Radiação e sua Interação com a Matéria
Radiação é uma forma de propagação da energia pelo espaço. Se acompanhada de matéria, chama-se radiação corpuscular. Quando é apenas energia, chama-se radiação eletromagnética. Há muitas radiações diferentes e apenas algumas delas são de interesse da Radioterapia. As partículas beta e os prótons são radiações corpusculares, possuem massa e carga elétrica. Os raios X e os raios gama são fótons, que podem ser entendidos como pequenos pacotes de energia, sem massa nem carga elétrica.
Sempre que a radiação tem a capacidade de arrancar elétrons de um átomo ela pode ser chamada de radiação ionizante. Os raios X e gama, as partículas beta e os prótons são radiações ionizantes. A luz, as micro-ondas e os raios ultravioletas são radiações não-ionizantes.
A interação da radiação com a matéria não é constante e uniforme. Ela depende de alguns fatores que fazem com que a interação tenha maior ou menor probabilidade de ocorrer. Além disso, ao ocorrer, pode haver maior ou menor troca de energia entre a radiação e a matéria.
Há diversas formas de interação da radiação com a matéria, mas as interações mais importantes para a Radioterapia são o efeito fotoelétrico, o efeito Compton e a produção de pares.
Efeito fotoelétrico
O Efeito Fotoelétrico ou absorção ocorre quando um fóton incide em elétron orbital fortemente ligado ao núcleo atômico. Nesse caso, a energia será totalmente absorvida pelo elétron e o fóton deixará de existir. O elétron é ejetado do átomo, provocando ionização. Esse tipo de interação depende muito do número atômico do material. Se o átomo tiver número atômico alto, ou seja, muitos prótons em seu núcleo, terá mais elétrons fortemente ligados. Como a interação fotoelétrica ocorre com elétrons fortemente ligados, a probabilidade de ocorrer efeito fotoelétrico com núcleos de número atômico alto é muito maior.
Nesse tipo de interação, o fóton incidente é totalmente absorvido pelo elétron orbital. Para que essa interação ocorra, o fóton deve, obrigatoriamente, ter energia maior do que a energia de ligação do elétron. Ao absorver toda a energia do fóton, o elétron consegue sair do átomo, deixando uma vaga na camada onde estava. Ocorre, portanto, uma ionização.
A probabilidade de ocorrer uma interação desse tipo é maior quando a energia do fóton tem valor próximo da energia de ligação do elétron. Quanto maior a diferença entre a energia do fóton e a energia de ligação do elétron, menor a chance de ocorrer a interação.
Como as energias de ligação estão na faixa de poucos eV até algumas dezenas de keV, é nessa faixa de energia que predomina o efeito fotoelétrico. Se o fóton tiver energia acima de 1 MeV, a probabilidade de ocorrer efeito fotoelétrico já é muito pequena.
Combinando os dois fatores, energia do fóton e número atômico do núcleo, haverá muito mais interações fotoelétricas para fótons de energia baixa incidindo em material de número atômico alto.
Compton
Efeito Compton, ou espalhamento, ocorre quando um fóton interage com um elétron fracamente ligado ao núcleo do átomo. Nesse caso, o fóton perde uma fração de sua energia e muda sua trajetória original. O elétron é ejetado do átomo ao adquirir energia. Neste caso, também ocorre uma ionização.
A quantidade de elétrons fracamente ligados não depende muito do número atômico do material. Portanto, a probabilidade de ocorrer uma interação Compton não é muito dependente do número atômico do material em que incide a radiação.
Em relação à energia, como qualquer fóton usado em Radioterapia tem energia relativamente alta, a probabilidade de interação também não depende muito da energia do fóton incidente.
Produção de Pares
A Produção de Pares ocorre quando um fóton se aproxima bastante do núcleo atômico. Ao interagir com o campo nuclear, ocorrerá uma grande mudança que “transforma” a energia do fóton em massa, pela famosa relação E = m c2. Quando o fóton sofre esse tipo de interação, aparecem duas partículas em seu lugar e ele desaparece. Essas partículas são um elétron de carga elétrica negativa e um elétron de carga elétrica positiva. Esse elétron de carga positiva recebe o nome de pósitron. Portanto, na interação por produção de pares o fóton desaparece e em seu lugar aparecem um elétron e um pósitron.
