Radiophysics / Gestão e proteção radiológica

Blindagem de salas de tratamento

Blindagem · rdphy Platform

Projeto de blindagem de bunkers de megavoltagem com cálculo analítico pelo NCRP 151, verificação independente por Monte Carlo (Geant4) e relatório que serve de subsídio ao licenciamento. Cada número do cálculo tem origem registrada: dado normativo, entrada do projeto ou valor derivado da geometria.

Planta do bunker de exemplo no plano do isocentro com a fluência de fótons calculada no Geant4 em escala logarítmica: sala, cinturões primários, labirinto, porta e a região atrás do cinturão X−.
Fluência de fótons (cm⁻² por fóton emitido) no plano do isocentro, gantry 90°, calculada pelo Geant4 sobre a geometria paramétrica do bunker de exemplo: feixe útil contra o cinturão primário X−, espalhamento na sala e no labirinto e o campo atrás de 2,2 m de concreto. Fonte de teste monoenergética de 2 MeV (não é o espectro de 6 MV); é fluência, não taxa de dose, porque os coeficientes de conversão ainda não estão cadastrados. Projeto sintético de exemplo (bunker 6 MV com labirinto, TEST_ONLY), sem dados de instalação real; cálculo Blindagem · rdphy Platform, Geant4 11.4.2, Shielding_EMZ.

O que o módulo permite

  • Carga de trabalho rastreada — A carga semanal sai das técnicas e do número de pacientes: convencional, IMRT, VMAT e radiocirurgia, cada uma com dose por tratamento e fator de modulação para a fuga. Dias por semana e semanas por ano são entradas explícitas; nenhuma conversão de período é implícita.
  • Barreiras primárias e secundárias pelo NCRP 151 — Para cada barreira, ponto e energia: fator de transmissão B, número de TVLs, espessura requerida com TVL1/TVLe e obliquidade, fuga e espalhamento do paciente combinados pela regra das duas fontes e verificação multienergia ΣH ≤ P. Cada linha traz o memorial passo a passo (CalculationTrace).
  • Geometria paramétrica e 3D — Paredes por camada, cinturões primários nas paredes e no teto, labirinto, porta multicamada, piso e penetrações (dutos, cabos) num modelo 3D. As distâncias alvo–ponto, isocentro–ponto e o ângulo de espalhamento são derivados da geometria, com o hash dela registrado.
  • Cobertura do feixe pelos cinturões — O campo máximo, com o colimador girado, é lançado em toda a rotação do gantry; o sistema mostra onde algum raio escapa do cinturão e o fator de folga em cada ângulo. No exemplo, essa análise encontrou uma falha real na quina parede–teto, corrigida com o cinturão do teto sobre as paredes.
  • Verificação por Monte Carlo — A mesma geometria vai para uma aplicação Geant4 própria, com paciente e ocupantes como fantomas voxel ICRP 110 (AM/AF), dose por órgão, detectores externos e redução de variância dirigida à barreira de interesse. O resultado é sempre rotulado como simulação e aparece ao lado do analítico, nunca no lugar dele.
  • Conformidade e custo-benefício — Matriz ponto × método (NCRP 151, proposta otimizada, Monte Carlo com média ± k·u) contra o objetivo de projeto da área e o limite da categoria (IOE ou público). O otimizador varre material e espessura e minimiza custo de construção, área e penetrações mais α·dose coletiva; o resultado é proposta, não aprovação.
  • Relatório para o licenciamento — Relatório em HTML e PDF com planta, carga de trabalho, barreiras, cobertura do feixe, memorial de cálculo, resultados de simulação, tabela de avaliação, pendências e campos de assinatura do supervisor de proteção radiológica, do físico, do titular e do engenheiro estrutural. Enquanto houver entrada não verificada, sai como RASCUNHO.

Como funciona na rotina

  1. Instalação e carga — Acelerador, energias, técnicas e pacientes por dia; a carga semanal primária e a de fuga são calculadas com rastreio.
  2. Sala, áreas e pontos — Geometria do bunker com reconstrução 3D ao vivo, áreas adjacentes com classe, ocupação T e objetivo P, e pontos de cálculo atrás de cada barreira.
  3. Cálculo analítico — Espessuras requeridas pelo NCRP 151, memorial B → n TVL → t por linha e aplicação das espessuras arredondadas só por ação explícita do usuário.
  4. Simulação e fantomas — Campanha Geant4 por ângulo ou por perfil de técnica, fantomas ICRP 110 nas áreas controladas e livres, estimativa semanal e anual.
  5. Conformidade e otimização — Comparação de cada ponto com o objetivo de projeto e com o limite normativo, por método, e proposta de custo-benefício.
  6. Relatório e assinaturas — Relatório com checklist de completude, conferido e assinado pelos responsáveis antes da solicitação à autoridade.

