... fsica mdica

Servios de Radioterapia do Estado de Santa Catarina,

Dr. Ernani Lange S. Thiago Dr. Ivanir Luiz Perin

Dr. Omar Sullivan Ruzza Dr. Renato Ruzza Doneda

Dr. Ricardo Polli

Centro Federal de Educao Tecnolgica de Santa Catarina, ...apoio

Elisabete, Fabiano, Flvio, Laurete, Rita, Rosane, Walria, Wollinger ... amigos do NTC

iv

Resumo da Dissertao apresentada UFSC como parte dos requisitos necessrios obteno do grau de Mestre em Engenharia Eltrica.

ESTUDO DE FUNCIONALIDADE E SEGURANA PARA ACELERADORES LINEARES UTILIZADOS EM

RADIOTERAPIA UMA CONTRIBUIO PARA A GESTO DE TECNOLOGIA MDICO-HOSPITALAR

Dorival Menegaz Nandi

Maio de 2003

Orientador: Professor Renato Garcia Ojeda, EE, Dr. rea de Concentrao: Engenharia Biomdica Palavras-chaves: engenharia clnica, radioterapia, aceleradores lineares, programa de funcionalidade e segurana, gerenciamento de tecnologia mdico-hospitalar. Nmero de pginas: 123

RESUMO: O crescimento da Engenharia Clnica, das estruturas de sade e sua complexidade, levou os profissionais da rea realizar estudos para desenvolver e implementar programas de gerenciamento das tecnologias de sade. Assim, Engenheiros Clnicos integrando equipes do sistema de sade tem contribudo para viabilizar tecnologias que ofeream maior confiabilidade, segurana, funcionalidade e disponibilidade. A rea de radioterapia, com o aumento da incidncia de casos novos de cncer e das tecnologias de radioterapia, somados ao contingenciamento dos recursos financeiros para sade, alto custo e complexidade dos equipamentos, motivam estudos para o seu adequado gerenciamento. O presente trabalho, em sua reviso bibliogrfica, aborda os conceitos fundamentais da fsica das radiaes, os principais tratamentos e as tecnologias aplicadas no tratamento radioterpico, em particular o acelerador linear. Identifica e rene a legislao vigente relativa aplicao das radiaes ionizantes, os requisitos para instalaes e funcionamento de um servio de radioterapia, os profissionais envolvidos e os equipamentos de medida utilizados no monitoramento das radiaes produzidas. Apresenta ainda, o resultado do levantamento realizado no Estado de Santa Catarina, identificando as tecnologias utilizadas no tratamento radioterpico, distribuio dos servios no Estado, tempo de uso dessas tecnologias e o nmero de atendimentos a pacientes. Fundamentado nessa realidade e no estudo realizado, apresenta uma proposta de programa de controle de funcionalidade e segurana para aceleradores lineares constituindo-se numa contribuio para o sistema de sade e para a Engenharia Clnica na Gesto de Tecnologia Mdico-Hospitalar (GTMH).

v

Abstract of Dissertation presented to UFSC as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master in Electrical Engineering.

STUDY OF FUNCTIONALITY AND SAFETY FOR LINEAR ACCELERATORS IN RADIOTHERAPY A

CONTRIBUTION FOR MEDICAL TECHNOLOGY MANAGEMENT

Dorival Menegaz Nandi

May 2004

Advisor: Renato Garcia Ojeda, EE, Dr. Area of Concentration: Biomedical Engineering Keywords: clinical engineering, radiotherapy, linear accelerators, safety program, medical technology management. Number of Pages: 123

ABSTRACT: The development of the Clinical Engineering area, associated to the increase of healthcare facilities and its complexity, led the Clinical Engineer to research, develop and implement management programs to medical technologies. Hence, Clinical Engineers belonging to healthcare teams have been making contributions to offer more reliability, security, functionality and accessibility to new technologies. The population growth, incidence of new cancer cases and radiotherapy technologies, associated to a limited healthcare budget, high costs and complexity of these technologies, motivated this study in the radiotherapy field. This work, in its literature review, presents the fundamental concepts of radiation physics, major treatments and applied technologies in radiotherapy, particularly, linear accelerators. This research aims to identify and study concerning legislations of ionizing radiation application, radiotherapy facilities, requirements regarding structure and organization, involved professionals and measurement equipments used to radiation monitoring. This work was carried out in the radiotherapy centers of the Santa Catarina State Brazil. The results show a survey of the radiotherapy used technologies, the geographical facilities distribution, time of use and patient attendance totals. Based on the actual situation of the radiotherapy services in Santa Catarina State and the present study, a safety and functionality control management program is proposed to linear accelerators becoming a contribution to the healthcare and clinical engineering dealing with the medical technology management.

vi

SUMRIO

LISTA DE FIGURAS ...............................................................................................xi

LISTA DE QUADROS ...........................................................................................xiv

LISTA DE TABELAS ..............................................................................................xv

LISTA DE ABREVIATURAS..................................................................................xvi

1 INTRODUO..................................................................................................... 1

1.1 A Radioterapia no Brasil........................................................................................... 1 1.2 Proposta de Trabalho ............................................................................................... 3

1.2.1 Objetivos ....................................................................................................... 4 1.2.2 Justificativa.................................................................................................... 4 1.2.3 Metodologia................................................................................................... 6

1.3 Estrutura do Trabalho............................................................................................... 7

2 FSICA DA RADIOTERAPIA - FUNDAMENTOS ................................................. 8

2.1 A Descoberta das Radiaes ................................................................................... 8 2.2 Aplicaes das Radiaes ....................................................................................... 9 2.3 Formas de Energia Radiante.................................................................................. 10 2.4 Origem das Radiaes ........................................................................................... 10 2.5 Radioatividade........................................................................................................ 11

2.5.1 Atividade de uma amostra (A) ..................................................................... 11 2.5.2 Meia - Vida do Radioistopo (T).................................................................. 12 2.5.3 Vida - Mdia do Radioistopo ( ) .............................................................. 12

2.6 Caractersticas da energia radiante........................................................................ 12 2.7 Radiao ionizante e no-ionizante ....................................................................... 14 2.8 Interaes com a matria ....................................................................................... 15

2.8.1 Interaes dos ftons com a matria .......................................................... 16 2.8.2 Interaes dos eltrons com a matria ....................................................... 20 2.8.3 Interaes dos nutrons com a matria ...................................................... 21

2.9 Grandezas e Unidades........................................................................................... 21 2.9.1 Exposio (roentgen) .................................................................................. 21 2.9.2 Dose Absorvida (rad, gray).......................................................................... 22 2.9.3 Equivalente de Dose (rem, sievert) ............................................................. 22

2.10 Kerma................................................................................................................ 23 2.11 LET.................................................................................................................... 24 2.12 Regio de Build-up e regio de equilbrio eletrnico ...................................... 25

vii

2.13 Efeito Biolgico.................................................................................................. 26 2.14 Cartas de Isodose ............................................................................................. 28 2.15 Radioproteo Blindagens ............................................................................. 29

2.15.1 Blindagens para nutrons ...................................................................... 29 2.15.2 Blindagem para partculas carregadas .................................................. 29 2.15.3 Blindagem para ftons ........................................................................... 30 2.15.4 Camada Semirredutora (HVL) e Camada Decirredutora (TVL)............. 30

3 TECNOLOGIAS PARA TRATAMENTO RADIOTERPICO .............................. 32

3.1 O Cncer ................................................................................................................ 32 3.2 Tratamentos com Radioterapia .............................................................................. 34 3.3 Processo Radioterpico ......................................................................................... 36 3.4 Tratamento com braquiterapia ............................................................................... 37 3.5 Aparelhos e Fontes utilizados em braquiterapia .................................................... 39 3.6 Tratamento com teleterapia.................................................................................... 41 3.7 Equipamentos de Teleterapia................................................................................. 41

3.7.1 Aparelhos de RX ......................................................................................... 41 3.7.2 Aparelhos de Telecobalto............................................................................ 43 3.7.3 Aceleradores Lineares ................................................................................ 44 3.7.4 Aceleradores Lineares com Feixe de Intensidade Modulada (IMRT) ......... 47

3.8 Equipamentos para Medidas de Radiao............................................................. 48 3.8.1 Dosmetro Termoluminescente ................................................................... 49 3.8.2 Detectores a gs ......................................................................................... 49 3.8.3 Contador Geiger-Mller ............................................................................... 50 3.8.4 Cmara de Ionizao Padro...................................................................... 51 3.8.5 Cmara de Ionizao Dedal ........................................................................ 52 3.8.6 Eletrmetro.................................................................................................. 52 3.8.7 Cmara Capacitiva...................................................................................... 53 3.8.8 Cmara Tipo Farmer ................................................................................... 54 3.8.9 Cmara de Placas Paralelas....................................................................... 54

3.9 Radiometria e Dosimetria ....................................................................................... 55

4 ACELERADORES LINEARES PARA RADIOTERAPIA .................................... 56

4.1 Princpio de Funcionamento - Diagrama de Blocos ............................................... 56 4.2 Componentes de um Acelerador Linear Utilizado em Radioterapia....................... 59

4.2.1 Sistema de Vcuo ....................................................................................... 60 4.2.2 Sistema de Resfriamento ............................................................................ 60 4.2.3 Klystron ....................................................................................................... 60

viii

4.2.4 Magnetron ................................................................................................... 61 4.2.5 Estrutura Aceleradora ................................................................................. 63 4.2.6 Canho eletrnico ....................................................................................... 64 4.2.7 Pr Agrupador ............................................................................................. 64 4.2.8 Agrupador.................................................................................................... 66 4.2.9 Estrutura Aceleradora de Ondas Progressivas ........................................... 66 4.2.10 Estrutura aceleradora de ondas estacionrias ...................................... 67 4.2.11 Cabeote de Tratamento ....................................................................... 68 4.2.12 Magneto ................................................................................................. 69 4.2.13 Alvo........................................................................................................ 69 4.2.14 Colimadores Primrios........................................................................... 70 4.2.15 Filtro Aplanador...................................................................................... 70 4.2.16 Lminas Espalhadoras de eltrons........................................................ 71 4.2.17 Cmara Monitora ................................................................................... 71 4.2.18 Colimadores Secundrios...................................................................... 72 4.2.19 Sistema ptico....................................................................................... 73 4.2.20 Acessrios ............................................................................................. 73