A massa de um elétron é equivalente a 511 keV. Como o pósitron é igual a um elétron, a exceção de sua carga elétrica, a energia necessária para produzir um par elétron-pósitron é igual a 1022 keV.
Sendo assim, nenhum fóton com energia menor que esse limiar de 1022 keV poderá sofrer uma interação de produção de pares.
Quanto maior a energia do fóton, maior a probabilidade de ocorrer esse tipo de interação. A energia excedente ao valor necessário para produzir as partículas será sua energia cinética após a interação.
Como a interação depende do campo nuclear, quanto maior o número atômico, maior a probabilidade de interação.
Predominância de cada Interação
O gráfico abaixo mostra que para energias baixas predomina o efeito fotoelétrico, especialmente se o número atômico do material for alto. Conforme a energia do fóton aumenta, o efeito fotoelétrico passa a ser cada vez menos importante, especialmente para número atômico baixo. Começa, assim, a ser importante o efeito Compton, já que a produção de pares ainda é impossível. A produção de pares começa a ser importante a partir de 5 MeV, principalmente se o número atômico for alto.
Radioterapia
Os conteúdos relacionados com Radioterapia são:
- Radiação e sua interação com a matéria
- Efeitos biológicos das radiações
- Dosimetria
- Teleterapia
- Braquiterapia
- Proteção radiológica
- Tecnologia e funcionamento dos equipamentos
- Procedimentos em radioterapia
- Controle de qualidade em radioterapia
- Legislação específica
Controle de Qualidade em Radioterapia
Cobalto e Aceleradores Lineares
Intertravamento
Todos os equipamentos de teleterapia devem ter sistemas de segurança que diminuam o risco de acidentes. Alguns sistemas consistem de chaves elétricas que, quando acionadas, liberam o tratamento desde que estejam corretamente selecionadas.
Essas chaves devem detectar a presença dos filtros em cunha e reconhecer qual o filtro colocado. A partir do controle do acelerador o mesmo filtro deverá ser selecionado, caso contrário o queipamento não deverá liberar o tratamento. O mesmo deve acontecer com a presença da bandeja dos blocos de colimação, da bandeja com retículo para radiografia portal ou qualquer outro acessório que se coloque no equipamento.
Além desses acessórios, o fechamento da porta também deve ser monitorado por chave elétrica para garantir que o feixe não inicie com a porta aberta e, caso a porta seja aberta durante o tratamento, o feixe seja interrompido imediatamente. Se a porta for fechada, o feixe não poderá ser reiniciado sem que seja dada autorização a partir do comando.
Monitor de parâmetros na sala de tratamento
Nos equipamentos mais modernos, existem monitores na sala de tratamento com capacidade para mostrar todos os parâmetros necessários para o correto posicionamento do paciente, dos campos de radiação e seus acessórios.
Comunicação audiovisual
Todas as salas de tratamento com radioterapia devem ter dispositivo que permita que o paciente se comunique oralmente com as pessoas que estejam no comando do equipamento. Também essas pessoas devem poder se comunicar com o paciente, com a finalidade de orientá-lo sempre que necessário. Além da comunicação oral, é preciso manter um crcuito interno de televisão para que o paciente seja monitorado todo o tempo.
Localização com laseres
O sistema de laseres deve ser periodicamente verificado para garantir que o paciente seja corretamente posicionado. Essa verificação pode ser feita com o uso de um alinhador de laser colocado no plano do isocentro.
Indicadores
Todos os parâmetros usados para posicionar o paciente e o feixe de radiação devem ser periodicamente virificados. Para isso devem ser usados padrões como réguas, goniômetros, níveis ou qualquer outro padrão de medida que se possa comparar com os parâmetros oferecidos pelo equipamento.
Verificação da coincidência de campo radioativo com o campo luminoso
Um teste muito importante é a verificação da coincidência do campo luminoso do equipamento de teleterapia com o campo de radiação. Esssa verificação pode ser feita com o verificador de estabilidade ou com o uso de filmes.
O verificador de estabilidade pode ter detectores colocados no limite do campo luminoso e as leituras desses detectores devem estar dentro de um intervalo pré-estabelecido.
