desenvolvimento de um sistema computacional para edição de

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DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA COMPUTACIONAL
PARA EDIÇÃO DE OBJETOS 3D
E ANÁLISE DE RESULTADOS DOSIMÉTRICOS
Autor: Marcelo Severo Alves
Co-autor: Prof. Dr. Fernando Roberto de Andrade Lima
Co-autor: Prof. Dr. José Wilson Vieira
RECIFE
2013
1. Introdução
Avaliações dosimétricas através de simulações Monte Carlo são uma
linha de pesquisas que têm despertado interesses em diversos grupos de
pesquisadores, com a intenção de estimar a distribuição de dose absorvida pelo
corpo humano quando exposto à radiação. Esta não é uma tarefa fácil, pois as
grandezas envolvidas são quantidades operacionais e a energia absorvida pelo
corpo humano, quando exposto à uma fonte interna de radiação, não pode ser
medida diretamente. Desta maneira, faz-se uso de um modelo computacional de
exposição (MCE) para se estimar a dose absorvida nos mais diversos tecidos e
órgãos do corpo humano.
Relatório 89 ICRP (2003)
Fantomas de voxel
Algoritmo de fonte
Código Monte Carlo
Fantomas de malhas
Fantomas de voxel
Algoritmo da fonte
Código Monte Carlo
AVALIAÇÃO DOSIMÉTRICA
Fantomas de malhas
Algoritmo da fonte
Código Monte Carlo
?
2. Objetivos
Objetivo geral:
˃ Desenvolver um sistema computacional para edição de
objetos 3D com análise gráfica e numérica de resultados
dosimétricos.
Objetivos específicos:
» Editar um fantoma “sadio” visando estimar à dose que chega a uma região
específica durante a realização de uma braquiterapia com uma fonte de Irídio192;
» Desenvolver um algoritmo para simular uma fonte de Ir192, a ser acoplado a um
código Monte Carlo para simulação dosimétrica;
» Estimar à dose que chega a um determinado órgão durante a realização de um
procedimento de braquiterapia de um câncer situado na porção média do
esôfago, com uma fonte de Irídio-192;
» Criar um aplicativo que processe imagens digitais permitindo, através de menus,
a realização de algumas tarefas corriqueiras à análise dosimétrica, de forma
mais simples, rápida e interativa.
3. Revisão de literatura
Modelos de Exposição
FÍSICO
Fonte
Geometria
COMPUTACIONAL
Código Monte Carlo
Geometria
Algoritmo Fonte
3. Revisão de literatura
Modelos de exposição
Modelos computacionais de geometria
Fantomas de malhas
(CASSOLA, 2009)
3. Revisão de literatura
Modelos de exposição
Métodos Monte Carlo
Métodos estatísticos utilizados para obter resposta de
problemas de alta complexidade ou de solução
algébrica impossível;
Utilizados em simulações estocásticas e/ou
determinísticas com inúmeras aplicações em diversas
áreas incluindo a física médica (TURNER et al.,
1985);
Envolve o uso deliberado de números aleatórios em
cálculos que tenham uma estrutura de um processo
estocástico (Kalos e Whitlock, 1986)
3. Revisão de literatura
Modelos de exposição
Algoritmo de uma fonte radioativa
Escrito por Vieira (2004);
Construção de um modelo computacional de exposição para cálculos dosimétricos
utilizando o código monte carlo EGS4 e fantomas de voxels.
Escrito por Kramer (2007)
Skeletal dosimetry for external exposure to photons based on µCT images of
spongiosa from different bone sites.
Alteração por Lopes Filho (2007) em Vieira (2004);
Avaliações dosimétricas em pacientes submetidos à radioiodoterapia com base em
fantomas de voxels e em imagens de medicina nuclear.
Alterado por Barbosa (2010) em Vieira (2004);
Avaliação dosimétrica em Braquiterapia permanente de baixa Taxa de dose para
tratamento de Câncer de próstata;
Alterado por Costa (2011) em Vieira (2004);
Desenvolvimento de modelos antropomórficos patológicos usando técnicas de
modelagem 3D para dosimetria numérica.
3. Revisão de literatura
Modelos de exposição
Dosimetria das radiações
Dosimetria Externa
Dose absorvida por Kerma no ar.
Dosimetria Interna
Dose por atividade acumulada;
Dose por partícula emitida;
Fração de energia;
Fração de energia específica;
Energia Depositada por voxel.
3. Revisão de literatura
Modelos de exposição
Dosimetria das radiações
O uso do Coeficiente de Conversão no código EGSnrc
Coeficiente de Conversão (CC) ⇒ ⁄. /
(mGy/s) = CC⁄. x A(MBq)
Código MC
Ficha de certificação
D(mGy) = (mGy/s) x T(s)
4. Material e métodos
Material utilizado
Material utilizado
Computador Intel Core i7 2670QM 2,20GHz 2,20GHz, 6GB de RAM,
500GB de HD, Placa de vídeo NVIDIA® GeForce® GT525M 2GB;
Computador Intel Core i7-990X com placa de vídeo GeForce, 24Gb
de RAM e clock de 3.46 GHz, do laboratório LDN-IFPE;
Sistema Operacional Microsoft Windows 7 Home Premium, Service
Pack 1, de 64 Bits;
Acessórios componentes do Windowns;
Bloco de Notas e Paint;
Microsoft Office 2010 Professional Plus 64 bits;
Plataforma de programação Microsoft Visual Studio 2010;
4. Material e métodos
Material utilizado
Material utilizado
Aplicativo conversor de malhas em voxel Binvox version 1.16:
Disponível em http://www.cs.princeton.edu/~min/binvox/
Aplicativo de modelagem 3D Blender version 2.63:
Disponível em http://www.blender.org/;
Aplicativo processador de imagens DIP:
Propriedade do GDN/UFPE;
Aplicativo processador de Imagens FIJI:
Disponível em: http://fiji.sc/wiki/index.php/Fiji;
Aplicativo visualizador de imagens voxelizadas Viewvox version 0.41:
Disponível em: http://www.cs.princeton.edu/~min/viewvox/
4. Material e métodos
Material utilizado
Material utilizado
O código EGSnrc, desenvolvido por KAWRAKOW et al., (2011),
modificado a partir de ferramentas de computação gráfica para
permitir uma visualização vetorial em malhas 3D, para estudos
dosimétricos de superfícies de isodose, no tratamento com fontes de
Ir-192;
Conjuntos de imagens SGI (Simulações Gráficas Interativas), do
FASH e MASH.
