Radiophysics / Técnicas especiais

Betaterapia oftálmica

Ocular · rdphy Platform

Em aplicadores beta de ⁹⁰Sr/⁹⁰Y a dose cai cerca de metade no primeiro milímetro, e a face plana do aplicador não acompanha a curvatura do olho. Um cálculo em água plana ignora as duas coisas. O módulo calcula por Monte Carlo a dose no olho com a geometria do aplicador encostado e liga o tempo ao certificado da fonte por uma razão de doses olho/água.

Corte do segmento anterior de um olho modelado, com córnea, íris, cristalino e esclera, e um aplicador encostado no limbo; as isodoses de 100 % a 10 % da prescrição se concentram sob o aplicador e a de 10 % chega à borda do cristalino.
Plano de demonstração, sem paciente: aplicador ⁹⁰Sr/⁹⁰Y tipo lápis com o perfil inicial genérico, olho direito, hora 3, face no limbo, 3 × 10 Gy prescritos na superfície. Geant4 com 8 × 10⁶ histórias, física option4 e voxel de 0,2 mm; corte pelo eixo visual e pelo eixo do aplicador. Na transição córnea–esclera a face plana deixa 0,44 mm de ar no eixo. No eixo, a 1 mm de profundidade no tecido, a dose é 56 % da prescrição. O cristalino recebe D0,01 cm³ de 2,21 Gy, acima do limite padrão de 2 Gy, e o plano é sinalizado. Sem certificado, a dose é relativa. Modelo geométrico do olho (valores de Gullstrand/Le Grand). Cálculo: Ocular · rdphy Platform (Geant4).

O que o módulo permite

  • Modelo do olho ajustável — Globo, esclera, córnea, câmara anterior, cristalino, íris, retina, nervo óptico e gordura orbitária em geometria sólida construtiva, com valores de olho adulto como padrão. Cada parâmetro é ajustável dentro de faixas anatômicas, por exemplo a partir da biometria. A mesma geometria existe no Geant4 e no código de análise, e um modo de verificação compara as duas pelo navegador do Geant4.
  • Posicionamento clínico — O local é dado pela hora do relógio e pela distância ao limbo medida ao longo da superfície, mais a lateralidade. O sistema encosta a face plana no globo, calcula o espaço de ar sobre o eixo e recusa poses em que o corpo do aplicador toca a órbita ou o nervo. Espaço de ar acima de 0,2 mm gera aviso.
  • Aplicador versionado — Corpo, janela e disco ativo com dimensões e materiais de uma lista restrita. O perfil inicial é genérico e pede as dimensões do fabricante. Um aplicador só pode ser marcado como comissionado com a taxa de dose de referência do certificado e sua data, e um aplicador comissionado não é editável: mudanças criam nova versão.
  • Calibração em água automática — Na primeira vez que uma construção de aplicador é usada, o módulo simula o aplicador sobre água (2 × 10⁷ histórias) e guarda a curva de dose no eixo, indexada por um hash da construção. Qualquer mudança de dimensão ou material invalida a calibração.
  • Tempo de exposição pelo certificado — Com a taxa de dose do certificado a 1 mm na água, corrigida pelo decaimento, o tempo por fração vem da razão entre a dose Monte Carlo no ponto de prescrição no olho e a dose na água na profundidade de referência. Sem certificado, a atividade dá uma estimativa rotulada como tal, com aviso se as duas fontes de dados divergirem mais de 25 %. Sem nenhuma das duas, o plano fica em dose relativa.
  • Estruturas e limites — Alvo sob o aplicador, superfície, córnea, limbo, esclera, cristalino, íris, retina e nervo óptico, com DVH ponderado pela massa, D2 %, D98 %, D0,01 cm³ e V90/V100 do alvo. Limites padrão editáveis (cristalino 2 Gy, retina 45 Gy, nervo óptico 54 Gy) com a fonte declarada; o sistema avisa que vêm de teleterapia fracionada.
  • Relatório — PDF com aplicador e certificado, tempo por fração, métricas por estrutura, curva em profundidade e avisos. Planos de dose pelo eixo do aplicador, perpendiculares a ele ou ortogonais, e superfícies de isodose 3D.

