COMMISSIONING E OPTIMIZAÇÃO
DE UM SISTEMA DE DOSIMETRIA
FOTOGRÁFICA
PEDRO MIGUEL DO CÉU CARREIRA
ORIENTADOR:
Professor Dr. Nuno Teixeira
CO-ORIENTADOR:
Professora Dra. Adelaide Jesus
Lisboa 2010
Dosimetria Fotográfica
Agradecimentos
Esta dissertação da tese de mestrado significa o fim de um período de vários anos de
formação académica, que começou na minha terra natal Alpiarça e que terminou dividida
entre o Monte da Caparica e Lisboa.
Em todos estes anos muitas foram as pessoas que contribuíram para o meu sucesso,
dando-me força e motivando-me. Em primeiro lugar os meus país pelo apoio monetário e
acima de tudo por confiarem em mim dando me liberdade para fazer as minhas próprias
escolhas.
Todos os meu amigos de infância tiveram um papel bastante importante na minha vida
tornando os momentos de felicidade inesquecíveis e ajudando-me a superar momentos mais
difíceis, fazendo da palavra união uma banalidade saudável.
Os amigos da faculdade marcaram também eles a minha formação académica, em
todas as horas de estudos, bem como em todas as horas de ócio.
Toda a equipa de radioterapia dos SAMS, que foram as pessoas que estiveram mais
próximas de mim na realização desta tese, foram muito importantes para concretizar este
trabalho, por toda a ajuda que me prestaram e pelo ambiente motivante que criaram.
Claro que este trabalho não seria possível sem a iniciativa dos meus orientadores, que
possibilitou o meu envolvimento numa área dos cuidados de saúde bastante aliciante, que é a
radioterapia.
Muito obrigado a todos.
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Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica
Resumo
Este commissioning teve o objectivo de testar o sistema de dosimetria fotográfica do
centro clínico do SAMS. A dosimetria fotográfica é uma ferramenta útil na avaliação 2D de
distribuições de dose em radioterapia externa, mas para se tornar numa ferramenta eficaz é
necessário conhecer os elementos que a compõem. Neste trabalho, o sistema em causa é
composto por películas Gafchromic® EBT, pelo scanner Epson® Expression® 10000XL e pelo
programa de análise dosimétrica OmniPro® IMRT. Os testes efectuados permitiram reconhecer
as suas vantagens e limitações, concretizando-se na optimização da sua aplicação, com vista à
obtenção de resultados credíveis.
As películas Gafchromic® EBT sendo auto reveláveis dispensam qualquer tipo de
tratamento pós irradiação, diminuindo o gasto em recursos e ao mesmo tempo eliminando o
processo de revelação, difícil de avaliar quanto ao efeito que tem nas películas. Tendo em
conta que a avaliação dosimétria se baseia nas características das imagens obtidas através da
digitalização de cada película, foi necessário recorrer a dois programas, MatLab® e OmniPro®
IMRT, nos quais foi possível extrair informações relevantes contidas em cada imagem.
De forma a avaliar qual dos canais de uma imagem RGB seria preferido para a análise
das imagens foi obtido o espectro de absorção das películas EBT, constatando-se que a película
tem o seu pico de absorção na zona do vermelho, foi o canal R o utilizado. O tempo após o
qual o processo de enegrecimento da película estabiliza foi considerado de 4horas. No que diz
respeito à sua posição na mesa do scanner foi observado que a posição landscape produz
melhores resultados. Uma característica importante das películas Gafchromic® EBT é a sua
independência energética que foi confirmada através da análise de películas irradiadas com
diferentes energias para diferentes doses.
Relativamente à caracterização do scanner Epson® a OD máxima lida foi estabelecida
em 3,73. Este é um valor bastante elevado o que significa uma grande abrangência de ODs por
parte do scanner. A uniformidade da digitalização foi avaliada confirmando-se que o efeito
dispersor da luz afecta os perfis paralelos à lâmpada, sendo necessário aplicar a correcção
disponibilizada pelo programa OmniPro® IMRT, denominada “Trento Method”.
Por fim, com o objectivo de pôr à prova todas as conclusões dos testes efectuados, foi
realizada a comparação através da análise gama, entre planos de doses calculados no sistema
de planimetria Eclipse® e películas irradiadas com os mesmos campos. A coincidência espacial
em termos de dose relativa esteve muito próximo dos 98%, não se conseguindo contudo a
iii
Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica
avalização em termos de dose absoluta, uma vez que o algoritmo utilizado pelo programa
OmniPro® IMRT não o permite.
Palavras chave: dosimetria fotográfica, Gafchromic® EBT, análise gama, Epson® Expression®
10000XL Photo.
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Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica
Abstract
Film dosimetry is a practical tool for 2D dose analyses on external radiotherapy. The
main goal of this commissioning was to test film dosimetry equipment installed at the SAMS
clinical center. Gafchromic® EBT films, a scanner Epson® Expression® 10000XL and a dosimetric
software evaluation OmniPro® IMRT, were evaluated. These tests were useful to know the
advantages and the constraints of this equipment and at the same time optimize the process to
get better results.
Gafchromic® EBT films are self-developing, what means that they don’t need any post
processing after irradiation, this eliminate some costs with the developing process, which is
very uncertain. MatLab® and OmniPro® IMRT were the software used to analyze the films’
images, and to understand better the film and scanner performances.
The absorption spectra of Gafchromic® EBT films were obtained to indentify the
maxima absorption wavelength. It was observed on red region of the spectrum, so the red
channel from the RGB film images was chosen to analyze the images. The post-exposure
growth density has been investigated and the process is essentially complete within about 4
hours. An important point is the scan direction, it was observed that better results were
achieved with the landscape mode. The films energy dependence was investigated and results
show that Gafchromic® EBT films are energy independent, i.e. films irradiated with the same
dose but different energy have the same OD.
The highest OD of the Epson® scanner was found to be 3,73, this is an high value giving
it the ability to capture a large number of ODs. The scan uniformity was verified and it was
found that effects of the light scattering on the image profiles parallel to the light source have
a great influence on the dose measurements. To eliminate this effect the correction applied by
the OmniPro® IMRT software must be used in all dose analyses, the method is called “Trento
Method”.
Finally to put in practice the conclusions from the previous tests, gamma evaluation
was applied on a comparison between treatment planning system calculation, Eclipse®, and
irradiated films with the calculated fields. The coincidence was close to 98%, in all the relative
dose evaluations. It was an objective to do the evaluation on absolute dose, but the OmniPro®
IMRT gamma evaluation algorithm cannot display absolute dose values.
Key words: film dosimetry, Gafchromic® EBT, gamma evaluation, Epson® Expression® 10000XL.
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Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
Lista de Abreviaturas
2D - Bidimensional
AAPM – American Association of Physicists in Medicine
CI – Câmara de Ionização
CCD – Charge Coupled Device
cGMP – current Good Manufacturing Practice
DFS - Distância Foco Superfície
DTA – Distance To Agreement
EBT – External Beam Therapy
FDA – Food and Drug Administration
IAEA – Internacional Atomic Energy Agency
IGRT – Image Guided Radiation Therapy ; Radioterapia Guiada por Imagem
IMAT – Intensity Modulated Arc Therapy; Terapia com Arco Conformacional Dinâmico
IMRT – Intensity Modulated Radiotherapy ; Radioterapia com Intensidade Modulada
ISP – Internacional Specialty Products
ITN – Instituto Tecnológico e Nuclear
MLC – Multileaf Collimator; Colimador Multilâminas
NIST – National Institute of Standards and Technology
NSTL – National Software Testing Labs
OD – Optical Density; Densidade Óptica
PCDA – Ácido Diónico pentacosa-10,12
RGB – Red Green Blue
SAMS – Serviços de Assistência Médico-Social
SI – Sistema Internacional
TAC – Tomografia Axial Computorizada
TLD – Thermoluminescent Dosimeter; Dosimetros Termoluminescentes
TPS – Treatment Planing System; Sistema de Planimetria
USB – Universal Serial Bus
vii
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
Índice de Figuras
Gráfico 1.1 – Regiões de predominância relativa das três principais interacções com
fotões………………………………………………………………………………………………………………………………..
8
Figura 2.1 – Efeito Fotoeléctrico…………………………………….………………………………………………..
10
Figura 2.2 – Efeito de Compton. …………………………………………………….………………………..……….