O uso de filmes permitirá uma verificação visual e, caso se faça uma leitura da densidade óptica com um densitômetro, é possível obter também valores numéricos para a constatação da coincidência do campo luminoso com o campo radioativo.
Botões de emergência
Alguns botões de emergência devem estar colocados em pontos estratégicos das salas e nos próprios equipamentos para que qualquer pessoa possa acioná-los em caso de emergência. Além da interrupção do feixe, esses botões podem interromper o fornecimento de energia elétrica, prevenindo incêndios e outros danos.
Botão de emergência
Dosimetria e Controle da Qualidade
Antes de liberar um equipamento para tratar pacientes, é preciso conhecer os feixes de radiação que podem ser produzidos. Esse processo recebe o nome genérico de dosimetria.
A dosimetria inicial de um equipamento é complexa e pode demorar vários dias. Como essas medidas são muito demoradas, não é possível repeti-las diariamente. Sendo assim, apenas alguns parâmetros principais são medidos com frequência.
- Energia
A medida do espectro de energia de um feixe é muito complexa. Sendo assim, substitui-se a medida do espectro por uma avaliação da energia efetiva a partir da penetração do feixe na água. Ao se medir a dose em duas profundidades diferentes, a relação entre esses valores deve permanecer constante de um dia para o outro. Com isso não medimos a energia do feixe, mas avaliamos em parte sua constância.
- Rendimento
Como o feixe que se origina em um acelerador linear pode depender do fornecimento da energia elétrica, da umidade e temperatura ambientes, entre outros fatores, é preciso saber diariamente como está a emissão de radiação. Medindo-se a radiação em condições padronizadas e constantes todos os dias, é possível comprovar se a quantidade de radiação por unidade monitora está constante.
. Planura
Acessórios
Acessórios
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Braquiterapia por Alta Taxa de Dose (HDR)
A braquiterapia por alta taxa de dose é um tratamento que exige muito cuidado. Um pequeno erro pode levar a grandes consequências por dois motivos: o tempo de tratamento é pequeno e as distâncias entre fonte e tecido são muito pequenas. Há tratamentos em que a fonte se posiciona por menos de 1 segundo a 2 mm do tecido. Se o erro no tempo for de apenas 1 segundo a mais, a dose será o dobro da desejada. Se a fonte se posicionar 2 mm mais distante do que o planejado a dose será apenas 25% do valor programado. Portanto, o Controle de Qualidade desse tipo de equipamento é fundamental.
- Programação
Os tempos de tratamento programados pelo sistema de planejamento devem ser verificados de forma independente. Para essa verificação, em geral usam-se alguns pontos de referência e comparam-se as doses calculadas pelo sistema de planejamento com as doses calculadas pelo sistema independente. Se a diferença estiver dentro de um valor pré-estabelecido o tratamento é autorizado.
- Saída e regresso da fonte
A movimentação da fonte deve ser indicada por sinalização visual e audível, alertando o usuário de que é preciso estar atento, pois o risco de acidentes é maior nesses momentos. Essas sinalizações devem ser verificadas periodicamente, a critério da instituição.
- Indicador da luz durante tratamento
Sempre que a fonte estiver exposta, uma luz vermelha na porta deve estar acesa. Além disso, um sinal vindo de um detector de radiação instalado no próprio equipamento deve aparecer na tela de controle, indicando a presença de radiação na sala. Como esses dois sinais são originados do equipamento e uma falha pode causar erro em ambas as sinalizações, é obrigatório que toda sala de braquiterapia tenha um detector de radiação instalado na parede com um repetidor fora da sala. Assim, mesmo antes de entrar na sala para qualquer procedimento, será possível saber a situação em que se encontra o ambiente.
Em situações de potencial emergência, os sinais da porta, do painel e do detector independente devem ser comparados para afastar a possibilidade de mau funcionamento dessas sinalizações.