Como funciona na rotina

  1. Aplicador — Cadastro da construção e do certificado; a calibração em água roda uma vez por construção.
  2. Olho e local — Parâmetros do globo, lateralidade, hora do relógio e distância ao limbo. O sistema mostra a pose e o espaço de ar.
  3. Prescrição — Dose por fração, número de frações, profundidade de prescrição e extensão do alvo, com a data do tratamento para o decaimento.
  4. Cálculo — Simulação Monte Carlo no olho com o aplicador e o ar da interface.
  5. Avaliação — Tempo por fração, doses nas estruturas, alertas de limite e relatório.

Elétrons beta junto a interfaces finas

O ⁹⁰Sr e o ⁹⁰Y em equilíbrio secular emitem dois elétrons por desintegração, um de cada espectro. As duas transições são únicas de primeira proibição, e os espectros são calculados com o fator de forma dessa classe e as funções de Fermi generalizadas (Behrens e Jänecke), com energias máximas de 0,5459 e 2,2785 MeV. A energia média de cada espectro tabelado é conferida contra o valor de referência, com critério de 1 %.

Cada elétron nasce no volume do disco ativo de prata, com direção isotrópica, e atravessa a matriz, a janela e o corpo do aplicador; autoabsorção, retroespalhamento no metal e endurecimento pela janela são calculados, não supostos. A física é a option4 do Geant4, com espalhamento múltiplo de Goudsmit–Saunderson para elétrons, adequada junto a interfaces metal–tecido, e corte de produção de 0,01 mm, menor que as camadas de 0,3 a 0,7 mm do olho.

A dose em cada voxel de 0,2 mm usa a massa obtida por subamostragem 4 × 4 × 4 nos voxels de fronteira; usar a densidade do centro erraria dezenas de por cento na retina e na esclera. A incerteza é estimada história a história. No ponto de prescrição, a dose é lida por ajuste linear ponderado nos intervalos a ±0,1 mm, porque o gradiente perto de 1 mm é de cerca de 12 % a cada 0,2 mm.

Referências

  • ICRU Report 72 — Dosimetry of beta rays and low-energy photons for brachytherapy with sealed sources (2004)
  • Soares et al. (2001) — padrões de dosimetria de aplicadores beta oftálmicos
  • Behrens e Jänecke (1969) — funções de Fermi para o espectro beta
  • ICRP Publication 118 (2012) — limiar de catarata usado no limite padrão do cristalino

O que muda para o serviço

  • Efeitos que a curva em água não mostra — Espaço de ar na transição córnea–esclera, dose no cristalino conforme a posição do aplicador e peso da profundidade de prescrição aparecem no próprio plano.
  • Tempo ancorado no certificado — Erros do modelo que afetam igualmente água e olho, como atividade e autoabsorção, se cancelam em primeira ordem na razão de doses.
  • Aplicadores sob controle — Construção, certificado, decaimento e versão de cada aplicador ficam registrados e entram automaticamente no cálculo.

Integração

  • Certificado do aplicador: taxa de dose a 1 mm na água e data, ou atividade e data
  • Parâmetros do globo a partir da biometria
  • Relatório PDF por plano
Curva em escala logarítmica da dose no eixo do aplicador na água em função da profundidade até 9 mm, normalizada a 1 mm, com a faixa de incerteza.
Calibração em água do perfil inicial do aplicador: dose no eixo num cilindro de 0,5 mm de raio, 2 × 10⁷ histórias, normalizada a 1 mm. Relativo a 1 mm: 1,80 na superfície, 0,54 a 2 mm, 0,27 a 3 mm, cerca de 0,05 a 5 mm. Curva calculada, não medida, com dimensões genéricas de aplicador. Cálculo: Ocular · rdphy Platform (Geant4, eye_beta 1.0).

Situação

Modela somente o aplicador ⁹⁰Sr/⁹⁰Y tipo lápis (pterígio e lesões da superfície do globo). Placas episclerais com sementes de ¹²⁵I ou ¹⁰³Pd (COMS, TG-129) e placas de ¹⁰⁶Ru não estão implementadas. O perfil do aplicador é genérico, não há comparação com medida nem testes automatizados do módulo, e a incerteza do certificado ainda não é propagada ao tempo. Uso em pesquisa.

Software em desenvolvimento. Uso clínico somente após registro na Anvisa e validação no serviço.

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