11
Figura 2.3 – Produção de Pares. ……………………………………………………….…….…………………..……
12
Figura 2.4 – Interacção do electrão incidente com o átomo do meio………………………………..
13
Figura 3.1 – Fotografia reconhecida como sendo a primeira do mundo, 1826………….……….
18
Figura 3.2 – Estrutura de uma película radiográfica…….…………………………………………………….
23
Figura 3.3 – Camada activa de uma película radiocromática não irradiada……….……………...
27
Figura 3.4 – Camada activa de uma película radiocromática exposta à radiação………….…...
27
Figura 3.5 – Película radiocromática exposta a diferentes níveis de dose…………..……….…….
28
Figura 3.6 – Corte transversal de uma película Gafchromic® EBT………………….…………….…….
29
Gráfico 3.1 - Espectro visível das películas Gafchromic® EBT……………..………………………………
30
Figura 4.1 – Acelerador Varian Clinac® 2100 CD do centro clínico do SAMS…………………..…
35
Figura 4.2 – TAC ao fantoma de placas de água sólida utilizado…………….……………………….…
36
Figura 4.3 – Exemplo de uma câmara de ionisação cilíndrica…………….…………………………..….
37
Figura 4.4 – Exemplo de uma câmara de ionização plana de placas paralelas……….……..……
37
Figura 4.5 – Câmara de ionisação CC13……….………………………………………….………………………..
39
Figura 4.6 – Desenho das dimensões da câmara de ionização CC13………….………..…………….
40
Gráfico 5.1 – Razão Sinal Ruído em função da OD para o scanner Epson Expression
10000XL Photo………….………………………………………………………..…………………………….………………
57
Gráfico 5.2 – Gráficos sinal ruído em função da OD de diferentes scanners………….…………
58
Gráfico 5.3 - Espectro de absorção de uma pelicula Gafchromic EBT……………………….….……
59
Gráfico 5.4 - Valor médio dos pixeis em função da dose para as imagens 1……………….…….
62
Gráfico 5.5 - Valor médio dos pixeis em função da dose para as imagens 2……………….…….
63
Gráfico 5.6 - Valor médio dos pixeis em função da dose para as imagens 3………………..……
63
Gráfico 5.7 - Valor médio dos pixeis em função da dose para as imagens 4………….….……….
64
Figura 5.1 – Posição de digitalização A..…………………………………………………………………………….
65
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Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica
Figura 5.2 – Posição de digitalização B………………………………………………………………………………
65
Figura 5.3 – Posição de digitalização C………………………………………………………………………………
66
Figura 5.4 – Posição de digitalização D………………………………………………………………………………
66
Figura 5.5 – Perfis de análise……………………………………………………………………………………………..
66
Gráfico 5.8 - Colunas: imagem com extracção do canal R………………………………………………….
67
Gráfico 5.9 - Linhas: imagem com extracção do canal R…………………………………………...……….
67
Gráfico 5.10 - Colunas: imagem com extracção do canal R e aplicação do filtro Wiener……
68
Gráfico 5.11 - Linhas: imagem com extracção do canal R e aplicação do filtro Wiener..……
68
Gráfico 5.12 - Colunas: média de 10 imagens com extracção do canal R……………………………
69
Gráfico 5.13 - Linhas: média de 10 imagens com extracção do canal R………………………..……
69
Gráfico 5.14 - Colunas: média de 10 imagens com aplicação do filtro Wiener e com
extracção do canal R………………………………………………………………………………………………………….
Gráfico 5.15 - Linhas: média de 10 imagens com aplicação do filtro Wiener e com
extracção do canal R……………………………………………………………………………………….…………………
70
70
Gráfico 5.16- Colunas: imagem com extracção do canal R…………………………………………………
71
Gráfico 5.17-Linhas: imagem com extracção do canal R………………………………………………….…
71
Gráfico 5.18- Colunas: imagem com extracção do canal R…………………………………………………
72
Gráfico 5.19- Linhas: imagem com extracção do canal R……………………………………………………
72
Gráfico 5.20- Colunas: imagem com extracção do canal R…………………………………………………
73
Gráfico 5.21- Linhas: imagem com extracção do canal R……………………………………………………
73
Figura 5.6 – Dispersão da luz e a sua detecção no dispositivo CCD………………………………..….
75
Gráfico 5.20 - Pefis: película totalmente irradiada com 200cGy…………………………………………
76
Gráfico 5.21 - Perfis: película irradiada com 50cGy campo 10x10cm2..................................
77
Gráfico 5.22 - Perfis: película irradiada com 100cGy campo 10x10cm2.………………………….…
77
Gráfico 5.23- Enegrecimento de uma película ao longo do tempo…………………………………….
79
Figura 5.7 – Imagens de duas películas irradiadas com diferentes energias e a mesma
dose………………………………………………………………………………………………………………………………….
Gráfico 5.24 - Independência energética das películas EBT . ……………………………………………
Figura 5.8 – Aquisição dos pontos para a construção da curva VS para OD……………………….
2
80
82
83
Gráfico 5.25 -Curva de calibração Scanner - ROI 1x1mm …………………………………………………
84
Gráfico 5.27 - Curva de calibração Scanner - ROI 5x5mm2………………………………………………..
84
Gráfico 5.28 - Curva de calibração Películas - ROI 5x5mm2...................................................
86
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Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
Gráfico 5.29 - Curva de calibração Películas - ROI 20x20mm2.……………………………………………
87
Gráfico 5.30 - Curva de calibração Películas - ROI 50x50mm2..............................................
87
Figura 5.9 – Setup de irradiação de películas colocadas a 3 profundidades……………..….….
88
Figura 5.10 – Comparação entre a distribuição de dose no TPS e na película para o MLC1
a 2cm………………………………………………………………………………………………………………………………..
Figura 5.11 – Comparação entre a distribuição de dose no TPS e na película para o MLC1
a 5cm..………………………………………………………………………………………………………………………………
Figura 5.12 – Comparação entre a distribuição de dose no TPS e na película para o MLC1
a 5cm. ………………………………………………………………………………………………………………………………
Figura 5.13 – Comparação entre a distribuição de dose no TPS e na película para o MLC2
a 2cm. ………………………………………………………………………………………………………………………………
Figura 5.14 – Comparação entre a distribuição de dose no TPS e na película para o MLC2
a 5cm……………………………….……………………………………………………………………………………………….
Figura 5.15 – Comparação entre a distribuição de dose no TPS e na película para o MLC2
a 7cm. ………………………………………………………………………………………………………………………………
Figura 6.1 – Workflow do sistema de dosimetria fotográfica…………………………………………….
90
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Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
Índice de Tabelas
Tabela 1.1 – Testes de validação………………………………………………………………………………………
4
9
Tabela 2.1 – Processo de Interacção da Radiação……………………………………………………………..
Tabela 3.1 – Características de diferentes películas…………………………………………………………..
Tabela 3.2 – Testes necessários ao correcto funcionamento de um sistema de dosimetria
fotográfica para películas radiográficas…………………………………………………………………………..…
Tabela 3.3 – Composição atómica e Zeff da peliculas Gafchromic® EBT……….…………………..…
21
25
30
Tabela 3.4- Características de diferentes sistemas dosimétricos………………………………..….….
31
Tabela 4.1 – Valores de kQ………………………………..……………………………………………………….………
39
Tabela 4.2 – Registo de dados para a estabilidade da câmara de ionização CC13-6971
para a energia de 6MV………………………………………………………………………………………………………
Tabela 5.1 – Película e OD correspondentes a cada nível…………………………………………………..
Tabela 5.2 – Resultados dos cálculos efectuados (Epson Expression 10000XL Photo,
12800dpi, Película positiva, mascara suavizante, autoexposição)…………………………………….
41
53
56
Tabela 5.3 – Resultados do estudo realizado pela NSTL…………………………………………………….
57
Tabela 5.4 – Valores de análise para as imagens 1. ……………………………………………..…………...
61
Tabela 5.5 – Valores de análise para as imagens 2. ………………………………….……………………....
62
Tabela 5.6 – Valores de análise para as imagens 3.…….……………………………………………………..
63
Tabela 5.7 – Valores de análise para as imagens 4…………………………………………………………….
64
Tabela 5.8 – Desvio padrão para cada perfil em X do gráfico 5.8……………………………………….
67
Tabela 5.9 – Desvio padrão para cada perfil em Y do gráfico 5.9…………………………………..….