4.3 Dispositivos de segurana...................................................................................... 74 4.3.1 Proteo na sala de tratamento .................................................................. 74 4.3.2 Proteo contra erro do operador ............................................................... 75 4.3.3 Proteo contra radiaes parasitas ........................................................... 75 4.3.4 Proteo contra irradiao na borda do volume de tratamento .................. 76 4.3.5 Dispositivos de Segurana nos aceleradores lineares................................ 76

4.4 Normas ................................................................................................................... 77 4.4.1 Normas da Comisso Nacional de Energia Nuclear (CNEN)...................... 77 4.4.2 Portarias do Ministrio da Sade ................................................................ 77 4.4.3 Recomendaes do National Council on Radiation Protection and

Measurements (NCRP-EUA)....................................................................... 78 4.4.4 Documentos de Orientao......................................................................... 79 4.4.5 Protocolos de Dosimetria (TRS Technical Report Series) ....................... 79 4.4.6 Normas NBR IEC ........................................................................................ 79

5 ESTRUTURA DOS SERVIOS DE RADIOTERAPIA - LEVANTAMENTO REALIZADO EM SANTA CATARINA ................................................................ 81

5.1 Estrutura dos Servios de Radioterapia ................................................................. 81 5.1.1 Estrutura de Pessoal ................................................................................... 81 5.1.2 Estrutura Fsica ........................................................................................... 83 5.1.3 Equipamentos ............................................................................................. 84

ix

5.2 Licenciamento para instalao de um servio de Radioterapia ............................. 85 5.3 Funcionalidade e Segurana do Acelerador Linear ............................................... 86

5.3.1 Aceitao..................................................................................................... 87 5.3.2 Comissionamento........................................................................................ 87 5.3.3 Garantia da Qualidade ................................................................................ 87

5.4 Responsabilidades ................................................................................................. 89 5.5 SERVIOS DE RADIOTERAPIA EM SANTA CATARINA..................................... 89

5.5.1 Metodologia da Pesquisa ............................................................................ 89 5.5.2 Apresentao e Anlise da Pesquisa.......................................................... 90

5.6 A Engenharia Clnica na Radioterapia ................................................................... 95

6 PROPOSTA DE PROGRAMA DE CONTROLE DE FUNCIONALIDADE E SEGURANA NOS SERVIOS DE RADIOTERAPIA ACELERADORES LINEARES ......................................................................................................... 98

6.1 Etapa I - Identificao e registro............................................................................. 99 6.1.1 Identificao do Servio .............................................................................. 99 6.1.2 Identificao do Equipamento Acelerador Linear..................................... 99 6.1.3 Identificao dos Equipamentos de Radiometria e Dosimetria ................. 100 6.1.4 Identificao da Estrutura.......................................................................... 100

6.2 ETAPA II Identificao dos testes ou verificaes ............................................ 102 6.3 ETAPA III Aplicao dos Testes ou Verificaes e Registro dos Resultados... 104 6.4 Auditoria da CNEN ............................................................................................... 105 6.5 Verificao dos Servios em Santa Catarina ....................................................... 106 6.6 Proposta de Implantao do Programa de Controle para AL............................... 107

7 CONCLUSES................................................................................................ 109

7.1 Sugestes para outros trabalhos.......................................................................... 112

ANEXOS ............................................................................................................. 113

ANEXO 1 - Valores de HVL e TVL ...................................................................... 114

ANEXO 2 Caractersticas dos Aceleradores Lineares ..................................... 115

ANEXO 3 - Servio de Radioterapia - Planta ..................................................... 116

ANEXO 4 Formulrios da Pesquisa ................................................................. 117

ANEXO 5 Infra-estrutura para o Acelerador Linear .......................................... 120

8 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS................................................................. 121

x

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 - Classificao das radiaes ionizantes.............................................. 10

Figura 2.2 Curva de decaimento de um radioistopo e seus principais parmetros (TAUHATA, 2001)........................................................................... 12

Figura 2.3 tomo, Camadas e Emisso do Fton.............................................. 14

Figura 2.4 Comportamento dos ftons ao atravessar um material atenuador (A) (GALIANO, 2001) e curva de atenuao (B) (adaptado de TAUHATA, 2001).................................................................................................................. 16

Figura 2.5 Efeito Fotoeltrico - Fton incidente e fotoeltron emergente (SOARES, 2003)................................................................................................ 17

Figura 2.6 Fton e eltron do espalhamento Compton, (adaptado de SOARES, 2003)................................................................................................. 18

Figura 2.7 Espalhamento Rayleigh - fton de baixa energia interagindo com eltron preso fortemente ao tomo, (adaptado de SOARES, 2003). ................. 18

Figura 2.8 Espalhamento Thomson - fton de baixa energia interagindo com eltrons mais livres do tomo (adaptado de SOARES, 2003). .......................... 19

Figura 2.9 Produo de Pares - Ftons de alta energia transformam-se em duas partculas pela interao com o campo eltrico do ncleo do tomo (SOARES, 2003)................................................................................................ 19

Figura 2.10 - Formas de interao dos eltrons com a matria. (A) Coliso elstica; (B) Coliso inelstica; (C) Freamento ou Bremsstrahlung (adaptado de GALIANO, 2001)........................................................................................... 21

Figura 2.11 - Regio de build up e regio de equilbrio eletrnico (BIRAL, 2002). 25

Figura 2.12 - Estrutura do DNA. Normal (A); Quebra simples (B); Dupla quebra (C) (adaptado de BIRAL, 2002) ......................................................................... 27

Figura 2.13 Cartas de isodose para energia de 6 MV, distncia foco superfcie de 100 cm e campo de irradiao 5x5 cm em (A) e 10 x 10 cm em (B) (SCAFF, 1997). ............................................................................................ 28

Figura 2.14 Atenuao da radiao (adaptado de TAUHATA, 2001)................. 29

Figura 3.1 Etapas do processo radioterpico (adaptado de GALIANO, 2001). .. 37

Figura 3.2 Aplicadores para tratamento ginecolgico. ....................................... 38

Figura 3.3 Formato de fontes utilizadas em braquiterapia: tubo (A), agulha (B) e fios (C, D, E) (adaptado de SCAFF, 1997)................................................ 40

Figura 3.4 Tratamento com braquiterapia de alta taxa de dose (adaptado de SCAFF, 1997) (A), e foto do aparelho de HDR com monitorao por cmara de ionizao (B) ................................................................................................. 40

xi

Figura 3.5 Equipamento de raios-X para uso em radioterapia; no detalhe a bomba e o reservatrio de leo para refrigerao. ............................................ 42

Figura 3.6 Aparelho de telecobalto. Diagrama do cabeote (INCA, 2000b) (A); foto do equipamento (B).............................................................................. 43

Figura 3.7 Esquema do acelerador linear com mesa de tratamento (A) e indicaes dos movimentos possveis com esquema de um simulador (B). ..... 45

Figura 3.8 - Regies de operao de um detector a gs (adaptado de TAUHATA, 2001). .............................................................................................. 50

Figura 3.9 Esquema e foto do Contador Geiger-Mller (SCAFF, 1997;TAUHATA, 2001). ..................................................................................... 51

Figura 3.10 - Esquema de uma cmara de ionizao (BOMFORD, 1993). .......... 51

Figura 3.11. Esquema da cmara de ionizao tipo dedal (SCAFF, 1997)........... 52

Figura 3.12 Esquema eltrico do eletrmetro tipo integrador (A) e tipo rate-meter (B) (SCAFF, 1997) ................................................................................... 53

Figura 3.13 Esquema de uma cmara capacitiva (SCAFF, 1997). .................... 54

Figura 3.14 Esquema da cmara de ionizao tipo Farmer (A) e Eletrmetro com cmara tipo Farmer (SCAFF, 1997). .......................................................... 54

Figura 4.1 - Princpio do acelerador linear. ........................................................... 57

Figura 4.2 - Diagrama de Blocos do Acelerador Linear (adaptado de KARZMARK, 1981). ........................................................................................... 57

Figura 4.3 Componentes do acelerador linear para uso em radioterapia (SCAFF, 1997)................................................................................................... 59

Figura 4.4 Seco transversal de uma vlvula klystron de duas cavidades (KARZMARK, 1981)........................................................................................... 61

Figura 4.5 Seo em Corte da vlvula magnetron. Longitudinal em (A); Transversal em (B), (adaptado de KARZMARK, 1981; GALIANO, 2001).......... 62

Figura 4.6 Estrutura aceleradora e produo dos eltrons (DI PRINZIO, 1984).................................................................................................................. 63

Figura 4.7 Esquema da fonte de eltrons por aquecimento direto. .................... 64

Figura 4.8 - Processo de agrupamento dos eltrons (adaptado de BOMFORD, 1993).................................................................................................................. 65

Figura 4.9 Anis de cobre e montagem do tubo acelerador (KARZMARK, 1981).................................................................................................................. 66

Figura 4.10 - Campo eltrico na estrutura aceleradora de onda progressiva (adaptado de KARZMARK, 1981; DI PRINZIO, 1984)....................................... 67

xii

Figura 4.11 Comportamento das microondas na estrutura aceleradora de onda estacionria (adaptado de KARZMARK, 1981; DI PRINZIO, 1984).......... 68

Figura 4.12 - Detalhes do cabeote do acelerador linear (SCAFF, 1997)............. 68

