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2005 International Nuclear Atlantic Conference - INAC 2005
Santos, SP, Brazil, August 28 to September 2, 2005
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENERGIA N UCLEAR - ABEN
ISBN: 85-99141-01-5
AVANÇOS NO DESENVOLVIMENTO DE FANTOMA
ANTROPOMÓRFICO E ANTROPOMÉTRICO DE CABEÇA E
PESCOÇO INFANTO-JUVENIL PARA DOSIMETRIA
Larissa Thompson e Tarcísio P. R. Campos
1
Programa de Pós-Gruaduação em Ciências e Técnicas Nucleares - CCTN
Universidade Federal de Minas Gerais
Av. Antônio Carlos, 6627, Prédio PCA1, sl 2285
31270901 Belo Horizonte, MG
[email protected] e [email protected]
RESUMO
As neoplasias malignas do pescoço na população pediátrica diferem significativamente das do adulto. Cerca de
5% dos tumores malignos primários pediátricos originam-se na cabeça e no pescoço. O tratamento do câncer da
laringe é preferencialmente cirúrgico. Entretanto lesões de pouca infiltração, que não comprometem a
mobilidade da corda vocal, não infiltram na cartilagem, e não comprometem nem a comissura anterior nem as
aritenóides, podem ser controladas com radioterapia exclusiva. A dose tradicional para doença subclínica em
câncer da laringe e região da cabeça e pescoço tem sido de 50 a 60Gy, com fracionamento padrão de 2Gy/dia,
cinco vezes por semana. Quando o tratamento é realizado com radioterapia exclusiva no tumor primário, a dose
deve ser maior, variando de 66 (para tumores pequenos T1) a 70Gy (para tumores maiores, como T2 ou T3).
Fantomas são simuladores utilizados para estimativas de dose no paciente e avaliação das interações da radiação
com a matéria. São empregados também para calibração de equipamentos de radiodiagnósticos e estimativas da
qualidade de imagens médicas. Diferentes tipos de fantomas são desenvolvidos, manufaturados e
comercializados, de formas e materiais os mais diversificados, tendo como base as diferentes finalidades a que
os mesmos se prestam, no sentido de estabelecer parâmetros de checagem de supostos erros no planejamento e
calibração. Este trabalho objetiva-se no desenvolvimento de um fantoma de cabeça e pescoço antropomórfico e
antropométrico infanto-juvenil para estudos de dosimetria, de câncer de cabeça e pescoço. A metodologia
baseia-se na construção do fantoma respeitando padrões anatômicos, e composição equivalente dos tecidos.
1. INTRODUÇÃO
1.1 Radioterapia de Cabeça e Pescoço
O câncer de cabeça e de pescoço ocupa o sexto lugar entre os tumores mais comuns. Mais de
90% destes são representados por carcinomas espinocelulares. A cavidade Oral é o local mais
comum na cabeça e pescoço, com a laringe em segundo lugar em freqüência. A radioterapia
é o método de tratamento das neoplasias malignas que utiliza os efeitos das irradiações
eletromagnéticas no controle da evolução dos tumores. Ela vem evoluindo desde a descoberta
do raios-X por Roentgen, da radiatividade por Becquerel e do primeiro elemento radioativo o rádio - pelo casal Curie. As principais fontes de irradiação são os aparelhos de RX para
terapia superficial e semiprofunda e os isótopos radioativos, emissores de irradiação gama
(Cobalto60, Césio 137, Irídio192, Rádio 226 e Iodo125). A evolução progressiva da física a da
eletrônica permitiu o desenvolvimento de equipamentos para obtenção de irradiações (fótons
e elétrons), de alto poder de penetração nos tecidos: são os aceleradores lineares de partículas,
dotados de sistemas comandados para o posicionamento dos pacientes e direcionamento do
feixe de irradiação por 1 e 2 ou mais pontos de entrada. São aplicados também irradiação
com elétrons por: emissores beta implantados ou aceleradores lineares com produção direta
de elétrons [3]. Conforme o objetivo dos resultados, a radioterapia tem finalidade curativa
(que visa o controle do tumor com doses radicais), paliativa (que visa à redução do tumor
sem pretensão de controle) e remissão (que visa o alívio de compressão de estruturas
neurológicas, vias aéreas, vísceras ocas, controle de sangramento, prevenção de fraturas etc.)