68
Tabela 5.10 – Desvio padrão para cada perfil em X do gráfico 5.10……………………..……….…..
68
Tabela 5.11 – Desvio padrão para cada perfil em Y do gráfico 5.11. ………………………..……….
68
Tabela 5.12 – Desvio padrão para cada perfil em X do gráfico 5.12. …………………………………
69
Tabela 5.13 – Desvio padrão para cada perfil em Y do gráfico 5.13. …………………………..…….
69
Tabela 5.14 – Desvio padrão para cada perfil em X do gráfico 5.14. …………………………………
70
Tabela 5.15 – Desvio padrão para cada perfil em Y do gráfico 5.15. ……………………..………….
70
Tabela 5.16 – Desvio padrão para cada perfil em X do gráfico 5.16. ………………..…....…………
71
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Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica
Tabela 5.17 – Desvio padrão para cada perfil em Y do gráfico 5.17. ………………..…...………….
71
Tabela 5.18 – Desvio padrão para cada perfil em X do gráfico 5.18. …………………………………
72
Tabela 5.19 – Desvio padrão para cada perfil em Y do gráfico 5.19. …………………………..…….
72
Tabela 5.20 – Desvio padrão para cada perfil em X do gráfico 5.20. …………..………….…………
73
Tabela 5.21 – Desvio padrão para cada perfil em Y do gráfico 5.21. ……………………………..….
73
Tabela 5.22 – Dados para a análise da independência energética das películas. ………………
81
Tabela 5.23 – Doses que constam da curva de calibração das películas. ………………………..…
86
Tabela 5.24 – Disposição das imagens de comparação de planos de dose……………………..…
89
Tabela 5.25 – Comparação entre os planos de dose do MLC1………….……..…………….………….
92
Tabela 5.26 – Comparação entre os planos de dose do MLC2…………..…………………………..….
96
xiv
Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica
Índice
Agradecimentos ........................................................................................ i
Resumo .................................................................................................... iii
Abstract.....................................................................................................v
Índice de Figuras ...................................................................................... ix
Índice de Tabelas.................................................................................... xiii
Capítulo 1 – Introdução ............................................................................ 1
Capítulo 2 – Princípios Físicos ................................................................... 5
2.1 Interacção da radiação ionizante com a matéria ................................ 7
2.1.1 Interacções envolvendo fotões ................................................................................................ 7
2.1.1.1 Efeito fotoeléctrico ....................................................................................................... 9
2.1.1.2 Efeito de Compton ...................................................................................................... 10
2.1.1.3 Produção de pares ...................................................................................................... 12
2.1.2 Interacções envolvendo electrões ......................................................................................... 12
2.1.2.1 Tipos de interacções ................................................................................................... 13
2.1.2.2 Poder de Paragem ....................................................................................................... 14
2.2 Grandeza dosimétrica ...................................................................... 15
2.2.1 Dose absorvida ....................................................................................................................... 15
2.2.2 Kerma ..................................................................................................................................... 15
2.2.3 Fluência .................................................................................................................................. 16
Capítulo 3 - Dosimetria Fotográfica ........................................................ 17
3.1 Enquadramento histórico ................................................................. 19
3.2 Películas utilizadas em dosimetria fotográfica .................................. 21
3.2.1 Densidade óptica (OD) ........................................................................................................... 23
3.2.2 Películas Radiográficas ........................................................................................................... 23
3.2.2.1 Formação da Imagem Latente .................................................................................... 25
3.2.2.2 Processamento Químico ............................................................................................. 25
3.2.2.3 Equipamentos e controlo de qualidade ...................................................................... 25
3.2.3 Películas Radiocromáticas ...................................................................................................... 27
3.2.3.1 Processo químico, físico e radiação ............................................................................ 27
®
3.2.3.2 Películas Gafchromic EBT ........................................................................................... 29
xv
Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica
3.3 Comparação com outros sistemas dosimétricos............................... 32
Capítulo 4 – Materiais e Métodos .......................................................... 35
4.1 Acelerador linear .............................................................................. 37
4.2 Sistema de Planimetria (TPS) ............................................................ 37
4.3 Ionometria ....................................................................................... 38
4.3.1 Princípios Físicos .................................................................................................................... 39
4.3.2 Sistema Ionométrico .............................................................................................................. 41
4.3.2.1 Estabilidade do sistema ionométrico .......................................................................... 42
4.4 Fantoma ........................................................................................... 44
4.5 Películas Radiocromáticas ................................................................ 44
4.5.1 Identificação das películas ..................................................................................................... 45
4.6 Irradiação das películas Gafchromic® EBT ........................................ 45
4.7 Scanner............................................................................................. 47
4.7.1 Digitalização das películas ...................................................................................................... 47
4.8 Programas de processamento de imagem e análise dosimétrica ..... 48
4.9 Análise Gama.................................................................................... 49
5.1 Testes de Validação .......................................................................... 55
5.1.1 Determinação do valor máximo de OD do scanner Epson Expression 10000XL Photo ......... 55
5.1.1.1 Digitalização da Película .............................................................................................. 56
5.1.1.2 Cálculos ....................................................................................................................... 56
5.1.1.3 Análise da Razão Sinal Ruído (S/R) .............................................................................. 58
5.1.2 Espectro de absorção das películas EBT................................................................................. 61
5.1.2.1 Aquisição e tratamento de dados ............................................................................... 61
5.1.3 Efeito da orientação da película na digitalização ................................................................... 62
5.1.3.1 Irradiação das películas ............................................................................................... 62
5.1.3.2 Digitalização das películas e processamento das imagens ......................................... 63
5.1.3.3 Resultados e Análise ................................................................................................... 63
5.1.4 Uniformidade da digitalização ............................................................................................... 67
5.1.4.1 Gráficos e Análise dos resultados ............................................................................... 69
®
5.1.5 Remoção do efeito de dispersão de luz na digitalização pelo OmniPro IMRT ..................... 76
5.1.5.1 Fenómeno de dispersão de luz ................................................................................... 76
5.1.5.2 Correcção realizada pelo Omnipro® IMRT .................................................................. 77
xvi
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
®
5.1.6 Grau Enegrecido das películas Gafchromic EBT ........................................................... 80
5.1.6.1 Irradiação e digitalizações da película......................................................................... 80
5.1.6.2 Resultados e Análise ................................................................................................... 81
®
5.1.7 Independência energética das películas Gafchromic EBT .................................................... 82
5.1.7.1 Irradiação e análise das películas ................................................................................ 82
5.2 Curvas de Calibração ........................................................................ 84
5.2.1 Calibração do scanner Epson 10000XL Photo ......................................................................... 84
5.2.2 Calibração das películas Gafchromic® EBT ............................................................................. 87
5.3 Comparação de distribuições de dose .............................................. 90
5.3.1 Resultados e análise .............................................................................................................. 90
5.3.1.1 Resultados MLC1 ......................................................................................................... 91
5.3.1.2 Resultados MLC2 ........................................................................................................ 94
5.3.1.3 – Análise dos Resultados ............................................................................................. 98
Capítulo 6 – Conclusões e Perspectivas Futuras ..................................... 99
Bibliografia ........................................................................................... 105
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Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica
Capítulo 1 – Introdução
1
Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica
O serviço de radioterapia do centro clínico dos Serviços de Assistência Médico-Social
(SAMS) adquiriu um sistema de dosimetria fotográfica composto pelos seguintes elementos:
scanner Epson® Expression® 10000XL Photo, películas Gafchromic® External Beam Therapy
(EBT) e o programa de análise dosimétrica Omnipro® IMRT. A sua aquisição esteve no âmbito
da possível implementação da técnica radioterapia de intensidade modulada (IMRT) que
requer para o seu controlo de qualidade, análises dosiméticas 2D só possíveis com o recurso a
dosimetria fotográfica.
A necessidade de realizar o commissioning ao sistema instalado teve como objectivo
compreender o seu modo de funcionamento e características de cada elemento, de modo a
obter um procedimento de irradiação, digitalização e análise de películas que garanta uma
análise dosimétrica com resultados credíveis.