Figura 4.13 Deflexo do feixe de eltrons pelo magneto e focalizao no alvo. Em (A) deflexo de 90, em (B) deflexo de 270 (DI PRNZIO, 1984)...... 69

Figura 4.14 Detalhes da produo de feixe de ftons (A) e feixe de eltrons (B) (adaptado de KARZMARK, 1981). ............................................................... 70

Figura 4.15 Efeito do filtro aplanador sobre o feixe de ftons (GALIANO, 2001).................................................................................................................. 71

Figura 4.16 Disposio das cmaras de Ionizao para monitorao do feixe de radiao no acelerador linear (GALIANO, 2001). ......................................... 72

Figura 4.17 Colimadores secundrios (SCAFF, 1997). ...................................... 72

Figura 4.18 - Colimador multi-lminas (A), lminas do colimador em detalhe (B) (adaptado de SCAFF, 1997). ............................................................................. 73

Figura 4.19 Bandeja para fixao dos blocos delimitadores de rea (a), (SCAFF, 1997) e blocos de chumbo para delimitao da rea irradiada (b). .... 74

Figura 5.1 - Distribuio dos servios de Radioterapia no Estado de Santa Catarina. ............................................................................................................ 91

Figura 5.2 - Atendimento de pacientes/ano nas mesorregies de Santa Catarina. ............................................................................................................ 91

Figura 5.3 - Pacientes atendidos/ano por equipamento ou conjunto de fontes radioativas.......................................................................................................... 92

Figura 5.4 - Dcada de aquisio dos equipamentos ou fontes de radioterapia. .. 92

Figura 5.5 (A) Sistema de planejamento, (B) Simulador de tratamento de radioterapia em Santa Catarina. ....................................................................... 93

Figura 6.1 - Etapas do programa de funcionalidade e segurana para aceleradores lineares......................................................................................... 99

Figura 6.2 Verificaes dirias nos servios com acelerador linear. ................ 106

Figura 6.3 Verificaes mensais nos servios com acelerador linear. ............. 107

Figura 6.4 Verificaes anuais nos servios com acelerador linear. ................ 107

Figura 6.5 Proposta de implantao do programa de controle para aceleradores lineares....................................................................................... 108

xiii

LISTA DE QUADROS

Quadro 1.1 Fatos histricos da radioterapia no Brasil (PINTO, 2000; GUIZZARDI, 2000; FENELON, 2003).................................................................. 1

Quadro 2.1 Fatos histricos da descoberta das radiaes ionizantes. ................ 8

Quadro 2.2 Mecanismo de interao da energia com a matria e seus efeitos, compilado de (SCAFF, 1997). ............................................................... 15

Quadro 3.1 Tumores malignos mais comuns em homens e mulheres de acordo com a ordem de freqncia (SABBI, 2000)............................................ 33

Quadro 3.2 - Resumo das principais tcnicas radioterpicas e tratamentos (Fonte: LCCC - Setor de Fsica Mdica, 2003). ................................................. 35

Quadro 3.3 Modelos e fabricantes de raios-X para radioterapia (INCA, 2000b)................................................................................................................ 43

Quadro 3.4 Modelos e fabricantes de Telecobalto (INCA, 2000b). .................... 44

Quadro 5.1 Listagem do equipamento mnimo recomendado para implementao de um programa de controle da qualidade em equipamentos de teleterapia (INCA, 2000a). ............................................................................ 88

Quadro 5.2 - Servios de radioterapia no Estado de Santa Catarina.................... 90

Quadro 5.3 - Nmero de profissionais para um servio de Radioterapia (PINTO, 2000).................................................................................................... 94

Quadro 6.1 Relao de verificaes dirias. .................................................... 102

Quadro 6.2 - Relao de verificaes mensais. .................................................. 103

Quadro 6.3 - Relao de verificaes anuais...................................................... 104

xiv

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 - Caractersticas da energia conforme a freqncia e comprimento de onda, (adaptado de GALIANO, 2001). .......................................................... 13

Tabela 2.2 Efeito predominante no tecido de acordo com a energia (BIRAL, 2002).................................................................................................................. 20

Tabela 2.3 - Fator de qualidade para os diferentes tipos de radiao (fonte: ICRP 26 (1977) e norma NE 3.01 CNEN).......................................................... 23

Tabela 2.4 - LET de alguns tipos de energia (BIRAL, 2002) ................................. 24

Tabela 2.5 - Profundidade da regio de build-up (adaptado de BIRAL, 2002). ..... 26

Tabela 3.1 Fontes de radiao utilizadas em braquiterapia (adaptado do CBR,1995). ........................................................................................................ 39

Tabela 3.2 Formato das fontes de radiao para braquiterapia (compilado de SCAFF, 1997). ................................................................................................... 39

Tabela 3.3 Caractersticas dos equipamentos de raios-X em radioterapia (compilado de SCAFF, 1997)............................................................................. 42

Tabela 3.4 Capacidade de penetrao dos feixes de diferentes energias a 10 cm de profundidade (adaptado do INCA, 2000b)............................................... 45

Tabela 3.5 - Parmetros bsicos de alguns aceleradores lineares de uso em radioterapia (adaptado de MACISZEWSKI, 2003)............................................. 46

Tabela 5.1 Listagem e custo dos equipamentos de radioterapia para um servio de menor complexidade (Fonte: Setor de Fsica Mdica da LCCC)...... 84

Tabela 5.2 Listagem e custo dos equipamentos de radioterapia para um servio de maior complexidade (Fonte: Setor de Fsica Mdica da LCCC)....... 84

Tabela 5.3 Relao e custo dos equipamentos de radiometria e dosimetria para um servio de radioterapia (Fonte: Departamento de Fsica Mdica da LCCC). ............................................................................................................... 85

Tabela 5.4 - Tecnologias disponveis em Santa Catarina ..................................... 91

Tabela 5.5 - Equipamentos de radiometria / dosimetria ........................................ 93

Tabela 5.6 - Profissionais de radioterapia em Santa Catarina .............................. 94

Tabela 5.7 - Estimativa de casos novos de neoplasias malignas para o Estado de Santa Catarina (INCA, 2004). ....................................................................... 95

Tabela 5.8 - Populao de Santa Catarina (Fonte: IBGE, Censo 2000). .............. 95

Tabela 6.1 Relao de parmetros verificados bianualmente pela CNEN (INCA, 2000a) .................................................................................................. 105

xv

LISTA DE ABREVIATURAS

ABFM Associao Brasileira de Fsica Mdica AIEA Agncia Internacional de Energia Atmica AL Acelerador linear CJDSMTR Conjunto para dosimetria CNEN Comisso Nacional de Energia Nuclear CORAD Coordenao de Instalaes Radioativas DFI Distncia Fonte-Isocentro DFS Distncia Fonte-Superfcie (SSD)

DIRAC Directory of Radiotherapy Centres Centro de Registros de

Radioterapia

EMH Equipamento Mdico-Hospitalar FAP Fundao Antnio Prudente GQ Garantia da Qualidade gTMH Gerenciamento de Tecnologia Mdico-Hospitalar GTMH Gesto de Tecnologia Mdico-Hospitalar HDR High dose rate Alta taxa de dose HVL Half Value Layer Camada semirredutora

ICRP International Comission on Radiological Protection Comisso

Internacional de Prodeo Radiolgica

ICRU International Commission on Radiation Units and Measurements

Comisso Internaciontal de Medidas e Unidades de Radiao

IEC International Electrotechnical Commission Comisso Internacional de

Eletrotcnica

INCA Instituto Nacional de Cncer IRD Instituto de Radioproteo e Dosimetria LCCC Liga Catarinense de Combate ao Cncer LDR Low dose rate Baixa taxa de dose MS Ministrio da Sade

NCRP National Council on Radiation Protection and Measurements

Conselho Nacional de Proteo Radiolgica e Medidas - EUA

PDD ou %DD

Percentual Depth Dose Percentual de Dose em Profundidade

RF Radiofreqncia

xvi

RFAS Relatrio Final de Anlise de Segurana RPAS Relatrio Preliminar de Anlise de Segurana SCRA Solicitao de Concesso de Registros e Autorizaes SI Sistema Internacional de Unidades SSD Source Skin Distance Distncia Fonte Pele TBI Total Body Irradiation Irradiao de Corpo Inteiro TG Task Group Grupo de Trabalho TLD Thermolumenescent Dosimeter Dosmetro Termoluminescente TMR Tissue Maximum Ratio Razo mxima tecido ar TPR Tissue Phanton Ratio Razo tecido fantoma TRS Technical Report Series Srie Relatrios Tcnicos TVL Tenth Value Layer Camada decirredutora UM Unidade Monitor

xvii

1 INTRODUO

Conhecido desde o incio da histria da medicina, o cncer responsvel por 13

a 15% dos bitos no Brasil. Mesmo com as campanhas de preveno para combater

essa doena, um alto percentual da populao atingida todos os anos e cerca de uma

em cada cinco pessoas desenvolver algum tipo de cncer durante a sua vida. Por outro

lado, 75% dos casos so controlveis e se descoberto precocemente podem ser curados

(SABBI, 2000).

De modo geral, o tratamento do cncer, atualmente, realizado por meio de

cirurgia, radioterapia, quimioterapia, hormonioterapia e imunoterapia. Essas formas de

tratamento, definidas pela equipe mdica aps criteriosa avaliao, podem ser aplicadas

de forma isolada ou combinada. Contudo, a Engenharia Gentica est proporcionando

novas possibilidades como a correo nos genes como forma de diminuir ou eliminar a

predisposio ao cncer.

Desde o incio dos tratamentos de cncer com radioterapia, relatados por

Jonhson e Merril em 1900 (EISENBERG, 1992), as tcnicas e os equipamentos

empregados passaram por grande evoluo. As atuais tecnologias aplicadas no

tratamento radioterpico so sofisticadas e de alto custo.