[3]. O tratamento padrão para tumores avançados é a laringectomia total com esvaziamentos
cervicais seguida de radioterapia adjuvante, com taxas de controle local de aproximadamente
80% em 18 meses. A radioterapia adjuvante tem por objetivo esterilizar as células tumorais
residuais subclínicas, que podem permanecer no leito tumoral ou em áreas de drenagens
linfáticas do pescoço bilateralmente, e com isso diminuir a chance de recidiva local e
aumentar a sobrevida. Nestes casos os campos de irradiação incluem todo o pescoço e a
toxicidade tende ser maior, quando comparada com a radioterapia só para a laringe [2].
Tradicionalmente a laringe é tratada com dois campos localizados paralelos e opostos
medindo cerca de 5 a 6cm. O fracionamento tradicional é de 2 Gy/dia. Não se deve usar dose
por fração menor com risco de aumentar a taxa de falha local. Um regime muito comum para
lesões T1 é 33 x 2Gy (66Gy), dados em 6,5 semanas e para T2 35 x 2Gy (70Gy) em sete
semanas, mas outros esquemas mais curtos podem ser usados [2]. A dose tradicional para
doença subclínica em câncer de laringe e região da cabeça e pescoço tem sido de 50Gy a
60Gy, com fracionamento padrão de 2Gy/dia, cinco vezes por semana. Quando o tratamento
é feito com radioterapia exclusiva, a dose no tumor primário deve ser maior, variando de
66Gy (para tumores pequenos T1) a 70Gy (para tumores maiores como T2 ou T3) [2]. Como
a distância entre os dois campos opostos no pescoço é pequena, a energia apropriada pode ser
obtida tanto com cobalto quanto com acelerador linear de 4MeV ou 6MeV [2]. Nos tumores
glóticos localizados, pelo baixo risco de metástase linfática, apenas a laringe é irradiada,
incluindo as cartilagens tireóide e cricóide nos limites superior e inferior; o limite posterior
fica 1cm atrás das aritenóides (na pele corresponde à borda anterior do músculo
esternocleidomastóideo, e na radiografia, à borda anterior do corpo vertebral). A medula
espinhal não é incluída no campo de irradiação. Pela forma cônica da laringe, os campos são
tratados com o uso de filtros para homogeneizar a dose. A localização é tão clínica que não se
costuma fixar o paciente com máscara. A posição pode ser lateral ou decúbito dorsal [2].
Tumores transglóticos ou supraglóticos têm significativa taxa de metástases para os
linfonodos do pescoço, particularmente em cervicais anteriores altos (subdigástricos e jugular
médio), com freqüência bilateralmente. Os linfonodos cervicais posteriores podem ou não ser
incluídos no campo (em geral são pela baixa morbidade). Esta área pode ser irradiada com
campos laterais e oposta. A medula nervosa deve ser protegida aos 45Gy [2]. Para tumores
transglóticos, subglóticos, pacientes com linfonodos cervicais metastáticos ou submetidos a
traqueostomia prévia, costumam Ter, além de campos laterais, um campo anterior que inclui
ambas as fossas supraclaviculares. Na radioterapia do câncer da laringe, não se deve proteger
a medula nervosa com uma proteção central no campo das fossas, como se costuma fazer
com outros tumores da cabeça e pescoço, pelo risco de se proteger tumor sob o bloco. Nestes
casos, uma alternativa prática é proteger a medula pelos campos laterais uns 2cm. Da mesma
forma, não se deve fazer nenhum gap entre os campos pelo risco de administrar subdose na
área tumoral [2]. Os blocos podem ser retos ou individuais, para os serviços com
disponibilidade de confeccioná-los, podendo ser moldados para cada paciente (com
Cerrobend por exemplo) [2]. A traqueostomia após laringectomia, por ser definitiva, não
deve manter nenhuma sonda em longo prazo. Caso exista alguma sonda, de plástico ou de
metal, convém retirá-la durante a radioterapia porque a radiação espalhada pode aumentar a
toxicidade aguda local [2].