Duas publicações da American Association of Physicists in Medicine (AAPM) (1) (2)
contêm descrições e recomendações para a implementação da dosimetria fotográfica num
serviço de radioterapia. Nestes documentos são analisadas as características dos dois tipos de
película existentes no mercado, radiográficas e cromográficas. As segundas, nas quais se
incluiem as Gafchromic® EBT, têm como principal vantagem o facto de serem autoreveláveis, o
que significa que dispensam a aquisição de um equipamento revelador, para além da sua
análise não ser afectada por um processo difícil de avaliar. Esta característica foi determinante
para a escolha do tipo de películas a adquirir. Relativamente ao scanner Epson®, é o
recomendado pela Internacional Specialty Products (ISP) e o programa OmniPro® IMRT foi
recomendado pelo fornecedor.
A análise das películas cromográficas feita pela AAPM aborda a estrutura atómica e
molecular dos elementos que constituem as películas, o seu espectro de absorção, o processo
de autorevelação, a sua dependência energética assim como o processo de digitalização.
Pretendeu-se também neste trabalho verificar estas características. Para tal foram estipulados
testes de validação que ajudaram a conhecer todo o sistema de dosimetria fotográfica
(tabela1.1):
3
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
Tabela 1.1 – Testes de validação
Teste
Procedimento
Objectivo
Valor máximo de densidade
óptica (OD) do scanner
Análise da imagem de uma
película com ODs conhecidas.
Determinar o valor máximo de
OD lido pelo scanner.
Espectro de absorção
Iluminar películas com uma luz
branca e analisar o espectro
obtido.
Determinar a região do espectro
que as películas mais absorvem.
Orientação da película na
digitalização
Digitalizar películas irradiadas
com diferentes doses nas
orientações Landscape e
Portrait.
Analisar a influência da
orientação de digitalização.
Uniformidade da digitalização
Digitalizar a mesma película em
diferentes posições na mesa de
digitalização .
Avaliar o efeito da alteração da
posição da película na imagem
obtida.
Remoção do efeito de
dispersão de luz na
digitalização
Tratar diferentes imagens com a
ferramenta “Trento Method” do
OmniPro® IMRT.
Avaliar o efeito da correcção
proposta.
Grau de enegrecido das
películas
Aquisição periódica da OD de
uma película após a irradiação.
Avaliar a evolução da netOD de
uma película após a irradiação.
Independência energética das
películas
Digitalizar películas irradiadas
com diferentes energias para a
mesma dose.
Comparar a netOD de películas
irradiadas com diferentes
energias para a mesma dose.
Com o objectivo de optimizar o tratamento da imagem nos testes de orientação e
uniformidade da digitalização, foram criadas algumas rotinas em MatLab® que seleccionam o
canal de maior absorção da imagem, aplicam o filtro Wiener e realizam a média de 10
imagens.
Uma tarefa imprescindível em dosimetria fotográfica é a calibração do sistema, que
consiste na construção da curva de calibração do scanner que relaciona o valor do sinal do
scanner com a respectiva OD, e da curva de calibração das películas que converte OD em dose.
A calibração realizada neste trabalho seguiu as recomendações da AAPM e da ISP.
A parte final deste trabalho é dedicada à comparação de planos de dose entre o
cálculo do sistema de planimetria Eclipe® da Varian Medical Sistems e películas irradiadas com
os mesmos campos. A ferramenta de comparação escolhida foi a análise gama que
correlaciona distribuição espacial de dose e o valor de dose, constituindo-se numa ferramenta
bastante completa, também utilizada noutros estudos (3) (4).
4
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
Capítulo 2 – Princípios Físicos
5
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
2.1 Interacção da radiação ionizante com a matéria
A característica principal da radiação ionizante consiste na sua capacidade de ionizar
átomos e moléculas, isto é, retirar-lhes electrões. Esta poderá ser classificada como radiação
directa ou indirecta. A primeira consiste em partículas carregadas como electrões, protões e
partículas alfa. Neste tipo de radiação as partículas carregadas interagem com os electrões
orbitais dos átomos pertencentes ao meio, através de colisões e ionizações. A ionização
indirecta ocorre por acção de partículas neutras tais como neutrões ou radiação
electromagnética (fotões) (5). De seguida é feito uma abordagem das principais interacções de
fotões e electrões com a matéria.
2.1.1 Interacções envolvendo fotões
Os fotões são partículas electricamente neutras que se deslocam à velocidade da luz, c,
e que ao contrário dos electrões, têm a capacidade de percorrer uma determinada distância
no interior de um material sem interagir com este. Essa distância depende das características
do material e da energia dos fotões:
E=hν
(2.1)
em que h é a constante de Planck (6,626068 × 10-34 m2 kg / s) e ν a frequência ( s-1).
Na interacção de feixes de fotões com a matéria, verifica-se uma redução do número
destas partículas segundo a direcção do feixe. Este facto justifica-se pela ocorrência de
fenómenos de absorção e dispersão nos quais os fotões estão envolvidos (6). O número de
fotões detectados após a interacção destes com a matéria, ΔI, é proporcional à espessura do
material, Δx, e ao número inicial de fotões I0, desta relação resulta:
ΔI =-μ.Δx.I0
(2.2)
em que μ é uma constante de proporcionalidade denominada coeficiente de atenuação linear,
integrando esta equação obtém-se:
I = I0e-μx
(2.3)
Esta equação caracteriza a passagem da radiação electromagnética através da matéria,
conhecida como Lei de Lambert-Beer (7) .
O coeficiente de atenuação linear (μ) é o resultado da contribuição dos principais
processos de interacção de partículas com energias tipicamente utilizadas em aplicações
7
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
médicas, que não ultrapassam os 20MeV: efeito fotoeléctrico ( ), efeito de Compton ( ) ou
produção de pares ( ):
(2.4)
Estes coeficientes são dependentes do número atómico (Z) do meio e da energia dos
fotões (E). O gráfico a baixo explicita esta relação:
Gráfico 1.1 – Regiões de predominância relativa das três principais interacções com fotões (4).
Observa-se o domínio do efeito fotoeléctrico para elementos com Z elevado no caso
de fotões de baixa energia, o efeito de Compton predomina para valores de Z baixos. A
produção de pares assume maior importância para os casos em que tanto Z como E
apresentam valores elevados.
O coeficiente de atenuação linear relaciona-se com a secção eficaz, reflectindo as
propriedades atómicas do material. A relação é dada pela seguinte equação:
(2.5)
em que A é a massa atómica (g), NA o número de Avogadro (6,022 x 1023 mol-1) e ρ a
densidade do material (g/cm3).
8
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
Sendo todos eles dependentes da energia dos fotões, existem coeficientes de
atenuação linear característicos para cada uma das interacções e por conseguinte diferentes
valores de secção eficaz (
). A tabela seguinte ilustra as características das interacções mais
comuns para as energias usadas em aplicações médicas.
Tabela 2.1 – Processo de Interacção da Radiação (5).
Processo
Tipo de interacção
Efeito Fotoeléctrico
Energia
Dependência de Z
Com electrões ligantes
(toda a energia é
transferida para o
electrão)
Predominante a baixas
energias (1 - 500keV), a
secção eficaz diminui
com o aumento da
energia
Com electrões ligantes
E<1MeV é mais
significativa para
pequenos ângulos
Com electrões livres
Independente da energia
Z
Com electrões ligantes
E <1MeV para pequenos
ângulos
Z
Com electrões livres
(efeito de Compton)
Predomina na região de
1 a 5MeV, diminui com o
aumento da energia
Z
No campo de Coulumb
dos núcleos
Acima de 1MeV domina
a energias elevadas,
E>5MeV, e aumenta com
o aumento da energia
Z
No campo de Coulumb
dos electrões
Acima de 2MeV aumenta
com o aumento da
energia.
Z
Coerente
Dispersão
eléctrica
5
Z
2
3
Z ,Z
Incoerente
Interacções
com o
campo de
Coulomb
2
Produção de Pares
2.1.1.1 Efeito fotoeléctrico
No efeito fotoeléctrico (Figura 2.1) regista-se a transferência de toda a energia do
fotão para um electrão ligante e consequente ionização do átomo. Para que este processo
ocorra é necessário que a energia do fotão (hν) seja superior à energia de ligação do electrão
ao núcleo (φ) a energia cinética do electrão emitido é dada pela equação:
Ec= hν – φ
(2.6)
9
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
Para meios com número atómico (Z) baixo, como seja o tecido humano, o electrão
removido pertence à camada L. Esta ocorrência leva o átomo a atingir um estado excitado, que
cessará com o preenchimento da camada L por um electrão de uma camada mais exterior,
tipicamente camada M, esta reacção ocorre respeitando a lei da conservação da energia e do
momento linear, para que o átomo volte para um nível estável de energia.