1.1 A Radioterapia no Brasil

Muitos fatos marcaram a evoluo da radioterapia no pas, na busca da cura do

cncer. Por meio de uma linha do tempo, o Quadro 1.1 relaciona os principais

acontecimentos que construram a histria da radioterapia no Brasil, permitindo

compreender a evoluo das tecnologias aplicadas e dos centros de tratamento de

cncer com radioterapia.

Quadro 1.1 Fatos histricos da radioterapia no Brasil (PINTO, 2000; GUIZZARDI, 2000; FENELON, 2003).

DATA FATO

1920 Instituto do Cncer Dr. Arnaldo, a primeira instituio brasileira destinada ao estudo e tratamento do cncer, criada por Dr. Arnaldo Augusto Vieira de Carvalho, diretor da Faculdade de Medicina da Santa Casa de So Paulo.

1923 Em Belo Horizonte, o Instituto do Radium inicia suas atividades como centro destinado ao estudo dos raios-X e do elemento rdio na busca da cura do cncer.

1926 Marie Curie e sua filha Irne (prmio Nobel de Qumica) estiveram no Brasil (Rio de Janeiro e Belo Horizonte). Em Belo Horizonte visitaram o Instituto do Radium. Em 1950 o Instituto passou a denominar-se Hospital Borges da Costa.

1936 Foi oficializada em So Paulo a Associao Paulista de Combate ao Cncer (APCC) que, mais tarde, 1946, iniciou o atendimento efetivo por meio do Hospital Santa Cruz.

1938 Foi fundado o Centro de Cancerologia, no Hospital Estcio de S, no Rio de Janeiro que contava com um aparelho de radioterapia e um de radiodiagnstico. 1941 Criado o Servio Nacional de Cncer que passou a funcionar no mesmo local do Centro de Cancerologia, no Rio de Janeiro.

2

... continuao do Quadro 1.1.

1944 Criado no Rio de Janeiro o Instituto do Cncer e em 1946 transferido, junto com o Servio Nacional de Cncer, para o Hospital Gafre e Guinle.

1953 O Hospital Antnio Cndido de Camargo (Hospital A. C. Camargo), So Paulo, iniciou as atividades de radioterapia com dois equipamentos convencionais (Maximar-250 da GE), um equipamento de radioterapia superficial (Maximar-100 da GE) e um conjunto de tubos e agulhas de rdio-226.

1956 Foi instalado no A. C. Camargo, um aparelho de radioterapia convencional (Stabilipan - Siemens) e um RX superficial de contato (Schoul-Siemens).

1957

O Instituto do Cncer passou a contar com quatro aparelhos de roentgenterapia profunda, dois de roentgenterapia superficial e duas unidades de cobalto (Theratron 60), alm de rdio na forma de tubos e agulhas e equipamentos de dosimetria e uma oficina de radiomoldagem. No Hospital A. C. Camargo, foi instalada a primeira unidade de cobalto (Gammatron I da Siemens). Naquela poca tambm era utilizada uma bomba com 05 gramas de rdio-226, que operava entre 05 e 10 cm de distncia foco-pele, para tratamento de leses superficiais e semiprofundas.

1961 O Instituto do Cncer passou a denominar-se Instituto Nacional do Cncer (INCA), uma das instituies de referncia no pas.

1968 Foi instalado, no Hospital A C Camargo a unidade de teleterapia de csio-137 e a segunda bomba de cobalto, denominao para o equipamento de Cobaltoterapia (Gammatron II).

1970 Incio dos tratamentos radioterpicos em Santa Catarina com implementao do Servio de Radioterapia do Hospital de Caridade.

1972 Em So Paulo, no Hospital Alemo Oswaldo Cruz foi instalado o primeiro acelerador linear para ftons e eltrons, para fins mdicos do pas, no Hospital Srio-Libans e, em seguida, no Hospital A C Camargo, foi instalado um outro acelerador linear (Clinac 4 Varian).

1973 Associao Paulista de Combate ao Cncer (APCC) transformou-se na Fundao Antnio Prudente (FAP).

1974 O INCA adquiriu novos aparelhos: acelerador linear de alta energia com feixe de eltrons (Saturne 20), duas unidades de cobalto-60 (Eldorado 78 esttica e Theratron 780 cintica) e um simulador de radioterapia.

1976

No Hospital A C Camargo, os tubos de rdio foram substitudos por tubos e agulhas de csio-137. O Servio de Radioterapia da FAP foi reequipado com a aquisio de uma Unidade de Cobalto-60 (Gammatron S Siemens) e um aparelho de raios X (Stabilipan II - Siemens).

1977 Instalao do primeiro acelerador linear em Santa Catarina no Servio de Radioterapia do Hospital de Caridade. 1986 A FAP adquiriu e disponibilizou um equipamento para planejamento computadorizado (Theraplan) e um simulador para planejamento (Therazin). 1992 O Hospital A. C. Camargo adquiriu a braquiterapia de Alta Taxa de Dose - HDR que utiliza fonte de irdio-192.

1998 Entrou em funcionamento, no INCA, o segundo Acelerador Linear (600C Varian). O Servio de radioterapia possua tambm istopos radioativos para tratamento com baixa taxa de dose como sementes de ouro-198 e placas de cobalto-60.

2000

O INCA passou a contar com trs simuladores para tratamento, um tomgrafo computadorizado, dois aceleradores lineares, um acelerador linear com feixes de ftons de baixa energia, duas unidades de cobalto, dois aparelhos de braquiterapia de baixa taxa de dose e um aparelho de braquiterapia de alta taxa de dose com fonte de irdio-192.

Segundo o relatrio de radioterapia da ABFM (Associao Brasileira de Fsica

Mdica), em 2001, o Brasil possua cerca de 140 instalaes de radioterapia.

As tecnologias utilizadas no Brasil esto sendo alteradas, seguindo uma

tendncia mundial, com a substituio dos equipamentos de telecobaltoterapia por

3

aceleradores lineares, fontes de braquiterapia convencional (Cs137) de baixa taxa de dose

por equipamentos de alta taxa de dose (Ir192) e com o aumento dos implantes de fontes

(I125). Em 1999 e 2000 os servios de radioterapia operaram com 2.942 fontes radioativas

de braquiterapia (sementes, tubos e agulhas), 110 equipamentos de Co60 e 78

aceleradores lineares (TAUHATA, 2001).

Atualmente, os trs centros de radioterapia mais importantes, como centro de

estudos e treinamento de pessoal (mdicos radioterapeutas, fsicos mdicos e tcnicos

em radioterapia), so: o Hospital A. C. Camargo e o Hospital Israelita Albert Einstein, em

So Paulo e o Instituto Nacional do Cncer INCA no Rio de Janeiro. Este ltimo com

trs unidades hospitalares.

O Estado de Santa Catarina, que j possua cinco servios, a partir de 2002 vem

recebendo o incremento de trs novos servios de radioterapia que faro uso das novas

e complexas tecnologias.

1.2 Proposta de Trabalho

A insero de tecnologias aplicadas sade para melhorar e agilizar o

atendimento originou tambm, atividades mais complexas quais sejam: especificao,

compra, recebimento e instalao de equipamentos, treinamento, manuteno e

substituio de tecnologias, caracterizando as atividades de gTMH - gerenciamento de

tecnologia mdico-hospitalar. A Engenharia Clnica que, no Brasil, desempenhou

atividades restritas manuteno corretiva, nas instituies de sade, durante um longo

perodo, passou a desempenhar essas atividades mais complexas (BESKOW, 2001).

Levantamentos e estudos das tecnologias em sade tm sido realizados por

profissionais da engenharia clnica identificando a realidade brasileira para propor

solues de gerenciamento. O crescimento dessas atividades, gerando grande volume

de informaes, conduziu a aes mais amplas de gerenciamento caracterizando a

Gesto de Tecnologia Mdico-Hospitalar (GTMH) (GLOWACKI, 2003).

Com o propsito de identificar as estruturas utilizadas no tratamento

radioterpico e as condies de funcionalidade e segurana das tecnologias aplicadas,

este trabalho busca por meio de um estudo bibliogrfico e um levantamento no Estado

Santa Catarina, contribuir com uma proposta de controle de funcionalidade e segurana

destas tecnologias, com foco no acelerador linear. Visa-se, dessa forma, contribuir com a

melhoria da qualidade dos servios prestados na rea, disponibilizando informaes e

propondo programas de gerenciamento para estruturas de engenharia clnica na gesto

da tecnologia mdico-hospitalar (GTMH).

4

1.2.1 Objetivos

Com base nas consideraes acima, este trabalho est delineado pelos

objetivos:

a) Gerais

Realizar um estudo de funcionalidade e segurana das tecnologias aplicadas radioterapia, visando propor programas para seu gerenciamento, de modo a

contribuir com a melhoria dos servios de sade;

Contribuir com os servios de Engenharia Clnica para o gerenciamento das tecnologias utilizadas em radioterapia.

b) Especficos

Identificar e relacionar as normas tcnicas aplicveis; Realizar levantamento nos servios de radioterapia do Estado de Santa

Catarina;

Identificar as atividades de controle e fiscalizao exercidas pelos rgos responsveis;

Elaborar uma proposta de programa para controle de funcionalidade e segurana dos aceleradores lineares utilizados em radioterapia.

1.2.2 Justificativa

A pesquisa aplicada, especialmente na rea de tecnologia em sade, ainda

bastante incipiente no Brasil devido escassez de investimentos. Um razovel percentual

de equipamentos mdicos encontra-se fora de operao devido ao gerenciamento

inadequado dessa tecnologia que abrange desde uma compra mal dimensionada at a

ausncia de um programa eficiente de manuteno.