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Nos casos de radioterapia exclusiva, após a dose de 50Gy em todo o pescoço e fossas, o
campo é reduzido para englobar apenas o tumor primário com pelo menos 1cm de margem
até a dose de 70Gy [2]. Outra técnica, difundida por Wang, pode ser prática e eficiente nos
pacientes que conseguem uma boa extensão do pescoço. Nestes casos dois campos paralelos
(anterior e posterior) e opostos podem incluir de forma apropriada toda a região linfonodal e
o tumor primário. Normalmente se utiliza um bloco na medula posteriormente e um peso
maior (2:1 ou 3:1) no campo anterior [2]. Interrupções das aplicações de irradiação, com
aumento do tempo total de tratamento, tendem a piorar o resultado final [2]. Como em outros
órgãos, as complicações da radioterapia podem ser agudas e tardias e dependem do volume
tratado, fracionamento, dose total, combinação de tratamentos [2]. Quanto maior o volume
tratado, pior a tolerância. Dose diária acima de 2Gy pode ser menos tolerada e exigir
interrupção do tratamento que parece estar ligada a um maior índice de falha. As
complicações mais freqüentes são dermites, mucosites, edema em graus variados e raramente
condrites ou necrose. Quando as parótidas são irradiadas, pode ocorrer xerostomia. As cordas
vocais são muito sensíveis, e facilmente o paciente fica rouco durante o tratamento. A voz
costuma melhorar algumas poucas semanas após a irradiação, e deve ficar normal após três
meses. As taxas de complicações tardias graves, com o uso de esquemas de fracionamentos
mencionados, situam-se entre 2% e 5% [2]. A radioterapia pós-operatória só deve ser
realizada após cicatrização da ferida cirúrgica, uma vez que a irradiação pode retardá -la.
Pacientes que usam próteses devem retirá-las para que a irradiação nelas espalhada não
aumente a toxicidade aguda nas mucosas vizinhas. Pacientes que tem dentes são orientados a
procurar um dentista antes do início da radioterapia, para que os dentes muito ruins sejam
retirados. Para compensar a perda de saliva, os pacientes são orientados a fazer bochechos e
gargarejos a cada duas horas com água e bicarbonato de sódio. Vários tipos de saliva artificial
têm sido tentados, mas oferecem apenas auxílio temporário e limitado. A policarpina oral
pode ajudar neste desconforto, mas tem sido pouco usada no Brasil [2]. A barba nas áreas
irradiadas poderá não mais crescer, e o provável é que a lesão seja definitiva. Pacientes
operados tendem a ter mais fibrose dérmica cervical em longo prazo [2]. A morbidade
cirúrgica depois de radioterapia mais quimioterapia de indução é comparável aos mesmos
procedimentos cirúrgicos feitos sem radioterapia mais quimioterapia prévias [2]. Hoje seria
impossível imaginar a prática da oncologia, sem a radioterapia [4].
1.2
Fantomas para Radioterapia
Fantomas são usados para simulação do comportamento e dosimetria das radiações
ionizantes, bem como para calibração de radionuclídeos. Estes fantomas são semelhantes em
morfologia e características antropométricas às estruturas biológicas estudadas [5]. Fantomas
são simuladores utilizados para estimativas de dose no paciente e avaliação das interações da
radiação com a matéria. São empregados também para calibração de equipamentos de
radiodiagnósticos e estimativas da qualidade de imagens médicas [6]. Diferentes tipos de
fantomas são desenvolvidos manufaturamente ou comercialmente, de formas e materiais
diversificados, tendo como base as diferentes finalidades a que os mesmos se prestam, no
sentido de estabelecer parâmetros de checagem de supostos erros no planejamento ou
calibração [7,8,9,10,11]. No tratamento radioterápico são diversos os fatores que afetam a
acurácia da distribuição da dose no volume - alvo clínico. Isto é particularmente importante
no contexto de intercomparações entre ensaios multicêntricos, onde diferentes equipamentos
e métodos podem ser usados para tratamentos supostamente idênticos e que devem ser
considerados três níveis de simuladores para se checar parâmetros de incertezas na
distribuição da dose: Nível I - Constituem fantomas utilizados para efetuar checagem
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independente da calibração de uma fonte, sob condições de referência, utilizando-se para isso
um simulador físico, geralmente a água, pelo fato de possuir densidade semelhante à dos
tecidos biológicos (d~1,0g/cm3). São tipicamente simuladores de pontos. Serviços desse tipo
são oferecidos pela International Atomic Energy Agency (IAEA). Nível II - Nesses
simuladores verificam-se não só a dose, sob condições no planejamento radioterápico, tais
como a profundidade da dose, para determinar o ponto apropriado de medida e a energia do
elétron. Para esse tipo de simulação são usados fantomas físicos, sem necessariamente
possuir especificações antropomórficas. Nível III - Nesse nível se enquadram os fantomas
semi-antropomórficos ou antropomórficos, nos quais se verificam também parâmetros de
profundidade de dose e interação da radiação com os tecidos. Contudo, as vantagens desses
fantomas são a possibilidade de obtenção de imagens anatômicas semelhantes às dos
pacientes em cortes axiais, coronais e sagitais e avaliação dosimétrica. Em tratamentos
radioterápicos podem ser utilizados simulando condições anatômicas bioquímicas
semelhantes às dos pacientes reais. São constituídos por materiais tecido-equivalentes, em
cujas estruturas são realizados cortes, semelhantes aos de TC, facilitando-se a colocação de
dosímetro em pontos "estratégicos" para quantificação de doses de radiação absorvidas
[9,12,13].