Figura 2.1 – Efeito Fotoeléctrico (5).
Esta transferência de electrões de camadas com maior energia (M) para camadas com
menor energia(L) produz um diferencial de energia que é dissipado pela emissão de fotões ou
electrões, estes últimos denominados electrões de Auger, sendo ambos absorvidos pelo
mesmo meio que os originou (8).
A probabilidade de ocorrência do efeito fotoeléctrico é dada pelo coeficiente de
atenuação (τ), dependente do número atómico (Z) da densidade do material (ρ) e da energia
do fotão (E):
(2.7)
(2.8)
2.1.1.2 Efeito de Compton
Este tipo de interacção é predominante para fotões incluídos numa gama de energia
considerada entre os 0,2 e os 10MV, para materiais com baixo Z como seja o tecido humano.
Como tal o efeito de Compton (fig. 2.2) é o principal processo responsável pela transferência
de energia para as células do tecido humano, em tratamentos de radioterapia.
10
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
Este processo consiste numa interacção entre um fotão e um electrão das camadas
mais externas do átomo, em que o fotão incidente cede parte da sua energia inicial (hν) e é
disperso com uma energia inferior (hν´) e ângulo (θ). O electrão que interagiu com o fotão é
disperso com um ângulo (φ) e uma energia, dependentes da energia inicial do fotão.
Figura 2.2 – Efeito de Compton (5).
Uma forma de o explicar é recorrer à teoria clássica da colisão elástica entre duas
partículas, que respeita a conservação da energia e do momento linear, e da qual resulta uma
relação entre a variação do comprimento de onda do fotão disperso (Δλ), sempre positiva, e o
seu ângulo de dispersão(θ):
(2.9)
onde
é o comprimento de onda de Compton tendo o valor de 0,024x10-10m.
Rearranjando a última equação obtém-se:
(2.10)
onde α é a razão entre a energia do fotão e a energia de repouso do electrão. A energia
cinética do electrão é dada por:
(2.11)
e o ângulo de dispersão do electrão:
(2.12)
11
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Dosimetria Fotográfica
O coeficiente da interacção de Compton (σ), é determinado pela densidade electrónica
do meio, relacionada com Z, e é inversamente proporcional à energia dos fotões:
(2.13)
2.1.1.3 Produção de pares
Este processo ocorre nos casos em que a energia do fotão incidente é pelo menos duas
vezes a energia do electrão em repouso (hν≥2mc2). O fotão é absorvido pelo electrão
originando um par positrão electrão. A energia cinética do par corresponde à diferença de
energias:
(2.14)
Figura 2.3 – Produção de Pares (5).
Por sua vez, o positrão produzido irá interagir com um electrão livre originando dois
fotões com 0,511MeV, chamados fotões de aniquilação que se encontram representados na
figura acima.
O coeficiente de atenuação linear para este processo é zero para energias inferiores a
2
2mc , para energias superiores este coeficiente é dado pelo logaritmo da energia do fotão (E)
segundo a expressão:
(2.15)
2.1.2 Interacções envolvendo electrões
Os electrões reagem com o meio a partir do momento que o atingem perdendo
energia ao longo do seu percurso em inúmeras interacções, nomeadamente colisões e
interacções radiativas.
12
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
O electrão incidente envolvido pelo seu campo eléctrico de Coulomb, perde energia ao
interagir com o meio que é atingindo pelo feixe. Essas interacções poderão resultar em
excitações ou ionizações, consoante a energia e trajectória do electrão incidente e a energia de
ionização do electrão atómico. Quanto mais próxima do núcleo for a interacções mais energia
estará envolvida na colisão. Para colisões com electrões de orbitais mais internas ocorre uma
elevada transferência de energia cinética originando a ionização do átomo. O electrão emitido
tem a capacidade de provocar subsequentes ionizações, sendo chamado de raio-delta (δ) (8).
2.1.2.1 Tipos de interacções
O tipo de interacção de um electrão cuja trajectória se situa à distância b do centro do
átomo com um raio a, depende a relação entre a e b.
Trajectória do electrão
Núcleo
Figura 2.4 – Interacção do electrão incidente com o átomo do meio.

Colisão fraca (b>>a)
Quando o electrão passa a uma distância superior ao raio atómico o campo de
Coulomb do electrão afecta todo o átomo, excitando-o para um nível de energia superior e por
vezes ionizando-o através da transferência de energia para um electrão de valência. A energia
transferida para o meio é muito baixa não ultrapassando alguns eV.
Este tipo de colisão é a mais provável, sendo responsável pela transferência de metade
da energia do feixe para o meio. Por consequência de inúmeras colisões deste tipo o electrão é
desacelerado, devido a pequenas perdas de energia em cada interacção.

Colisão forte (b≈a)
Nos casos em que o electrão passa a uma distância do núcleo equivalente ao raio
atómico, a probabilidade de o electrão incidente interagir com um electrão atómico aumenta,
13
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Dosimetria Fotográfica
este evento envolve uma transferência considerável de energia. A energia envolvida leva à
ionização do átomo com a libertação de um electrão com energia cinética suficiente para
interagirem com outros átomos, principalmente em colisões fracas. Este electrão ejectado é
denominado raio δ.

Interacções radiativas (b<<a)
A interacção com o núcleo ocorre quando o electrão atinge o átomo no interior do seu
raio. Estas interacções poderão ser elásticas ou inelásticas.
No primeiro caso ocorre dispersão do electrão sem emissão de fotões nem
transferência de energia para o núcleo. A energia perdida pelo electrão é insignificante, apenas
a necessária para garantir a conservação do momento da colisão. Este não é um processo
significante de transferência de energia, mas justifica o comportamento irregular que os
electrões têm na sua trajectória ao longo do meio irradiado.
Quando a colisão é inelástica ocorre a emissão de um fotão. O electrão para além de
ser disperso transfere quase toda a sua energia cinética para o fotão emitido. Estes fotões são
denominados bremsstrahlung, palavra alemã para radiação de travagem. Para meios com
número atómico equivalente ao do tecido humano (Z≈7), a produção de bremsstrahlung
poderá ser ignorada para electrões com energia abaixo dos 10MeV (9). Esta radiação é apenas
significativa para materiais com Z elevado como seja o chumbo, onde esta interacção é
predominante (10).
2.1.2.2 Poder de Paragem
O valor esperado para a taxa de energia perdida por unidade de comprimento (x), para
um electrão com uma energia cinética (Ec), num meio com um número atómico (Z), é o poder
de paragem (dEc/dx). As unidades são tipicamente MeV/cm ou J/m. A relação entre estas
unidades é expressa na equivalência:
1Mev/cm ≈ 1.602 x 10-11J/m
(2.16)
Dividindo o poder de paragem pela densidade (ρ) do meio de absorção, resulta o
chamado poder de paragem mássico (dEc/ ρ dx), em MeV cm2 / g ou J m2 /kg que se
relacionam da seguinte forma:
MeV cm2 / g ≈ 1.602 x 10-14 J m2 /kg
14
Pedro Carreira
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(2.17)
Dosimetria Fotográfica
O poder de paragem poderá ser dividido em, poder de paragem devido a colisões, que
engloba as perdas de energia devidas a colisões fracas e fortes, e em poder de paragem
radiactivo que se baseia na energia perdida por bremsstrahlung. A energia transferida através
de interacções radiativas é desviada da trajectória do electrão na forma de fotões, por outro
lado, nas outras colisões a energia é depositada sobre a forma de excitações e ionizações ao
longo da trajectória do electrão.
2.2 Grandezas dosimétricas
2.2.1 Dose absorvida
A dose absorvida é relevante para todos os tipos de radiação ionizante, tanto directa
como indirecta. São neste caso considerados todos os tipos de interacções envolvendo as
partículas do feixe incidente assim como as partículas carregadas originadas pela interacção do
feixe com o meio.