, portanto, evidente a necessidade de controlar e gerenciar de forma adequada

essas tecnologias proporcionando melhorias da qualidade para suporte vidas. A

Engenharia Clnica, ainda em desenvolvimento no Brasil, vem realizando trabalhos de

pesquisa e gerenciamento na rea da sade, elevando a qualidade dos servios e

possibilitando disponibilizar com qualidade essas tecnologias durante o maior tempo

possvel.

Em Santa Catarina, o trabalho realizado pela Engenharia Clnica do Instituto de

Engenharia Biomdica da UFSC vem adquirindo, cada vez mais, a adeso das

instituies de sade pela credibilidade que adquire na formao de profissionais e pela

sua atuao nas unidades de sade. Este fato comprova que o correto gerenciamento

resulta em melhoria no funcionamento dos equipamentos, economia em manuteno,

possibilidade de ampliao dos servios e conseqente melhoria da qualidade do

5

atendimento populao.

A partir da dcada de 40, com a publicao de vrios resultados de observaes

clnicas, relacionando o efeito das radiaes sobre os tecidos e com os progressos da

fsica e da engenharia nuclear, desenvolveram-se materiais radioativos e, especialmente,

equipamentos cada vez mais complexos para a emisso de radiaes de forma

controlada. Os aceleradores lineares, equipamentos de alta complexidade, constituem

atualmente a tecnologia mais avanada para aplicao em radioterapia. Por meio dessa

tecnologia possvel irradiar tecidos ou rgos neoplsicos com preciso (tanto na

localizao quanto na intensidade do feixe) de forma que os tecidos sadios em sua volta

possam ser preservados. O aumento do nmero de casos de cncer previstos para os

prximos anos e a poltica de ampliao do atendimento populao e dos servios, no

pas e especialmente no Estado de Santa Catarina, justificam ateno especial das

instituies de pesquisa e gesto para as tecnologias de uso radioterpico.

Segundo o relatrio do Instituto Nacional do Cncer (INCA, 2001), o nmero

estimado de casos novos de cncer/ano para os prximos vinte anos deve passar de:

305.330 casos no ano 2001, para 572.490 no ano 2020.

De acordo com documento do Instituto Nacional de Cncer (Estimativa de

Incidncia e Mortalidade por Cncer no Brasil, 1998 e do Programa de Controle e

Avaliao em Oncologia, 1994 - 1997), 60% dos pacientes com cncer faro tratamento

com radioterapia; logo, o nmero de pacientes que far tratamento com radioterapia est

projetado com a seguinte estimativa: de 183.198 casos em 2001 para 343.494 em 2020.

A portaria 3535/GM/MS, no final do seu anexo II, recomenda a implantao de

um equipamento de radioterapia para cada 500 casos novos anuais.Assim sendo,

desejvel um razovel nmero de novas mquinas, ou seja: de 366 no ano 2001 para

686 em 2020. Considerando os atuais servios de radioterapia no Brasil,

aproximadamente 140, segundo o Relatrio Radioterapia 2000, da Associao

Brasileira de Fsica Mdica (ABFM), tm-se atualmente 1,2 mquinas/milho de

habitantes. Ressalte-se ainda que nos EUA este nmero atinge 12 mquinas/milho de

habitantes (DIRAC 2000 IAEA).

Os dados apresentados nos relatrios citados mostram a preocupao com uma

poltica governamental de melhoria da oferta e da qualidade dos servios de radioterapia.

Com a expedio da portaria 3535/GM/MS percebe-se a necessidade de identificar e

desenvolver estudos que possam resultar em material referencial para melhor aplicao e

gerenciamento das tecnologias aplicadas nessa rea.

importante destacar a instalao de trs novos servios de radioterapia no

Estado de Santa Catarina, somados aos cinco anteriormente existentes. Esse fato

comprova a implementao de uma poltica com a implantao e distribuio de servios

6

de alta complexidade nas macrorregies com conseqente descentralizao, a fim de

tornar mais acessvel e eficiente o atendimento populao.

Finalmente, a dificuldade de encontrar e acessar informaes na rea de

radioterapia relacionadas s normas de segurana, funcionalidade e gerenciamento dos

equipamentos de radioterapia, motivou tambm este trabalho que pretende constituir-se

em uma contribuio para melhoria dos servios de radioterapia.

1.2.3 Metodologia

Este trabalho iniciou com um levantamento do material bibliogrfico, legislao,

consultas na rede Internet, nos sites de instituies referncia como Instituto Nacional do

Cncer, Hospital A. C. Camargo e Ministrio da Sade.

A participao em cursos de capacitao realizados na UNICAMP (Universidade

de Campinas), no IRD (Instituto de Radioproteo e Dosimetria), a implementao da

disciplina de radioterapia para tcnicos em radiologia, do CEFET/SC (Centro Federal de

Educao Tecnolgica de Santa Catarina) e a participao nos Congressos Brasileiros

de Fsica Mdica em 2001 e 2003, contriburam para compreenso dos principais

conceitos da fsica da radioterapia e suas tecnologias.

As visitas s instituies referncia na rea tais como o IPEN/USP (Instituto de

Pesquisas Energticas e Nucleares) em So Paulo, o IRD/CNEN (Instituto de

Radioproteo e Dosimetria/Comisso Nacional de Energia Nuclear) no Rio de Janeiro, e

os servios de radiologia, medicina nuclear e radioterapia do Hospital Israelita Albert

Einstein em So Paulo, proporcionaram subsdios para elaborao deste trabalho.

O acompanhamento da construo do servio de radioterapia do Complexo

Hospitalar Vilson Kleinubing (Florianpolis) e a visita ao servio de radioterapia em

construo, do Hospital So Jos (Cricima), contriburam para melhor compreenso da

realidade atual na radioterapia de Santa Catarina.

O levantamento realizado em todos os servios de radioterapia do Estado de

Santa Catarina possibilitou identificar as tecnologias de radioterapia e seu uso no

tratamento oncolgico. Os dados coletados in loco permitiram conhecer as instalaes e

os profissionais envolvidos facilitando o acesso s informaes desejadas.

A anlise dos documentos reunidos na pesquisa e as informaes obtidas a

partir do levantamento possibilitaram a formulao da proposta de um programa controle

de funcionalidade e segurana para aceleradores lineares utilizados em radioterapia,

destacando a contribuio que a Engenharia Clnica pode oferecer aos servios de

radioterapia. Posteriormente retornou-se aos servios que utilizam aceleradores lineares

para identificar os controles realizados, de acordo com a proposta.

7

1.3 Estrutura do Trabalho

Este trabalho, situado na subrea de engenharia clnica, est estruturado em

sete captulos, incluindo este captulo de apresentao.

O Captulo 2 aborda tpicos da fsica das radiaes, como fundamento para a

compreenso da aplicao das radiaes ionizantes e das tecnologias envolvidas no

tratamento radioterpico.

O Captulo 3 relaciona os principais tratamentos radioterpicos com as

tecnologias aplicadas e descreve o princpio de funcionamento dos equipamentos e

fontes de radiao utilizadas, bem como os equipamentos de medidas de radiao para

atender aos princpios de radioproteo para pacientes e trabalhadores da rea.

O Captulo 4 descreve o equipamento foco deste trabalho, o acelerador linear,

seu funcionamento, principais caractersticas e fabricantes. Esse captulo aborda tambm

a legislao, normas e orientaes que regem o uso das radiaes ionizantes no

tratamento radioterpico.

O Captulo 5 descreve a estrutura fsica e de pessoal de um servio de

radioterapia e os equipamentos mnimos necessrios; descreve os trmites para

implementao de um servio de radioterapia e relata o levantamento realizado nos

servios de radioterapia do Estado de Santa Catarina, identificando a distribuio

geogrfica dos servios, as tecnologias em uso e equipes de trabalho. Esse captulo

aborda, ainda, a contribuio da Engenharia Clnica para radioterapia.

O Captulo 6 apresenta uma proposta de programa de controle de funcionalidade

e segurana para aceleradores lineares de radioterapia como contribuio da Engenharia

Clnica melhoria dos servios de sade.

O Captulo 7 finaliza o estudo, apresentando as concluses e sugestes para

outros trabalhos na rea de radioterapia.

2 FSICA DA RADIOTERAPIA - FUNDAMENTOS

2.1 A Descoberta das Radiaes

A descoberta e aplicaes das radiaes ionizantes foram marcadas por fatos

relevantes ao longo do tempo os quais desafiaram a comunidade cientfica a investig-

los. As pesquisas e descobertas feitas levaram aos conhecimentos cientficos e

tecnologias atuais. O Quadro 2.1 lista os principais fatos histricos resultantes desta

descoberta.

Quadro 2.1 Fatos histricos da descoberta das radiaes ionizantes.

poca Fato

1895

Wilhelm Konrad Roentgen descobre a existncia e a produo da radiao X quando, na Universidade de Wzbug, Alemanha, ao repetir o experimento de outro cientista, Philipp Lenard, observou que raios catdicos, escapando por uma estreita janela de alumnio, de um tubo com vcuo, produziam uma luminescncia em sais fluorescentes e um escurecimento em chapas fotogrficas (EISENBERG, 1992).

1896/jan. Roentgen realizou a primeira radiografia em pblico na Sociedade de Fsica Mdica de Wzburg (EISENBERG, 1992).

1986/mar O cientista francs Becquerel constata a atividade radioativa dos sais de Urnio (EISENBERG, 1992).

1896/abr. Um relatrio mdico apresentado no Medical Record descreve um caso no qual um carcinoma gstrico teve uma surpreendente resposta quando irradiado com raios-X (EISENBERG, 1992).

1898

O casal Curie (Pierre e Marie Curie) anunciou, na Academia de Cincias de Paris, a descoberta do rdio. Naquela mesma poca, Madame Curie demonstrava que as radiaes, descobertas por Becquerel poderiam ser medidas usando tcnicas baseadas no efeito da ionizao (origem do eletrmetro de Curie) (EISENBERG, 1992).