- Sistema de imagens
Os planejamentos dos tratamentos são realizados com base em imagens obtidas por raios X, ressonância magnética ou ultrassom. Se essas imagens estiverem distorcidas ou incorretamente escaladas, todo o tratamento estará comprometido. Portanto, todos os sistemas de imagem devem passar por testes que comprovem que as imagens reproduzem fielmente os objetos. Alguns testes podem ser realizados como, por exemplo, radiografar alguns objetos conhecidos a distâncias constantes e reprodutíveis. Dessa forma, deveremos obter sempre o mesmo padrão de imagem que, transferida ao sistema de planejamento, poderá ser verificada. Qualquer diferença deverá ser motivo para uma averiguação cuidadosa.
- Retorno manual
Sempre que a fonte radioativa sai do cofre de segurança, o sistema de tratamento mantém um controle sobre a que distância a fonte está da saída de cada canal. Terminado o tempo de tratamento a fonte deve retornar ao cofre de segurança. Se a quantidade de cabo que sai do equipamento não for igual à quantidade que retorna, o equipamento deve emitir um sinal de alarme e algumas medidas de emergência devem ser adotadas. Uma das possibilidades a se considerar é o acionamento do retorno manual da fonte.
O cabo da fonte é movimentado por um motor que, se falhar por quebra ou por falta de energia, não conseguirá retornar a fonte ao cofre de segurança. O acionamento da manivela de retração manual substituirá o motor, retornando a fonte ao cofre. Os equipamentos têm essa manivela em posição apropriada para facilitar o retorno da fonte e os usuários devem estar cientes de sua posição e da quantidade de voltas a serem dadas até o retorno da fonte.
Essas informações são muito importantes porque nem sempre o retorno manual pode solucionar o problema. Se o acidente estiver relacionado à ruptura do cabo, o retorno manual irá apenas regressar parte do cabo para dentro do equipamento, deixando a fonte exposta e de nada valerá seguir girando a manivela de retorno manual.
O acionamento do retorno manual deverá ser sempre precedido de uma rápida análise da situação como um todo, avaliando se realmente há uma situação de emergência e se há radiação indevida na sala. Durante todo o procedimento de retorno manual, a situação de radiação na sala deverá ser acompanhada pelo uso de detector de radiação, devendo ser interrompido o procedimento assim que os níveis de radiação retornem ao normal, ou no caso de se atingir o número de voltas da manivela, sem que a fonte retorne ao cofre. Neste último caso, a situação de emergência permanece e outro procedimento deve ser adotado, abandonando-se a retração manual.
- Integridade mecânica
O deslocamento da fonte desde o cofre até a posição de tratamento depende da integridade dos aplicadores e dos tubos de conexão. A segurança do tratamento e o retorno da fonte ao cofre também depende do caminho a ser percorrido pela fonte estar limpo, livre e sem estrangulamentos ou dobras. Qualquer dessas alterações pode fazer com que a fonte fique presa no percurso e o sistema mecânico de retração da fonte tenha dificuldade de operação, exigindo o início de um procedimento de emergência.
Além da integridade física é importante garantir que o comprimento desse conjunto aplicador-tubo de conexão seja aquele que foi estabelecido durante o planejamento do tratamento.
Consequentemente, a instituição deve estabelecer um programa de controle de qualidade dos aplicadores e dos tubos de conexão a ser realizado periodicamente.
Os testes podem ser simples verificações visuais das condições do material ou testes mais complexos, como radiografias e autorradiografias.
As autorradiografias são procedimentos nos quais se coloca um aplicador sobre um filme radiográfico e se faz a fonte ir até um ponto determinado. A posição em que se forma a imagem deve coincidir com a posição esperada, com uma precisão de 1 mm.
- Monitor portátil de radiação
Toda instalação que use radiação ionizante deve ter um detector portátil de radiação. Ele serve para a execução do levantamento radiométrico das áreas vizinhas à sala de tratamento, bem como ao levantamento radiométrico do prórpio equipamento, para garantir que a equipe de trabalho possa ficar na sala de tratametno durante o preparo do procedimento. Em situações de emergência o detector portátil de radiação corrobora as sinalizações emitidas pelo equipamento e pelo detector independente instalado na sala. O detector portátil deve ser calibrado anualmente.