Esta grandeza é definida pela razão entre a energia transferida média
para o
meio de massa (dm) num determinado volume finito:
(2.18)
Tipicamente a dose absorvida segundo o sistema internacional (SI) é expressa em Gray
(Gy), que se relaciona com Joule por kilograma ( J.Kg-1) e com Rads da seguinte forma:
(2.19)
2.2.2 Kerma
A média de energia cinética transferida pela radiação indirecta (fotões e neutrões)
para partículas carregadas (electrões) do meio
por unidade de massa (dm) é definida
como kerma (kinetic energy released per unit mass):
(2.20)
A unidade do kerma é a mesma que a da dose absorvida, J.Kg-1 ou Gy.
15
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
O kerma especifica a energia cinética transferida num volume finito para uma partícula
carregada do meio, não considerando a energia cinética transferida entre partículas
carregadas.
A absorção de dose pela matéria irradiada aumenta com a profundidade do meio
até um valor de dose máxima (build up), a partir do qual a dose depositada diminui.
Por seu lado o kerma, diminui com a profundidade do meio uma vez que a energia
transferida pela radiação indirecta vai também sendo cada vez menos significativa
(11).
2.2.3 Fluência
A fluência poderá ser entendida de duas formas: fluência de fotões (ϕ) ou fluência
energética (Ψ).
O número de fotões que atravessa uma unidade de área (da) de um plano atingindo
por um feixe de fotões é dado pela equação:
(2.20)
expressa em m-2 ou cm-2. Entende-se N como o número total de fotões que atinge o plano.
Considerando um feixe com energia E=hν que atravessa uma superfície, a energia
depositada por unidade de área é dada por:
(2.21)
cuja unidade é J.m-2.
16
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
Capítulo 3 - Dosimetria Fotográfica
17
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
3.1 Enquadramento histórico
A necessidade de usar películas radiográficas para fins dosimétricos precedeu a sua
utilização para a aquisição de imagens radiológicas. Várias empresas contribuíram para o
desenvolvimento de películas cada vez mais sensíveis à radiação, com melhor
reprodutibilidade e facilidade de utilização, entre estas empresas destacam-se a Kodak, a Agfa,
a Dupont e a ISP.
A primeira emulsão fotográfica foi produzida em 1826 pelo cientista francês J.N.
Niepce (1765-1833). Esta era constituída por uma placa de estanho com betume branco da
Judéia que endurecia quando exposto à luz solar (12). Estas placas eram colocadas numa
câmara escura e necessitava de 8 horas de exposição. A fotografia tirada por Niece foi
considerada pelas autoridades da época como a primeira fotografia do mundo (Fig.2.1). Este
processo foi baptizado por heliografia, imagem solar.
Figura 3.1 – Fotografia reconhecida como sendo a primeira do mundo, 1826.
Uma outra tentativa protagonizada por Niece, com vista a obter imagens através de
processos químicos que envolvessem radiação, consistiu na elaboração de uma mistura
polimérica de hidrocarbonetos insaturados originados do petróleo. Esta mistura apresentava
um padrão diferente do original após ser sujeita a radiação. O fenómeno ocorria devido ao
estabelecimento de ligações químicas entra as cadeias de polímeros (13). Este estudo foi o
antecessor de muitos outros que levaram ao aparecimento das películas radiocrómicas
analisadas neste capítulo.
Após a morte de Niece, o herdeiro dos seus conhecimentos foi o cientista, também
francês, L. J. M. Daguerre (1787-1851) que doze anos após a primeira fotografia de Niece
melhorou o tempo de exposição, que demorava agora entre vinte a trinta minutos (14).
Daguerre recorria a placas de iodeto de prata que, ao serem expostas à luz, produziam uma
imagem latente. Ao sujeitar estas a vapores de mercúrio, as partes expostas à luz ficavam
19
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
claras; por fim as placas eram fixadas num banho de cloreto de sódio (sal comum) para a
remoção dos halogenetos de prata não revelados, constituindo-se as zonas escuras.
Na consequência da descoberta do Raio-X por W. C. Roentgen (1845-1923 ) em 1895,
George Eastman (1854-1932) fundador da empresa Kodak, introduziu no mercado um novo
tipo de película mais sensíveis ao raio-x comparativamente às previamente existentes.
Melhores radiografias podiam ser obtidas com menor tempo de exposição e revelação.
A Primeira Guerra Mundial tornou-se num facto que potenciou o desenvolvimento das
películas radiográficas devido a um crescimento exponencial da necessidade de realizar
imagens de diagnósticos aos soldados, através do raio-x. Foi nesta altura que foi introduzido o
nitrato de celulose como base estrutural das películas. Posteriormente, a Kodak optimizou a
estrutura destas criando uma bicamada de emulsão de halogenetos de prata aumentando
assim a sensibilidade destas. Contudo o nitrato de celulose era extremamente inflamável
originando inúmeros acidentes principalmente devido a condições deficientes de
armazenamento. Este facto obrigou a Kodak a criar um composto mais seguro para servir de
base às suas películas radiográficas, o composto escolhido foi o triacetato de celulose.
Em 1933, a DuPont desenvolveu películas para exposição ao raio-x com um corante
azul, o que facilitou a observação pelo olho humano de uma película irradiada. Esta
optimização foi de imediato seguida por outros fabricantes, na época em que o processo de
revelação demorava uma hora.
A revelação sofreu um grande desenvolvimento com a introdução do primeiro
dispositivo de revelação automática de películas em 1942. Foi conseguida assim a
uniformização do processo garantindo uma qualidade e resultados constantes. O processo de
revelação demorava então quarenta minutos. A Kodak suplantaria este feito na década
seguinte com o desenvolvimento do modelo XOMAT-M, do qual se obtinham películas secas e
reveladas em apenas seis minutos (15).
A estrutura base das películas sofreu um melhoramento com a introdução do
polyester na década de sessenta, por iniciativa da DuPont. Este é um material muito flexível e
resistente ainda hoje utilizado em películas destinadas não só à radiologia mas também à
radioterapia, mais especificamente numa área denominada dosimetria fotográfica.
A necessidade de controlo da dose em radioterapia foi desde os seus primórdios alvo
de estudos que tinham como principal objectivo a obtenção da melhor ferramenta de medição
de dose (16) (17) (18)incluindo a dosimetria fotográfica (19). As películas foram-se sofisticando
com os desenvolvimentos introduzidos pelas empresas que trabalham na área desde as
matérias-primas aos meios de produção, tornando-se em instrumentos de medição de dose
mais rigorosas, reprodutíveis e funcionais.
20
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
3.2 Películas utilizadas em dosimetria fotográfica
A utilização de películas em dosimetria proporciona medições de dose 2D com uma
boa resolução espacial. Possui também a capacidade de integrar a dose recebida podendo ser
arquivada e posteriormente analisada.
Contudo existem inúmeros desafios para se obter resultados fiáveis. Estes desafios
estão relacionados com o manuseamento, processamento e as características das próprias
películas.
Actualmente existem dois tipos de películas que são comercializadas para aplicação
em dosimetria fotográfica:
- Radiográficas, que têm como principal fabricante a Kodak da qual os modelos XOMAT e EDR2 são os mais populares.
-Radiocromáticas, fabricadas pela ISP na sua divisão denominada Advanced Materials
Group em que são produzidas películas de diferentes modelos sobre a marca GAFCHROMIC®.
Ambos os tipos de películas existentes têm especificações que serão analisadas neste
capítulo, sendo de referir desde já que a principal característica que as distingue é o modo de
revelação. Enquanto as películas radiográficas têm de ser sujeitas a um processo complexo de
revelação em condições extremamente controladas, as radiocromáticas são autoreveláveis
prescindindo de muitos controlos de qualidade necessários às primeiras.
Alguns modelos de películas radiográficas (EDR2 e XV2) e radiocromáticas
(Gafchromic®) são caracterizadas na tabela 3.1. A gama de dose e a sua dimensão são variáveis
que condicionam a sua utilização:
21
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Dosimetria Fotográfica
Tabela 3.1 – Características de diferentes películas (2) (5) (20).