1900 Wallace Johnson e Walter Merril publicaram um artigo descrevendo os resultados positivos obtidos em cncer de pele pela aplicao de raios-X (EISENBERG, 1992).

1920 Iniciaram-se os estudos relativos aplicao dos raios-X na inspeo de materiais dando origem radiologia industrial (OKUNO, 1982).

1934 Irene e Frderic Joliot Curie descobrem a radioatividade em elementos artificiais e acontece um impulso nas aplicaes mdicas com a obteno de istopos radioativos (EISENBERG, 1992).

1940 (final da dcada)

Surgiu a idia de usar a tenso alternada para acelerar partculas carregadas originando, mais tarde, o acelerador de partculas (KARZMARK,1981).

1950 (meados

da dcada)

Construdo um LINAC (Linear Acelerator) com a finalidade de tratar tumores profundos, pelo Stanford Microwave Laboratory, sendo instalado no Stanford Hospital, localizado em So Francisco EUA (KARZMARK,1981).

1972 Sir Godfrey Newbold Hounsfield inventou a tomografia computadorizada (EISENBERG, 1992).

9

2.2 Aplicaes das Radiaes

A partir da descoberta dos raios-X, mdicos trabalharam intensivamente na

identificao de fraturas de ossos valendo-se da nova descoberta. A descoberta dos

radioistopos1, por volta de 1932, tornou possvel a sua utilizao como marcadores ou

traadores para localizao e identificao de doenas no organismo humano (medicina

nuclear). Esses radioistopos so utilizados como fontes de energia ocasionando

quebras de molculas e destruio dos tecidos cancerosos na radioterapia (EISENBERG,

1992 e OKUNO, 1982).

Na indstria, de forma geral e com auxlio das radiografias (utilizando raios-X) ou

gamagrafias (utilizando radiao gama), possvel analisar desde folhas vegetais finas

at aos de 25 cm de espessura, identificando descontinuidades ou heterogeneidades

nos materiais, utilizando a metodologia dos ensaios no destrutivos. Adicionando

pequenas quantidades de um radioistopo ao fluxo lquido ou gasoso, possvel a

verificao de vazamentos. Na indstria de alimentos, possvel aumentar o tempo de

consumo de alimentos perecveis e, na agricultura, a criao de novas variedades e

melhoria da produo de alimentos (OKUNO, 1982).

Na indstria mdica, especificamente, a radiao utilizada na esterilizao de

materiais hospitalares. Na medicina, a radiao tem sua mais importante aplicao

denominada genericamente de radiologia, que compreende a radioterapia, a radiologia

diagnstica e a medicina nuclear.

Na radioterapia, a radiao ionizante destri os tecidos neoplsicos. Para isso,

utilizam-se radiaes dos elementos radioativos (Csio-137, Cobalto-60, Irdio-192, e

Estrncio-90) e radiaes produzidas por equipamentos de raios-X e aceleradores de

partculas, como os aceleradores lineares. Utiliza-se fundamentalmente duas tcnicas de

aplicao das radiaes, denominadas teleterapia e braquiterapia. Na teleterapia, a

aplicao da radiao ionizante nos tecidos neoplsicos feita por uma fonte radioativa

situada distante do paciente, normalmente de 80 a 100 cm. Nessa tcnica so utilizados

equipamentos como o Telecobalto-60, equipamentos de raios-X com energias at 300 kV

e aceleradores de partculas com energias at 25 MeV. Na braquiterapia, os tecidos

neoplsicos so expostos radiao ionizante utilizando-se uma ou mais fontes de

radiao em contato com o tecido ou muito prximo dele. A braquiterapia utiliza fontes de

Csio-137, Estrncio-90, Irdio-192 e outras (OKUNO, 1992; SCAFF, 1997).

1 tomos, ou nucldeos instveis que emitem radiao e so denominados radioistopos ou radionucldeos, por ex: csio, rdio, cobalto.

10

2.3 Formas de Energia Radiante

Segundo Albert Einstein, A matria energia em estado de condensao e a

energia a matria em estado radiante. Ao se utilizar o termo radiao, faz-se referncia

a uma forma de transporte de energia, a qual ocorre fundamentalmente de dois modos:

com transporte de matria - radiao corpuscular, ou sem o transporte de matria

radiao eletromagntica (OKUNO, 1982).

2.4 Origem das Radiaes

Com base nos modelos atmicos estabelecidos, quando um tomo est em

equilbrio seu ncleo e seus eltrons esto em orbitais estacionrios. Com incidncia de

energia, esse equilbrio perdido, levando o tomo a um estado de desequilbrio

(excitado). A tendncia em voltar condio de equilbrio provoca a liberao de energia

radiante.

A radiao pode ser produzida por processos de ajustes de estabilizao do

ncleo dos tomos, das suas camadas eletrnicas, ou mesmo pela interao das

radiaes com partculas do tomo, com o ncleo ou com o prprio tomo. Assim, pela

estabilizao ou ajuste do ncleo do tomo, acontece a produo da radiao alfa, beta

ou gama; pela estabilizao ou ajuste na eletrosfera ou ainda a interao de partculas

com o campo eletromagntico do ncleo ou dos eltrons, acontece a produo da

radiao eletromagntica (raios-X, luz, infravermelho).

De acordo com caractersticas tais como, a intensidade da energia, a presena

ou no de partculas e os tipos de interaes, a energia recebe diferentes denominaes

e pode ser classificada conforme o esquema da figura 2.1.

Figura 2.1 - Classificao das radiaes ionizantes.

A radiao alfa, ou partcula alfa, resultante do processo de estabilizao de

um ncleo. No processo de converso do Urnio em Trio, por exemplo, processo

denominado decaimento, tem-se a emisso de radiao alfa.

A radiao beta, ou partcula beta, outra forma de estabilizao do ncleo do

tomo. Acontece quando h um excesso de nutrons em relao aos prtons, com a

11

emisso de uma partcula negativa (eltron, ou simplesmente partcula beta) pela

converso de nutrons em prtons. A radiao beta tambm pode acontecer quando o

processo de estabilizao d-se devido ao excesso de prtons em relao aos nutrons,

com a emisso de uma partcula positiva (psitron) pela converso de prtons em

nutrons.

A radiao gama produzida quando o ncleo, aps ter emitido radiao alfa ou

beta, libera o excesso de energia sob a forma de radiao eletromagntica (origem

nuclear). Os raios-X so produzidos na eletrosfera do tomo pelo freamento de partculas

carregadas (origem eletrnica) no campo eletromagntico do ncleo do tomo ou dos

eltrons (TAUHATA, 2001).

2.5 Radioatividade

Elementos instveis realizam transformaes para se estabilizarem. Os

processos de ajustes na busca da estabilidade podem liberar energia na forma de

partculas alfa (radiao alfa), partculas beta (radiao beta) ou radiao eletromagntica

(radiao gama). Em cada emisso de radiao, o tomo transforma-se ou transmuta-se

em um elemento qumico com novas propriedades qumicas e fsicas. Esse processo de

transformao e ajuste denominado decaimento radioativo. As transformaes no

ocorrem simultaneamente, mas de modo aleatrio, contudo numa grande quantidade de

tomos, a probabilidade do nmero de transformaes uma constante, denominada

constante de decaimento (TAUHATA, 2001).

2.5.1 Atividade de uma amostra (A)

A atividade de uma amostra radioativa avaliada pela taxa de transformaes

que ocorrem com os tomos de uma substncia radioativa, conforme a relao:

(2.1) teAtA .0)(

=

onde o nmero de tomos instveis na amostra num determinado instante

inicial, a probabilidade de decaimento por tomo por segundo e t o tempo considerado.

0A

As unidades so:

1 Bq (Bequerel), no Sistema Internacional que corresponde a uma desintegrao

por segundo ou 1 Ci (Curie) = 3,7 x 1010 Bq, correspondente ao nmero de

transformaes em 1 grama de Rdio226..

12

2.5.2 Meia - Vida do Radioistopo (T)

O intervalo de tempo, contado a partir de um determinado instante, para que a

atividade de um elemento radioativo (radioistopo) seja reduzida metade denominado

meia-vida (T1/2). A relao entre a meia vida e a constante de decaimento :

693,0

21 =T (2.2)

2.5.3 Vida - Mdia do Radioistopo ( ) A vida - mdia uma outra forma de avaliar a atividade dos radionucldeos. o

tempo necessrio para que a atividade decresa de um fator 1/e, sendo e a base do

logaritmo neperiano.

1=

(2.3)

A figura 2.2 mostra a curva de decaimento de um elemento radioativo e relaciona

meia vida e vida mdia.

Figura 2.2 Curva de decaimento de um radioistopo e seus principais parmetros (TAUHATA, 2001).

2.6 Caractersticas da energia radiante

Partculas como eltrons, prtons, nutrons e alfas possuem massa e, com uma

velocidade V, apresentam uma energia (E) definida pela relao:

2

21 mVE =

(2.4) onde: m a soma das massas das partculas e V a velocidade da partcula.

A tabela 2.1 mostra as diferentes aplicaes da energia radiante, de acordo com

o comprimento de onda ou freqncia.

13

Tabela 2.1 - Caractersticas da energia conforme a freqncia e comprimento de onda, (adaptado de GALIANO, 2001).

Freqncia (Hz)

Comprimento de onda

Energia do fton Propriedades

1,0 x 105

a

3,0 x 1010

3 km

a

1 cm

413 peV

a

124 eV

Ondas de rdio. Desde as ondas longas at as ondas ultra-curtas de radar. So produzidas atravs de oscilaes eltricas e detectadas por equipamentos eletrnicos (antenas). Passam atravs de isolantes e so refletidas por condutores eltricos.