Conjunto de imagens anatômica em 3D, adquirido pelo GDN/UFPE.
4. Material e métodos
Método
Este trabalho foi desenvolvido em diversas etapas, a saber:
1. Preparação dos fantomas;
2. Voxelização do fantoma de malhas;
3. Implementação do algoritmo simulador da fonte de 192Ir;
4. Acoplamento da fonte e geometria ao código Monte Carlo EGSnrc;
5. Avaliação dosimétrica;
6. Construção do software M3dDose;
7. Adição dos dados obtidos ao aplicativo criado;
4. Material e métodos
Material utilizado
Preparação dos fantomas;
Edição dos fantomas
Inserção do tumor;
4. Material e métodos
Método adotado
Preparação dos fantomas;
Edição do fantoma de voxel no FIJI
4. Material e métodos
Método adotado
Preparação dos fantomas;
Edição do fantoma de malhas no BLENDER
Corte de estruturas sobressalentes;
Ocultação do coração e pulmão;
Localização do ponto de inserção;
Ampliação da área (Zoom);
Inserção do tumor (Extrusão);
Re-exibição do coração e pulmão;
4. Material e métodos
Método adotado
Preparação dos fantomas;
Voxelização do fantoma de malhas
4. Material e métodos
Método adotado
Implementação do algoritmo simulador da fonte de 192Ir;
Radionuclídeo: Ir-192
Atididade: 14,44 Ci
Dimensões da fonte:
diâmetro 0,65mm
comprimento 3,60mm
Capsula:
Aço inoxidável AISI 316L
Densidade 8 g/cm3
Dimensões da capsula:
diâmetro 0,90mm
comprimento 4,50mm
4. Material e métodos
Material utilizado
Avaliação dosimétrica;
Determinação do número de histórias
1E5
2E5
4E5
6E5
8E5
1E6
2E6
3E6
4E6
5E6
8E6
1E7
2E7
5E7
1E8
3E8
5E8
7E8
9E8
1E9
2E9
4. Material e métodos
Método adotado
Avaliação dosimétrica;
Simulação das interações primárias e secundárias
“
“
4. Material e métodos
Método adotado
Construção do Software M3dDose;
(Mapeamento de Dose com suporte 3D)
[1]
+
[3]
[2]
=
[4]
[1] http://www.passenaoab.com.br/?p=1765 [2] http://www.afh.bio.br/ [3] http://moesiosaraiva.blogspot.com.br/p/c-sharp.html [4] http://www.codeproject.com/Articles/140611/WPF-Tutorial-Beginning
5. Resultados e discusão
Preparação dos fantomas;
Edição do fantoma de voxel no FIJI
5. Resultados e discusão
Preparação dos fantomas;
Edição do fantoma de malhas no BLENDER
5. Resultados e discusão
Preparação dos fantomas;
Edição do fantoma de malhas no BLENDER
5. Resultados e discussão
Preparação dos fantomas;
Voxelização do fantoma de malhas
[binvox]
[Viewvox]
5. Resultados e discusão
Preparação dos fantomas;
Implementação do algoritmo simulador da fonte
5. Resultados e discussão
Determinação do melhor número de histórias;
8
5x10
5. Resultados e discussão
Simulação das interações primárias e secundárias;
5. Resultados e discussão
Construção do Software M3dDose;
5. Resultados e discussão
Adição dos dados obtidos ao aplicativo criado;
Avaliação gráfica da análise dosimétrica
5. Resultados e discussão
Adição dos dados obtidos ao aplicativo criado;
Visualização do mapeamento de doses
Energias
Doses
média
5. Resultados e discussão
Adição dos dados obtidos ao aplicativo criado;
Visualização do mapeamento de doses (interações primárias)
5. Resultados e discussão
Adição dos dados obtidos ao aplicativo criado;
Visualização do mapeamento de doses (interações secundárias)
5. Resultados e discussão
Adição dos dados obtidos ao aplicativo criado;
Visualização do mapeamento de doses (ip)
5. Resultados e discussão
O aplicativo M3dDose e a análise visual em 3D;
HelixToolkit.Wpf
6. Conclusões e Perspectivas
Conclusões
Todas as funções de conversão necessárias serão
convergidas
para
o
M3dDose,
que
receberá
também
aperfeiçoamento das técnicas de visualização e edição 3D, além
de incrementar um novo algoritmo para inserção dos dados obtidos
no resultado da avaliação dosimétrica no fantoma de malhas 3D,
possibilitando,
desta
forma,
uma
visualização
distribuição de dose no fantoma de malhas vetoriais.
em
3D
da
Agradecimentos
DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA COMPUTACIONAL
PARA EDIÇÃO DE OBJETOS 3D
E ANÁLISE DE RESULTADOS DOSIMÉTRICOS
“Por que ninguém faz nada sozinho.”
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