Películas
Estrutura por
camadas
EDR2
XV2
GAFCHROMIC
MD-55-2
®
substrato camada activa substrato camada activa substrato
substrato camada activa substrato camada activa substrato
substrato camada activa adesivo - camada
activa - substrato
Substrato
Polyester
180µm
Polyester
180µm
Espessura
da
camada
activa
0,2µm
0,4µm
Gama
de
Dose
0,1Gy5,0Gy
0,05Gy0,8Gy
Dimensões
24,5 x
2
30,5cm
35 x 43cm
2
25 x 30cm
2
10 x 10 cm
Polyester
70µm
2x1,6µm
1Gy100Gy
18 x 18cm
7 x 43cm
GAFCHROMIC
HS
®
GAFCHROMIC®
RTQA
GAFCHROMIC
EBT
®
substrato camada activa substrato
substrato camada activa substrato
substrato camada activa adesivo - camada
activa - substrato
40 µm
Polyester
laranja
97µm
17 µm
Polyester
97µm
2x17 µm
0,5Gy40Gy
0,02Gy8,0Gy
0,01Gy8,0Gy
35,5 x
2
43,2cm
20,3 x
2
25,4cm
35,5 x
2
43,2cm
Processo
Complexo
Autoreveláveis
2
18 x 18cm
7 x 43cm
25,4 x
2
25,4cm
Processo
Complexo
2
2
10 x 10 cm
Polyester
100 µm
Revelação
2
2
Autoreveláveis
2
Autoreveláveis
Autoreveláveis
Da análise da tabela anterior conclui-se que as películas diferem em muitas
características tornando cada modelo único. Mesmo entre diferentes lotes da mesma película
existem diferenças. Como tal, é recomendado que para cada estudo se utilizem películas do
mesmo lote, para que não se introduza esta variável difícil de avaliar.
A definição correcta do setup de irradiação das películas, o controlo das diferentes
variáveis na revelação das películas radiográficas e a realização de testes com vista a obter um
processo de digitalização viável, são pontos mencionados nos protocolos da AAPM (1) (2)
como requisitos indispensáveis à implementação de um sistema de dosimetria fotográfica.
O densitómetro utilizado em dosimetria fotográfica é o scanner. As digitalizações
obtidas após a calibração do scanner, fornecem valores de OD, utilizados posteriormente na
análise de distribuições de dose.
22
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3.2.1 Densidade óptica (OD)
O efeito da radiação ionizante nas películas é medido em termos de opacidade
luminosa. Quanto maior for a opacidade da película mais elevada é dose depositada nela. Esta
variável é definida como OD:
(3.1)
onde I corresponde à intensidade luminosa da luz após atravessar a película e I0 à intensidade
luminosa da luz incidente. A relação entre OD e dose absorvida faz da dosimetria fotográfica
um método simultaneamente absoluto e relativo para a obtenção de mapas de fluência de
dose 2D. O que significa que é possível, por um lado, saber o valor de dose absoluta num
determinado ponto ou região da película irradiada, e por outro, a partir desse ponto específico
da película obter uma avaliação de dose em percentagem em toda a película (5).
A irradiação de películas é muitas vezes acompanhada da utilização de uma câmara de
ionização que permite conhecer a dose num determinado ponto da película, tipicamente no
centro. Conhecendo a OD da película no mesmo ponto, é possível estabelecer linhas de
isodose em toda a película irradiada.
Contudo o valor de OD é dependente de vários factores:
1. Sensibilidade da película
2. Energia da radiação
3. Tipo de radiação (fotões, electrões,etc)
4. Setup de irradiação
5. Dimensão do campo de irradiação
6. Orientação: paralela ou perpendicular
A correcta avaliação de todos os factores mencionados é determinante na coerência
dos resultados obtidos pois é com base na OD medida que se determina a dose absorvida por
uma película.
3.2.2 Películas Radiográficas
As películas radiográficas podem ser utilizadas em diversas situações: radiologia de
diagnóstico, radioterapia e protecção radiológica (21).
23
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
Este tipo de películas são compostas por diferentes camadas (Figura 2.2), entre as
quais se destaca a emulsão que constitui a camada radiossensível da película. A emulsão é
constituída por cristais de halogenetos de prata que se encontram dispersos em gelatina
produzida a partir de osso bovino. A gelatina é um excelente meio de suspensão pois mantém
os halogenetos de prata dispersos de forma homogénea e impede que se concentrem.
Camada protectora
Emulsão
Adesivo
Estrutura base da
película
Adesivo
Emulsão
Camada protectora
Figura 3.2 – Estrutura de uma película radiográfica.
As camadas externas da película são de polyester assim como a camada intermédia
que serve de base à película suportando a estrutura da película. Esta camada intermédia não
deverá apresentar nenhum padrão ou alterar a sua tonalidade após a irradiação, terá de ter
uma espessura reduzida e ser resistente para suportar o processo de revelação. Por fim deverá
ter uma estrutura estável que não se altere no processo de revelação nem durante o
armazenamento da película antes e depois de irradiada.
Os halogenetos de prata são os agentes reactivos das películas que se alteram quando
expostos à radiação. Os filmes usados para aplicações dosimétricas em radioterapia são
compostos por brometo de prata (AgBr) e iodeto de prata (AgI), a percentagem do primeiro é
sempre bastante superior variando entre os 90 a 99%. Quanto maior a percentagem de AgI
mais sensível é a película.
Os iões de prata (Ag+), bromo (Br-) e iodo( I-) organizam-se em cristais com estrutura
cúbica, com dimensões entre os 20-30nm. Existem 109 a 1012cristais/cm2 em cada película (2).
A radiação ionizante provoca alterações químicas na emulsão da película. O resultado
desta interacção é a chamada imagem latente.
24
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
3.2.2.1 Formação da Imagem Latente
Quando um electrão ou um fotão com energia suficiente para quebrar a ligação do
halogeneto de prata atinge a emulsão, provoca a ionização do ião Br-. Estes electrões
libertados irão dirigir-se para regiões do cristal com imperfeições. A concentração de electrões
nessa região irá atrair iões Ag+, ocorrendo algumas capturas electrónicas que resultarão em
átomos de Ag:
Ag+ + e-
Ag
(3.2)
Esta reacção repete-se com maior incidência em regiões expostas a radiação mais
energética e consequentemente em regiões com maior deposição de dose, formando-se
aglomerados de Ag+ mais densos, o que constitui a imagem latente. Após a exposição à
radiação a película terá de passar por vários processo químicos até poder ser analisada.
3.2.2.2 Processamento Químico
O primeiro processo designa-se por revelação. Nele a película é imersa numa solução
de diversos químicos que tem como objectivo incrementar a formação de Ag, equação 3.2.
Este processo não afecta os cristais que não foram expostos à radiação. Os químicos na
solução poderão ser a hidroquinona, metol ou fenidona, agentes redutores que catalisam a
reacção 3.1. Esta reacção é acelerada a um pH elevado, como tal na solução está também
presente potássio ou sulfito de sódio para que o pH se mantenha elevado.
A segunda solução na qual a película será imersa contém ácido acético, que ao fazer
baixar o pH, pára o processo de revelação. Sódio e amónio trifosfato para remover os cristais
de halogenetos de prata não revelados e alúmen de potássio que impede a absorção excessiva
de água pela emulsão.
Por fim a película é lavada em água pura e seca para posterior análise dosimétrica.
3.2.2.3 Equipamentos e controlo de qualidade
A utilização destas películas em meio hospitalar implica segundo Pai et al. (2) a
existência uma área própria para o seu manuseamento, sala escura, na qual se encontra o
25
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Dosimetria Fotográfica
processador que tratará a película para posterior análise. Elementos como a temperatura,
tempos de imersão no processador e a limpeza da sala escura são alguns aspectos que é
necessário controlar periodicamente. A tabela 3.1 especifica o tipo de testes, o procedimento
a tomar e a sua frequência:
Tabela 3.2 – Testes necessários ao correcto funcionamento de um sistema de dosimetria fotográfica
para películas radiográficas (2).
Teste
Procedimento
Frequência*
Limpeza da sala escura
Verificar a limpeza com uma luz branca
S
Protocolo do processo
Determinar a frequência das verificações com o
sensitometro através da reprodutibilidade do
processamento das películas
C
Ventilação
O ar terá de circular na sala escura com injector e
extractor de ar
C
Artefactos
Processar duas películas expostas idênticas em
diferentes direcções no suporte do processador e
verificar incoerências visualmente
C, S
Temperatura de revelação
Medir com termómetro e comparar com o indicado
no mostrador digital do processador.
C, S
Tempo de imersão
Cronometrar o tempo de processamento, cada ciclo
demora em média 90s
C, S
Sensitometria
Expor um filme ao sensitometro e avaliar a
densidade base, a penumbra, a densidade média e
a diferença de densidades.