2. MATERIAIS E MÉTODOS
Inicialmente foi feito um pré-projeto anatômico do modelo a ser construído. Foi obtido um
modelo de crânio e vértebras artificiais de um sujeito de idade aparente de 10 anos. Os
Moldes dos modelos foram obtidos e preenchidos com MTE a osso. A montagem das peças
individual forneceu a imagem da estrutura óssea reconstruída. As cartilagens laríngeas foram
modeladas. Seus moldes foram obtidos e preenchidos com MTE a tecido cartilaginoso. Logo
em seguida, os músculos da cabeça e pescoço foram confeccionados e articulados ao fantoma
com MTE a músculo. Incluem-se nessas estruturas a faringe. Por um pequeno orifício feito na
tampa do crânio, introduziu-se o MTE ao cérebro infantil. Os olhos foram substituídos por
balões com água. O MTE a medula foi introduzido na abertura inferior das vértebras, sendo
estas já articuladas ao fantoma. O último passo foi o recobrimento do fantoma com MTE a
pele (tecido epitelial).
Um modelo padrão foi selecionado e imagens radiológicas foram obtidas em seções tomadas
de 3mm de espaçamento em toda extensão da região estudada. As imagens foram
digitalizadas e após longo processo de codificação dos dados, um modelo de vóxel foi
construído. A malha 3d foi transferida para o mcnp. O modelo foi conferido e imagens 2d da
estrutura de vóxels pode ser gerada.
3. RESULTADOS
A figura 1 ilustra alguns resultados obtidos do fantoma de cabeça e pescoço. As estruturas
ósseas, cartilaginosas, encefálicas, e musculares foram construídas com TEM equivalentes as
respectivas estruturas.
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Figura 1. Etapas da construção do fantoma. Em ordem, crânio e vértebras cervicais,
cartilagem tireóide e epiglote, cérebro infantil, representação muscular e epitelial (vista
lateral e inferior), faringe e osso hióide.
Figura 2. Fantoma Antropomórfico e Antropométrico de cabeça e pescoço
em diversos posicionamento. Em ordem, vista lateral, vista inferior, vista
posterior e anterior.
A figura 3 e 4 apresenta imagens do modelo de voxel, em seções arbitrárias mostrando os
resultados de equivalência com a imagem radiológica equivalente. Cada cor representa um
tecido. Os tecidos foram codificados e suas composições químicas e densidade avaliadas.
Figura 3 – imagem radiológica de CT e sua
correspondente seção no modelo de Voxel 3D.
Figura 4 – Imagem radiológica no nível do
maxilar inferior e sua correspondente seção
no modelo de voxel 3D.
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4. ANÁLISE E CONCLUSÕES
A perspectiva do trabalho consiste em finalizar e fazer as respectivas dosimetrias
antropomórfico e antropométrico para testes experimentais. Serão introduzidos
calibração e medições experimentais utilizando TLD para avaliações com
experimental.O modelo de voxel 3D de cabeça e pescoço infantil foi elaborado.
estão sendo analisados os protocolos radioterápicos que serão simulados:
definição de fonte e solicitações.
no fantoma
métodos de
o fantoma
Atualmente,
envolvendo
REFERÊNCIAS
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