3,0 x 1012

a

3,0 x 1014

100 m

a

1 m

12,4 meV

a

11,24 eV

Radiao infravermelha. So produzidas pelas vibraes moleculares e por excitaes dos eltrons das camadas mais externas dos tomos. So detectadas com dispositivos de calor e filmes. A maior parte dos slidos opaca a essa radiao.

4,3 x 1014

a

7,5 x 1014

700 nm

a

400 nm

1,77 eV

a

3,1 eV

Luz visvel desde o vermelho at o violeta. Produzida pelos eltrons das camadas mais externas dos tomos. Gerada por lmpadas e descargas eltricas em tubos de gs. Detectada por filmes, clulas fotoeltricas e pelo olho.

7,5 x 1014

a

3,0 x 1016

400 nm

a

10 nm

3,1 eV

a

124 eV

Luz ultravioleta. Produzida pelos eltrons mais externos da eletrosfera. Detectada por filmes, contadores Geiger e cmaras de ionizao. Produzem eritema na pele, mata microorganismos e um agente na produo de vitamina D.

3,0 x 1016

a 3,0 x 1018

10 nm

a

100 pm

124 eV

a

12,4 keV

Raios-X moles. Produzidos por eltrons internos do tomo. Detectados por filmes, contadores Geiger e cmaras de ionizao. No utilizados na radiologia pelo fraco poder de penetrao.

3,0 x 1018a

3,0 x 1019

100 pm a

10 pm

12,4 keVa

124 keV Raios-X de diagnstico e terapia superficial.

3,0 x 1019 a

3,0 x 1020

10 pma

1 pm

124 keVa

1,24 MeV

Raios-X de terapia profunda e Raios-gama de processos radioativos.

3,0 x 1021 100 fm 112,4 MeV Radiao de aceleradores lineares ou betatrons pequenos,

3,0 x 1022 10 fm 124 MeV Radiao de acelerador linear de grande porte (utilizado para estudos).

3,0 x 1023 1 fm 1,24 GeV Radiao produzida por sncrotons de prtons ou grandes aceleradores lineares ou pelo sol (raios csmicos)

A radiao eletromagntica caracteriza-se por oscilaes eltricas e magnticas.

O transporte de energia acontece numa mesma velocidade, para o vcuo diferindo

apenas no comprimento de onda para as diferentes energias cuja quantificao est

fundamentada na teoria dos quanta de Max Planck em 1901. Ele denominou de ftons os

pacotes ou quanta de energia. A energia (E) de um fton proporcional freqncia da

radiao.

14

= hE (2.5) onde: h a constante de Planck (6,63 x 10-34 J . s ou 4,14 x 10-15 eV) e a

freqncia da radiao.

Independentemente da sua natureza, as ondas caracterizam-se pelo seu

comprimento e pela sua freqncia. Do mesmo modo, o movimento de uma partcula

caracteriza-se pela sua energia cintica e quantidade de movimento. Assim, quando faz-

se referncia radiao eletromagntica, utilizam-se ambos os conjuntos de magnitudes

(OKUNO, 1982).

2.7 Radiao ionizante e no-ionizante

A base do presente estudo o Modelo atmico criado por Rutherford-Bohr

(sistema planetrio) em que o tomo formado por uma regio central ou ncleo na qual

esto os prtons, nutrons e outras sub-partculas e uma regio em torno do ncleo onde

giram os eltrons (eletrosfera). Os eltrons, que possuem carga eltrica negativa,

gravitam em rbitas bem definidas por nveis de energia, em torno do ncleo,

denominadas camadas (K, L, M, N...). Os eltrons mais prximos do ncleo (K, L) esto

mais fortemente ligados a este e tendem a ocupar as camadas mais prximas. Se, por

algum motivo, os eltrons passam do seu nvel fundamental para camadas mais

afastadas, considera-se que o tomo encontra-se em estado excitado. Nessa situao,

os tomos no so estveis e apresentam uma tendncia de voltar a seu estado

fundamental. Isso equivale dizer que os eltrons tendem a cair para as camadas mais

prximas do ncleo. Esse processo pode gerar a emisso de ftons de energia igual

diferena entre as camadas do salto, figura 2.3.

fton

Figura 2.3 tomo, Camadas e Emisso do Fton.

Pelo fato de existirem muitas camadas, os ftons emitidos podem ser de

diferentes energias. Fornecendo energia suficiente ao eltron, ele poder escapar do

ncleo deixando o tomo carregado positivamente. Esse processo conhecido como

ionizao.

Quando a interao das ondas eletromagnticas de alta energia desencadeia

ionizaes de partculas da matria, denominada radiao ionizante. Os ftons

15

associados a essa radiao transferiro parte de sua energia para os eltrons que sero

postos em movimento. Esses eltrons, por sua vez, iro transferir sua energia aos

tomos e molculas no seu caminho, o que provocar novas ionizaes. Assim, os

efeitos biolgicos associados a essa radiao sero de maior ou menor intensidade,

dependendo do tipo de tecido ou organismo exposto a esse tipo de energia.

As ionizaes podero ser provocadas por ondas eletromagnticas e tambm

por partculas. Os eltrons produzidos artificialmente (como na teleterapia), partculas

alfa, partculas beta, partculas subatmicas como prtons, nutrons, pons e mons

tambm podem ser radiaes ionizantes.

As radiaes podem ser classificadas como diretamente ou indiretamente

ionizantes. Quando a transferncia de energia para a matria realizada por partculas

que possuem carga eltrica tais como partculas alfa, beta e eltrons e interagem com

muitos tomos, dita diretamente ionizante. Radiaes indiretamente ionizantes so as

que no possuem carga tais como nutrons e radiao eletromagntica (raios-X e gama).

Interagem individualmente transferindo sua energia para os eltrons que iro provocar

novas ionizaes. De modo inverso, quando radiaes eletromagnticas tal como a luz

visvel, no conseguem provocar ionizaes, so denominadas de radiaes no-

ionizantes (BIRAL, 2002).

2.8 Interaes com a matria

Quando a radiao incide num material, produzem-se diferentes resultados que

dependem do tipo de radiao (ftons, eltrons, nutrons, etc.), da intensidade da

radiao, do tipo de material e do seu estado (densidade e estado fsico).

Se a energia da radiao suficientemente elevada, produzir ionizao no

material, isto , arrancar eltrons dos tomos, que por sua vez, seguiro ionizando

outros tomos. A radiao incidente denominada radiao primria e os eltrons

arrancados, radiao secundria. Grande parte da radiao ionizante (ionizao,

excitao e dissociao de molculas) deve-se radiao secundria. As possibilidades

de interao dos ftons com a matria e seus efeitos esto sintetizados no Quadro 2.2.

Quadro 2.2 Mecanismo de interao da energia com a matria e seus efeitos, compilado de (SCAFF, 1997).

Possibilidades de interao Efeitos da interao a) Interaes com eltrons dos tomos Absoro total b) Interao com ncleos Espalhamento elstico (coerente) c) Interao com o campo coulombiano dos ncleos ou dos eltrons Espalhamento inelstico (incoerente)

d) No haver interao Transmisso sem nada acontecer Em a e c existe absoro de energia; em b e c h espalhamento e em a, b e c h

uma contribuio para atenuao da energia incidente.

16

2.8.1 Interaes dos ftons com a matria

Os ftons, ao atravessar a matria, interagem tanto com eltrons quanto com os

ncleos atmicos havendo uma disperso e atenuao, Figura 2.4 (A). Os ftons

incidentes sero atenuados segundo uma exponencial figura 2.4 (B). Essa atenuao

depende da energia do fton e do tipo de material a ser, por ele, atravessado, dentre

eles: peso atmico, densidade eletrnica e densidade do material.

Figura 2.4 Comportamento dos ftons ao atravessar um material atenuador (A) (GALIANO, 2001) e curva de atenuao (B) (adaptado de TAUHATA, 2001).

Dependendo do material e da energia os ftons incidentes tendero a produzir

efeitos diversos, raios-X ou raios-, os quais possuem propriedades ora de onda, ora de partcula. As ondas eletromagnticas interagem com estruturas que so semelhantes, em

tamanho, ao seu comprimento de onda. Para os raios-X, cujo comprimento de onda est

entre 10-9 e 10-11 metros, esses valores correspondem a energias entre 1 keV e 100 keV,

de acordo com a equao 2.5. Os processos de interao mais comuns, de acordo com o

interesse deste trabalho so cinco (SCAFF, 1997), conforme segue:

a ) Efeito fotoeltrico

Quando o resultado da interao do fton a liberao de um eltron fortemente

ligado ao ncleo do tomo, com a conseqente ionizao desse tomo, diz-se que houve

um efeito fotoeltrico, Figura 2.5. Nesse processo o fton incidente desaparece, um on

formado e o eltron livre colocado em movimento com a energia do fton menos a sua

energia de ligao com o tomo definido pela relao:

ecBhE =

(2.6) onde h a constante de Planck, f a freqncia da radiao e Be a energia de

ligao do eltron.

Assim, para tomos com baixo nmero atmico, a energia de ligao dos

eltrons da camada K baixa e o fotoeltron liberado tem energia aproximadamente

17

igual a do fton incidente. O Carbono um exemplo, cuja energia de, aproximadamente

0,284 keV. Para os tomos com alto nmero atmico, como o Brio, a energia de ligao

para os eltrons da camada K de 37,4 keV e do fotoeltron proporcionalmente menor.

Figura 2.5 Efeito Fotoeltrico - Fton incidente e fotoeltron emergente (SOARES, 2003).