- Sistema de comunicação áudio-visual e interruptores de emergência
Geralmente antes do início das atividades diárias o sistema de comunicação visual e auditivo deve ser verificado. Ele é útil para acompanhar o paciente durante o procedimento, orientando-o caso necessário, sem a necessidade de parar a irradiação para entrar na sala. Caso seja necessário fazer essa interrupção, interruptores de emergência são instalados em diversos pontos, acessíveis à equipe de trabalho, possibilitando o imediato recolhimento da fonte ao cofre de segurança. A abertura da porta com a fonte exposta terá o mesmo efeito. Todos os interruptores devem ser testados periodicamente, a critério da equipe de trabalho da instituição.
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Legislação específica
Existem dois documentos brasileiros mais importantes no que se refere ao funcionamento de serviços de Radioterapia que podem ser facilmente conseguidos via internet. São eles:
RDC 20/2006- Funcionamento de Serviços de Radioterapia;
Anvisa
Resolução 130/2012 - Requisitos de Radioproteção e Segurança para Serviços de Radioterapia;
CNEN
Procedimentos em radioterapia
Procedimentos em Radioterapia
Existem diversas técnicas de tratamento e durante o planejamento do tratamento é selecionada a melhor técnica para cada caso. O nome de cada técnica pode variar de um lugar para outro.
Tratamentos convencionais
São as técnicas que usam poucos campos, com formatos retangulares e algumas pequenas colimações feitas com blocos genéricos não individualizados. Com essa técnica é possível tratar diversos tipos de casos, mas a distribuição de dose não irá reproduzir muito bem o formato do alvo.
Tratamentos conformatórios
Também conhecidos como tratamentos conformacionais. Nesse caso, é preciso imagem volumétrica do paciente, por exemplo, uma tomografia computadorizada, e cada campo terá um formato que se aproxima da forma do alvo.
Para que o campo tenha um formato irregular, podem ser confeccionados blocos de chumbo ou cerrobend para colimação ou podem ser usados os colimadores multifolhas.
Tratamento com modulação da intensidade do feixe
São os tratamentos em que não se usam campos homogêneos de radiação, ou seja, são usados campos com Modulação de Intensidade do Feixe (IMRT). Com isso, a distribuição de dose irá se assemelhar muito mais ao formato do alvo, permitindo a diminuição das margens de segurança e o consequente aumento da dose tumoral.
Para obter campos não homogêneos, pode-se usar um bloco de metal com altura irregular, como o da figura abaixo. Como a espessura em cada ponto é diferente, a quantidade de radiação que passa pelo bloco é diferente.
Figura: bloco de colimação para modulação do feixe
A confecção desse tipo de bloco é complicada e cara, o que tem levado esse tipo de IMRT ao desuso.
Como alternativa, pode ser usado o colimador com múltiplas lâminas (MLC, do inglês, Multileaf Collimator). Existem dois tipos de tratamentos com IMRT com o uso de MLC.
Abrindo-se um determinado campo irregular com o MLC é feita uma irradiação com parte da dose final prevista. A seguir, o feixe é desligado, as lâminas se movem para a nova posição e o feixe é ligado novamente, administrando mais um pouco da dose final prevista. Segue-se nova interrupção do feixe, as lâminas se movem novamente para outra posição, e o feixe é ligado para mais uma irradiação. O processo se repete inúmeras vezes, formando um campo heterogêneo de radiação. Essa forma de IMRT é conhecida como “step and shoot”.
Se o mesmo processo for feito, porém sem a interrupção do feixe e com o movimento contínuo das lâminas, também se formará um campo heterogêneo. Essa técnica é chamada de “sliding windows”.
Radioterapia guiada por imagem
Para garantir que a administração da dose seja precisa, é importantíssimo que o paciente seja posicionado de maneira correta e reprodutível.
Na radioterapia convencional, usam-se marcas na pele para alinhar o paciente. Como as margens de segurança para esse tipo de tratamento são grandes, as marcas na pele são suficientes para garantir a irradiação na área correta.
Porém, quando as margens de segurança diminuem, o posicionamento do paciente se torna crítico e as marcas na pele são insuficientes para garantir que a dose será administrada corretamente.
A Radioterapia Guiada por Imagens (IGRT) usa imagens radiográficas obtidas imediatamente antes do tratamento, para que sejam comparadas a imagens obtidas durante o planejamento do tratamento. Se as imagens não coincidirem, o paciente deve ser reposicionado até que as imagens coincidam.