Dois caminhos independentes até a dose atrás da barreira

O motor analítico segue o NCRP 151: B = P·d²/(W·U·T) para a barreira primária, n = −log10 B e t = TVL1 + (n − 1)·TVLe, com obliquidade por cos θ; na secundária, a fuga (fração f_L da máquina, carga W_L com o fator de modulação de cada técnica) e o espalhamento do paciente (fração a(θ) por ângulo, campo e distância de referência do conjunto de dados) são combinados pela regra das duas fontes e conferidos com a espessura adotada. Ajuste de TVL por densidade do concreto só com autorização registrada.

O Monte Carlo usa Geant4 11.4 (lista de física Shielding_EMZ) sobre a geometria gerada do mesmo projeto, com materiais e densidades do projeto, fonte de feixe retangular a partir do alvo e fonte isotrópica para a fuga, normalizada por uma execução de calibração em ar livre. A pontuação é por fluência track-length e dose, com erro-padrão história a história; atrás de 2,2 m de concreto, a redução de variância por fatias de importância é necessária para obter estatística em tempo de execução razoável.

Unidades são tratadas por dimensão: Gy e Sv não se convertem sem coeficiente cadastrado, e dia, semana e ano não se convertem sem fator operacional explícito. Todo valor normativo (TVL, frações de espalhamento, coeficientes, limites) vem de conjunto de dados versionado com referência e status; dado não conferido pelo físico fica UNVERIFIED e impede a aprovação. O sistema não escolhe entre NCRP, IAEA e Monte Carlo: os resultados aparecem lado a lado.

Referências

  • NCRP Report No. 151 (2005) — Structural Shielding Design and Evaluation for Megavoltage X- and Gamma-Ray Radiotherapy Facilities
  • IAEA Safety Reports Series No. 47 (2006) — Radiation Protection in the Design of Radiotherapy Facilities
  • ICRP Publication 110 — fantomas computacionais de referência (AM/AF)
  • Normas CNEN/ANSN 3.01, 6.02 e 6.10 (base regulatória brasileira cadastrada; textos vigentes conferidos pelo SPR)

O que muda para o serviço

  • Memorial auditável — Cada espessura tem a cadeia completa de entradas, fórmulas e fontes, o que facilita a revisão pelo supervisor de proteção radiológica e a resposta a exigências da autoridade.
  • Segunda opinião na mesma geometria — A simulação Geant4 roda sobre o mesmo modelo do cálculo analítico, inclusive labirinto, porta e penetrações, e permite ver os caminhos da radiação antes da obra.
  • Decisão de custo documentada — A proposta de custo-benefício mostra o efeito de cada centímetro de concreto no custo e na dose coletiva, com os preços e o α informados pelo serviço.
  • Reforma e troca de máquina — Cenários com outra máquina, outra carga ou densidade medida do concreto são recalculados sobre o projeto existente e comparados com o nominal.

Integração

  • Projeto e geometria em YAML versionado (onurb.project/v1, onurb.geometry/v1) com hash estável
  • Aplicação Geant4 própria com contrato de entrada e saída em JSON (onurb.mcrun/v1)
  • Fantomas de referência ICRP 110 (AM/AF) distribuídos com o Geant4
  • Conjuntos de dados normativos importados de tabelas licenciadas (CSV + cabeçalho com referência)
  • Relatório em HTML e PDF (A4)
Corte vertical do bunker de exemplo em y = 0 com a fluência de fótons calculada no Geant4: feixe horizontal contra o cinturão da parede, teto e piso.
Corte vertical em y = 0 do mesmo cálculo: o feixe a 90° atravessa o paciente (fantoma ICRP 110 na mesa) e incide no cinturão da parede X−; acima, o cinturão do teto continua sobre as paredes. Atrás das barreiras, a estatística vem da execução com fatias de importância; células com erro relativo acima de 40 % ficam em branco. Projeto sintético de exemplo (TEST_ONLY); cálculo Blindagem · rdphy Platform, Geant4 11.4.2; execução análoga de 4 milhões de histórias e com importância de 150 mil; fonte de teste de 2 MeV.

Situação

Implementados: carga de trabalho, barreiras primárias e secundárias pelo NCRP 151 com memorial, geometria 3D, cobertura do feixe, Monte Carlo Geant4 com fantomas ICRP 110, conformidade, custo-benefício e relatório. Pendentes: labirinto, porta, penetrações e skyshine no cálculo analítico, motor IAEA SRS-47 completo, barreiras laminadas e fotonêutrons acima de 10 MV. As tabelas normativas carregadas ainda não foram conferidas pelo físico, faltam TVLs secundárias, frações de espalhamento e fração de fuga de fabricante, e não há espectros de feixe cadastrados para o Monte Carlo: os resultados atuais são de teste.

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

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