A probabilidade de ocorrncia do efeito fotoeltrico maior para baixas energias

e para elementos qumicos com elevado nmero atmico (Z). Esse efeito aumenta com o

aumento da densidade do meio e do nmero atmico dos elementos constituintes do

meio em (Z)4 e, diminui com o aumento da energia do fton (BIRAL, 2002 e TAUHATA,

2001).

b ) Efeito Compton

O efeito Compton ocorre quando um fton interage com um eltron perifrico do

tomo. O fton e o eltron so espalhados e o eltron recebe parte da energia do fton

incidente tendo o fton resultante menor energia do que ele, Figura 2.6. Esse fton

resultante poder seguir e provocar outras interaes semelhantes. A probabilidade de

interao por espalhamento Compton inversamente proporcional energia do fton

(1/E). Ftons de maior energia, entretanto, tm maior probabilidade de transferir toda sua

energia para o eltron atingido.

A principal caracterstica do espalhamento Compton est na relao entre os

ngulos do espalhamento do fton e do eltron. O ngulo do fton espalhado poder ser

de at 180 enquanto o eltron poder ter aproximadamente a mesma direo do fton

incidente havendo, nesse caso, uma grande transferncia de energia para o eltron. A

equao abaixo descreve a energia dos ftons espalhados aps a coliso:

( )

+

=cos11

'

2cmhv

hvhv

o

(2.7)

onde a energia do fton incidente, ' a energia do fton espalhado e mhv hv oc2 a energia de repouso do eltron (SCAFF, 1997).

fton incidente

E fotoeltron

18

eltron secundrio

Figura 2.6 Fton e eltron do espalhamento Compton, (adaptado de SOARES, 2003).

c ) Espalhamento Clssico, Espalhamento Rayleigh, Efeito Thomson

Apesar das diversas denominaes, a interao por espalhamento, descrito por

J. J. Thomson, acontece quando a interao de um f e baixa energia (inferior a 10

KeV) resulta na em mesma energia, espalhamento coerente2, isto , sem

perdas. No espalham

sua vez, libera esse

ionizao do tomo.

Quando a in

comprimento de ond

espalhamento clssic

Figura 2.7 Espalhpreso

No espalham

camadas externas do

2 Conceito tambm utilizinterferncia.

fton incidente fton

E2E1

espalhado

E1 > E2

isso da ento clssico, o fton incidente

excesso de energia sob a form

terao ou choque acontece com

a igual ou algumas vezes m

o denominado espalhamento R

amento Rayleigh - fton de baixafortemente ao tomo, (adaptado

ento Thomson, a interao acon

tomo e do meio absorvedor, F

ados na ptica quando a luz no so

E1

fton incidente

E2 ton dd

a

a

a

d

i

fr

E

feixa o tomo excitado e este, por

de fton disperso, no havendo

tomo por inteiro, e nesse caso o

ior que o tamanho do tomo, o

yleigh, Figura 2.7.

energia interagindo com eltron e SOARES, 2003).

tece com eltrons mais livres das

gura 2.8. Em todos, os ftons so

e atenuao ou seja, no sofre

1 = E2

ton espalhado

19

espalhados em pequenos ngulos e com energia igual do fton incidente ou seja com a

mesma freqncia (SOARES, 2003).

fton incidente

Figura 2.8 Espalhamento Thomson - fton de baixa energia interagindo com eltrons mais livres do tomo (adaptado de SOARES, 2003).

d ) Produo de Pares

Os processos de produo de pares descrevem a interao da alta energia com

a matria sendo de particular interesse na radioterapia. Segundo (SCAFF, 1997), as

perdas de energia pela interao com a matria o processo mais importante.

A produo de pares ocorre quando ftons com energia maior ou igual a 1,022

MeV passam prximos a ncleos de nmero atmico elevado. A radiao incidente

interage com o ncleo transformando-se em duas partculas, o par eltron-psitron,

Figura 2.9.

Figura 2.9 Produo de Pares - Ftons de alta energia transformam-se em duas partculas pela interao com o campo eltrico do ncleo do tomo (SOARES, 2003).

De acordo com a teoria de Einstein, a energia equivalente massa do eltron

0,511 MeV. Como no processo so gerados 2 eltrons, a energia do fton incidente de,

pelo menos, 1,022 MeV. A equao que descreve esse processo :

(2.8) cEee ++= +

onde a energia incidente, e- e e+ so o par eltron psitron e Energia Cintica transferida ao meio pelas partculas (TAUHATA, 2003).

cE

O psitron, aps ser criado, perde sua energia no meio e finalmente, aps

interao com algum eltron desencadeia a aniquilao de ambos, originando radiao

gama.

fton incidente

eltron

psitron

fton espalhado

E1 E2

E1 =E2

20

e ) Fotodesintegrao

Na fotodesintegrao o fton de altssima energia (superior a 10 MeV) escapa da

interao com os eltrons e absorvido pelo ncleo que se desestabiliza e ejeta um

nutron, um prton ou uma partcula alfa, ou mesmo um grupo de partculas. Nesse caso

haver uma mudana do tomo que interagiu com essa alta energia pela mudana do

seu nmero de prtons ou nutrons (SOARES, 2003).

A tabela 2.2 relaciona os diferentes nveis de energia e o efeito predominante no

tecido humano dos processos acima descritos.

Tabela 2.2 Efeito predominante no tecido de acordo com a energia (BIRAL, 2002).

Faixa de energia dos ftons Processo de atenuao predominante (em tecido humano) At 50 keV Fotoeltrico 60 90 keV Fotoeltrico + Compton

200 keV a 2 MeV Compton 5 Mev a 10 MeV Compton + Produo de par

Acima de 50 MeV Produo de Par

2.8.2 Interaes dos eltrons com a matria

Os eltrons, pelo fato de possurem massa e carga eltrica, interagem com

maior intensidade, em relao aos ftons, por meio de interaes coulombianas, com

outros eltrons e com os ncleos dos tomos. Fundamentalmente essas interaes

podem ser:

c) colises elsticas em que h um desvio da trajetria do eltron incidente e

uma pequena transferncia de energia, Figura 2.10 (A).

d) colises inelsticas quando o eltron incidente cede parte ou toda sua energia

para arrancar um outro eltron da camada provocando uma ionizao. Tanto

o eltron incidente quanto eltron deslocado podero seguir ionizando e

excitando outros tomos, figura 2.10 (B). Pode ocorrer que esta interao

no seja suficiente para produzir uma ionizao, porm apenas uma

excitao. Neste caso o tomo voltar ao estado anterior.

e) coliso radiativa acontece quando o eltron passa muito perto de outro

eltron da camada ou do ncleo havendo uma grande perda de energia

cintica que emitida sob a forma de energia eletromagntica (ftons). Essa

denominada radiao de freamento ou Bremsstrahlung, Figura 2.10 (C)

(GALIANO, 2001).

21

Figura 2.10 - Formas de interao dos eltrons com a matria. (A) Coliso elstica; (B) Coliso inelstica; (C) Freamento ou Bremsstrahlung (adaptado de GALIANO, 2001).

2.8.3 Interaes dos nutrons com a matria

Os nutrons possuem massa muito maior do que os eltrons, aproximadamente

1840 vezes maior e no possuem carga eltrica. Por esse fato, percorrem grandes

distncias antes de interagir possuindo, portanto, semelhante aos ftons, grande poder

de penetrao. Eles tm a propriedade de interagir fortemente com os prtons e nutrons

do ncleo. Isso torna as substncias irradiadas com nutrons tambm radioativas, pela

desestabilizao do ncleo (GALIANO, 2001).

2.9 Grandezas e Unidades

As radiaes produzidas em um servio de radioterapia devem atender s

normas da CNEN (Comisso Nacional de Energia Nuclear). As medidas so realizadas

de forma indireta, ou seja, avalia-se o efeito causado pela radiao, como por exemplo, a

ionizao do ar. As principais grandezas que quantificam a energia entregue ao tecido

neoplsico (energia desejada) e a energia indesejada, que dever ser bloqueada, esto

descritas a seguir.

2.9.1 Exposio (roentgen)

Estabelecida aps os primeiros encontros da ICRU (International Comission on

Radiation Units and Measurements) e a ICRP (International Comission on Radiological

Protection), em 1928, a grandeza exposio, usualmente representada por X, definida

como a quantidade de radiao absorvida pelo ar. Realizar essa avaliao medir a

quantidade de cargas/ons (dq) produzidas em uma quantidade de massa (dm) de ar

seco (na temperatura 0 oC e presso de 1 atm) incidindo radiao X ou gama. A relao

que define :

dmdqX = (2.9)

eltron

tomo on

eltron secundrio ftons

(A) (B)

N

(C)eltron

primrioeltron

22

A unidade no SI : kgC

Essa medida pode ser obtida com a coleta de cargas eltricas entre duas placas

metlicas sob uma diferena de potencial (capacitor). uma grandeza integrada no

tempo pelo fato de que o nmero de cargas eltricas produzidas depende do tempo de

irradiao. A escolha do ar seco d-se pela semelhana, na capacidade de ionizao,

com o tecido humano e em uma faixa de energia que vai de 10 keV a 10 MeV (BIRAL,

2002). A unidade de exposio utilizada, segundo o SI, o roentgen (R) cuja definio :

ramaquicoulombroentgen

log1058,21 4= (2.10)

2.9.2 Dose Absorvida (rad, gray)

A definio da grandeza dose absorvida veio da necessidade de quantificar no

somente a energia depositada atravs dos efeitos produzidos pela interao dos raios X

e gama com a matria, mas tambm a energia depositada pelos feixes de eltrons de

alta energia, partculas alfa e partculas beta, (BIRAL, 2002).

A relao que define dose absorvida :

dmdeD =

(2.11) onde de a energia e dm a unidade massa considerada.

Esto associadas as seguintes unidades:

gergs / ; no sistema CGS ou kgJoule no sistema internacional.

Ainda utilizada a unidade rad (radiation absorved dose) onde:

gergrad 1001 =

No sistema internacional utilizada a unidade Gray (Gy), onde:

kgJGy =1 ou ou radGy 1001 = radcGy 11 =

2.9.3 Equivalente de Dose (rem, sievert)

Segundo (TAUHATA, 2001),