O EPID (Eletronic Portal Image Device) é um detector de radiação acoplado ao acelerador linear, que permite a obtenção de imagem no próprio equipamento de tratamento.
Bolus
Tratamentos com modulação volumétrica em arco
Seguindo a lógica de distribuir a dose com o formato do alvo, a técnica de VMAT (Volumetric Modulated Arc Therapy) possibilita tratar o paciente com movimentação do gantry da máquina e das lâminas do colimador multilâminas simultaneamente à emissão da radiação, possibilitando obter distribuições de dose impossíveis de se obter com tratamentos estáticos.
Associado ao movimento do giro do gantry e das lâminas do MLC, pode-se também mudar a taxa de dose e a velocidade de giro do gantry, aumentando muito as possibilidades de distribuição de dose diferentes.
Radiocirurgia
É uma técnica de tratamento, que usa campos muito pequenos para administração de dose em áreas muito bem definidas. Pode ser feita em fração única ou em múltiplas frações. Como o campo é muito pequeno, a imobilização do paciente é importantíssima, pois um pequeno movimento do paciente pode fazer com que a dose seja administrada na região errada.
Uma forma de imobilizar o paciente eficientemente pode ser a colocação de halos “parafusados” nos ossos do crânio. Outros sistemas menos invasivos também foram desenvolvidos, entre eles os “bite block”, que são moldes feitos na boca do paciente. Diariamente, o paciente “morde” esse molde que está fixado sempre na mesma posição.
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Posicionamento dos pacientes
Uma das tarefas mais importantes para o sucesso do tratamento por radioterapia é o correto posicionamento do paciente. De nada serve um planejamento excelente, se ele não for reproduzido no momento de sua execução. Além da precisão no posicionamento, é fundamental sua reprodutibilidade.
Confecção de máscaras, blocos e moldes
Para ajudar no correto posicionamento do paciente e prevenir movimentos involuntários, que fariam com que a radiação fosse administrada no lugar errado, alguns pacientes podem usar máscaras de fixação. Em geral, são usados termoplásticos que, aquecidos em água a uma temperatura de 70 ºC, ficam moles e permitem sua modelagem no paciente. Uma vez frio, o plástico endurece e permanece com a forma do paciente. Diariamente, o paciente irá ser posicionado com sua máscara termoplástica, garantindo reprodutibilidade de posicionamento e imobilização adequada durante o procedimento.
Figura: máscara termoplástica para imobilização
Alguns pacientes são irradiados com campos irregulares. Nas salas de radioterapia existem blocos padronizados de chumbo ou cerrobend para definir desenhos de campos diferentes, de quadrados ou retângulos. Quando há necessidade de irradiar o paciente com campos de formatos irregulares, os blocos padronizados não serão suficientes. A partir de uma radiografia do paciente, em que se desenha a entrada do campo de radiação, é possível cortar moldes de isopor que servem de forma para a colocação do cerrobend fundido. Uma vez solidificado, o bloco que assumiu o formato dado pelo molde é colocado preso a uma bandeja acrílica e usado para colimar o campo de tratamento.
Os blocos usados podem ser derretidos e usados para o preparo dos blocos de outros pacientes.
Há outros casos em que é preciso modificar a distribuição de dose pela colocação de moldes de plástico, cera ou outro material apropriado. Esses moldes são confeccionados individualmente e dependem muito dos objetivos do tratamento.
Medidas preventivas de falhas ou imprecisões na execução de procedimentos e técnicas
Cada dia aumenta a preocupação com a segurança dos tratamentos. Como a Radioterapia usa doses muito altas, os riscos envolvidos nos procedimentos são muito grandes.
Há medidas preventivas simples que ajudam muito no controle dos tratamentos e outras medidas não tão simples, mas que devem também ser colocadas em práticas.
Sistemas de gerenciamento de informações oncológicas estão se difundindo no Brasil e são peças importantes no controle dos tratamentos. Em geral, esses sistemas automatizam diversas tarefas, evitando erros de digitação, posicionamento, troca de campos, troca de acessórios, entre outras vantagens.
Cabe a cada membro da equipe cuidar para que os tratamentos sejam feitos com o menor risco possível.
