VALIDAÇÃO DO CENÁRIO COMPUTACIONAL DO TOMÓGRAFO

Esta etapa consistiu em validar o cenário computacional do tomógrafo de modo que as simulações pudessem ser empregadas na etapa seguinte que envolveu o estudo do dosímetro fotodiodo. A validação do cenário foi feita com um detector padrão para dosimetria em

tomografia, a câmara de ionização tipo lápis de 100 mm de comprimento. A câmara de ionização integra o perfil de dose da radiação recebida ao longo do seu comprimento e, a partir dessa informação, pode-se determinar o índice de dose em CT. No entanto, tem-se percebido que 100 mm não são suficientes para medir toda a radiação espalhada do perfil de dose de um único corte, principalmente após o surgimento dos tomógrafos de multidetectores os quais possibilitam a obtenção de vários cortes tomográficos de forma simultânea, conforme abordado na fundamentação teórica deste trabalho.

Uma sala de tomografia foi desenhada com as dimensões 3,25 m x 4,20 m x 2,75 m e o equipamento de CT foi constituído por 36 fontes, dispostas em intervalos de 10º, perfazendo 360º, com colimadores e filtros tipo gravata borboleta (bowtie), como mostra a Figura 12. Para isso, aproveitou-se o cenário utilizado por Belinato (2016), sendo efetuadas algumas modificações, por exemplo, no feixe de raios X, no filtro e na espessura do colimador, com o intuito de obter características semelhantes às do tomógrafo em que ocorreram os experimentos. Para a simulação, utilizou-se os seguintes dados: abertura de gantry de 70 cm, distância do ponto focal ao isocentro de 54 cm, distância do ponto focal aos detectores de 95 cm, abertura de feixe de 56º (BELINATO, 2016), tensão de 120 kV e espessura de 10 mm (PASCHOAL, 2012).

Figura 12: (A) Posição do cilindro dentro do tomógrafo (B) e (C) Visualização do cilindro no centro do gantry, as 36 fontes, colimadores e os filtro.

A Figura 13-A mostra o cenário contendo o tomógrafo que foi validado utilizando as características reais do equipamento em que foram obtidos os dados experimentais que servem de base para esta dissertação (PASCHOAL, 2012). Trata-se de um tomógrafo de único corte helicoidal fabricado pela Toshiba, modelo Asteion VR (PASCHOAL, 2012). A Figura 13-B mostra os detalhes do filtro bowtie, da fonte e do colimador de chumbo, nos quais foram feitas modificações em relação ao cenário de Belinato (2016). Nesta mesma figura, a filtração é representada por um elipsoide de alumínio que têm a função de “modelar” o filtro gravata-borboleta, ajustando a filtração de alumínio no gantry do tomógrafo. A partir dessas alterações no cenário, pode-se observar nas Figuras 12-A e 12-B o esquema da simulação computacional completo, com o detector fotodiodo ao centro.

Figura 13: (A) Perfil do aparelho de CT modelado, (B) Fontes, filtro gravata borboleta e colimadores.

Fonte: Elaborado pelo autor, 2018.

A partir desse cenário, simulou-se a detecção com a câmara de ionização no ar, posicionando-a no centro do gantry, buscando uma relação entre os resultados experimentais e teóricos, a fim de obter um fator de conversão (CF) (GU et al., 2009;BELINATO et al., 2015). Para encontrar o fator de conversão, utilizou-se a Equação 3.1 (GU et al., 2009;BELINATO et al., 2015),

_{𝐶𝐹𝐸,𝑁𝑇 =} (𝐶𝑇𝐷𝐼100𝑎𝑟𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜𝑝𝑜𝑟100𝑚𝐴𝑠)𝐸,𝑁𝑇

(𝐶𝑇𝐷𝐼100𝑎𝑟𝑠𝑖𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑝𝑜𝑟𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎)𝐸,𝑁𝑇 (3.1) A dose, em unidades de mGy/100 mAs, pode determinada usando a Equação abaixo: 𝐷𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑎 = 𝐷𝑠𝑖𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎𝑥𝐶𝐹𝑥𝑁 (3.2)

O _{𝐶𝑇𝐷𝐼100𝑎𝑟𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜𝑝𝑜𝑟100𝑚𝐴𝑠𝐸,𝑁𝑇} é o resultado da dose encontrada de forma experimental em mGy e o _{(𝐶𝑇𝐷𝐼100𝑎𝑟𝑠𝑖𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑝𝑜𝑟𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎)𝐸,𝑁𝑇} é o resultado do tally F6 obtido na simulação, com unidade de MeV/g/partícula. A Figura 14-A mostra a câmara de ionização utilizada para obter os dados experimentais por PASCHOAL (2012) e a Figura 14-B mostra a câmara desenhada no MCNPX para a obtenção dos resultados simulado através do tally F6 (BELINATO, 2016). A câmara modelada tem as mesmas dimensões da câmara experimental. Após as simulações da câmara no cenário, obteve-se o fator de conversão (CF), que possui a seguinte unidade, mGy/(Mev/g/partícula/fonte).

Figura 14: (A) câmara de ionização utilizada em dosimetria (B) câmara de ionização utilizada na simulação computacional.

Fonte: (A)Paschoal, 2012 (B)Elaborado pelo autor, 2018.

Após a obtenção do fator de conversão, o passo seguinte para a validação do cenário computacional foi feito comparando resultados experimentais e simulados em um fantoma de abdômen. Caso o fator de conversão encontrado no ar também relacione corretamente os dados simulados e experimentais no fantoma, então este CF é considerado ideal, validando o cenário do tomógrafo. Os fantomas computacional e experimental podem ser observados na Figura 15.

Figura 15: (A) Fantoma utilizado para obtenção de dados experimentais; (B) Fantoma utilizado para obtenção de dados computacionais.

Para a obtenção de dados no fantoma, a câmara de ionização da Figura 14-B foi inserida no fantoma nas posições 0h, 3h, 6h, 9h e centro, representadas pelas as cores verdes, azul, marrom, rosa e vermelho na Figura 15-B, respectivamente. Caso a conversão seja realizada em todas as situações com erros menores que 10%, considera-se o cenário do tomógrafo validado e, portanto, é dada continuidade ao trabalho, caso contrário, repete-se o ciclo, ou seja, modifica-se novamente os valores do filtro de radiação através dos raios dos elipsóides. A Figura 16 ilustra a variação da forma geométrica do elipsoide de acordo com o raio modificado. A linha de colimadores, a mesa do paciente, o suporte da mesa e a localização da câmara de ionização (BELINATO, 2016). Para uma melhor visualização, foram utilizados todos os valores de raio em uma mesma figura, sendo que em uma simulação todas as formas devem ser iguais.

Figura 16: Representação da forma geométrica ao variar o raio do elipsoide.

Fonte: Elaborado pelo autor, 2018.

Para a espessura do colimador, foi utilizada a relação de semelhança de triângulos, fazendo assim o triângulo de colimação para poder descobrir o espaçamento para conseguir um perfil de corte de 10 mm no detector fotodiodo, como mostra a Figura 17. Primeiro define-se a espessura no isocentro, que neste trabalho foi fixado em 10 mm e após utiliza-se a

relação de semelhanças de triângulos, para obter o espaçamento entre os colimadores que irá fornecer a espessura utilizada experimentalmente.

Figura 17: Detalhamento da posição do colimador e do filtro.

Fonte: Elaborado pelo autor, 2018.

3.2 VALIDAÇÃO DO CENÁRIO COMPUTACIONAL DO DOSÍMETRO