C, S, P
Taxa de reposição
Verificar a necessidade de substituição das soluções
tendo em conta a estabilidade das leituras de OD na
sensitometria
C
Nível de penumbra
Tapar metade de uma película exposta e deixá-la na
sala escura durante 10x o tempo que a película
normalmente se encontra nesta sala. Medir a OD
das duas partes.
C
*C= commissioning, S=semanalmente, P= cada vez que o processador é utilizado
26
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
3.2.3 Películas Radiocromáticas
3.2.3.1 Processo químico, físico e radiação
As reacções cromotográficas produzem a coloração de um meio por acção da absorção
de radiação sem qualquer necessidade de um processo de revelação (13) (22). A equação 3.3
ilustra o processo que caracteriza as películas radiocromáticas:
Monómero rádio sensível
Radiação(gama,raio-x,UV)
(baixa tonalidade)
Polímero
(tom escurecido)
(3.3)
As películas radiocromáticas são instrumentos dosimétricos 2D que alteram a sua
tonalidade após exposição à radiação, podendo ser armazenados por um longo período de
tempo após a irradiação sem perder as suas características. O seu uso tem sido reportado de
há 35 anos para cá, inicialmente para o uso industrial em altas doses (23). Estes dosímetros
eram, na sua maioria, constituídos por moléculas hidrofóbicas como o trifenilmetano que ao
romper a ligação heterolítica com o grupo nitrilo, formava polímeros com uma cor
característica. As moléculas necessitam de um material de base no qual estavam contidas,
usualmente consistia em polímeros de estireno, vinil ou nylon. Estas películas necessitavam de
uma grande quantidade de dose, para que fosse visível alguma alteração de cor na película,
tipicamente na ordem dos 104 a 106 Gy. Actualmente o material utilizado como base é o
polietileno que permite o uso destes dosímetros para doses mais baixas, menores que 1Gy,
justificando-se assim a sua utilização em aplicações médicas.
O componente activo utilizado na composição destas películas é essencialmente um
polímero hidrocarboneto que é envolvido em diferentes reacções por acção da radiação.
Conversões ou dissociações isoméricas cis-trans que resultam em ligações anilícas, cetónicas,
enólicas ou outros rearranjos moleculares. Estas reacções de tautomerização originam ligações
duplas e conduzem à coloração de espiropiranos, ácidos orgânicos anílicos, estilbenos e outros
componentes policiclicos (24).
27
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Dosimetria Fotográfica
Na equação 3.4 está representada a polimerização do monómero ácido diónico
pentacosa-10,12 (PCDA) por acção da radiação. Este monómero é o utilizado nas películas
Gafchromic®.
(3.4)
A PCDA tem originalmente uma tonalidade azul clara. Por sua vez o poliacetileno,
resultado da irradiação, apresenta uma tonalidade mais escura que a do monómero inicial. As
imagens que se seguem exemplificam as alterações provocadas pela radiação na camada
sensível de uma película radiocromática:
Gelatina
- Microcristais do monómero.
Figura 3.3 – Camada activa de uma película radiocromática não irradiada.
Gelatina
- Microcristais do monómero..
- Polímero irradiado com uma dose baixa.
- Polímero irradiado com uma dose alta.
Figura 3.4 – Camada activa de uma película radiocromática exposta à radiação
28
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
Aumento da dose
absorvida pela
película
Figura 3.5 – Película radiocromática exposta a diferentes níveis de dose.
Na figura anterior é possível verificar o aumento do enegrecimento da película com o
aumento da dose absorvida. A dose absorvida e o enegrecimento estão relacionados pela OD,
descrita na equação 3.1, uma vez que o aumento da primeira proporciona o aumento do
enegrecimento e o consequente aumento da OD.
3.2.3.2 Películas Gafchromic® EBT
A utilização das películas radiocromáticas Gafchromic® EBT em dosimetria fotográfica
foi desenvolvida com o intuito de optimizar o antigo modelo MD desenvolvido pela ISP,
acrescentando-lhe mais sensibilidade e melhor uniformidade. Estas películas têm vindo a ser
utilizadas para testar os cálculos efectuados no sistema de planeamento (TPS) em radioterapia
conformacional 3D (25) e em IMRT (26) (27), e como comparativo com outros sistemas de
dosimetria para a CyberKnife® (28). As películas EBT confirmaram nestes estudos a sua
resolução espacial elevada e a sua versatilidade.
O lançamento oficial das películas Gafchromic® EBT para o mercado aconteceu na
conferência da American Society for Radiation Oncology's (ASTRO) realizada em Outubro de
2004, após 2 anos de desenvolvimento e posteriores testes em diferentes hospitais de todo o
mundo (20).
O elemento activo destas películas é um monómero radiossensível (Equação 3.4)
microcristalino que é disperso em gelatina. Esta por sua vez é revestida por uma camada de
polyester, a qual tem um papel protector do elemento activo. Entre as duas camadas activas
que compõem as EBT existe uma camada de suporte composta pela mesma gelatina onde
estão contidos os microcristais.
29
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
A estrutura das películas é ilustrada no diagrama seguinte:
Figura 3.6 – Corte transversal de uma película Gafchromic® EBT (20).
No que se refere ao processo de fabrico este ocorre em 4 fases (29):
1. Produção de rolos dos três componentes: polyester, gelatina com microcristais e
apenas gelatina.
2. Junção de uma cama da polyester a uma camada de gelatina com microcristais,
produzindo-se dois rolos idênticos compostos por bicamadas.
3. União das duas bicamadas recorrente a uma camada intermédia de gelatina.
Constituindo-se assim um rolo de película Gafcromic® EBT.
4. Por fim o rolo de película é cortado nas dimensões especificadas, as películas são
inspeccionadas, embaladas e enviadas para distribuição.
Todo este processo ocorre de acordo com a current Good Manufacturing Practice (cGMP)
definida pela Food and Drug Administration (FDA) comum para as películas radiográficas. Esta
entidade atribui-o às películas Gafchromic® EBT a Classe I referente à classificação de
dispositivos médicos. Esta classificação corresponde ao nível mais baixo de risco na sua
utilização (30).
A empresa ISP, fabricante destas películas, divide em duas categorias as vantagens do uso
destas películas em meio clínico (20). Os benefícios técnicos incluem:

Sensibilidade para doses entre os 1cGy e os 800cGy.

As alterações no tom de enegrecimento da película estabiliza pouco tempo após a
exposição à radiação.

Uniformidade melhor que 1.5%.

Resolução espacial elevada.

Pode ser manuseada numa sala luminosa, pois a luz artificial não interage com a
película, eliminando a necessidade de uma sala escura.

É resistente à água, podendo portanto ser utilizada em fantoma de àgua.

Suporta temperaturas até 70ºC
30
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
Relativamente a benefícios económicos, são mencionados os seguintes:

Auto-revelação. Dispensa tratamento após irradiação, eliminando-se a necessidade de
um equipamento de revelação.

Elimina desperdícios químicos.

Fácil de cortar e marcar.
o
Com a mesma película, podem ser feitos diferentes cortes com a
dimensão e forma mais conveniente, evitando-se desperdícios.

Preço competitivo comparado com os filmes convencionais. Uma caixa de 25 unidades
de películas com a dimensão 20,3 x 25,4cm2 custa aproximadamente €300.
Na tabela 3.3 é possível analisar a composição atómica destas películas. O número
atómico efectivo (Zeff) é calculado de acordo com McCullough e Holmes (31). Tendo em conta
o Zeff da água (7,3) o valor das películas EBT é muito próximo, sendo assumido portanto que
estas películas são tecido equivalente. As películas Gafchromic® MD-55 possuíam um Zeff≈6,5.
Este aproximar do Zeff constitui mais uma melhoria em termos da optimização da estrutura
atómica das películas EBT.
Tabela 3.3 – Composição atómica e Zeff das películas Gafchromic® EBT.
Composição Atómica
O
N
C
H
42.3%
39,7%
16,2%
1,1%
Li
CI
0,3%
0,3%
6,98
Uma outra característica das películas EBT, particularmente importante para o
processo de digitalização no scanner é o espectro de absorção da luz visível (Gráfico - 3.1).
Absorvância
Gráfico 3.1 - Espectro visível das películas Gafchromic® EBT (32).
Comprimento de onda (nm)
31
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
O máximo do gráfico anterior encontra-se centrado aproximadamente nos 635nm, o
que corresponde à banda do vermelho. Será por isso nesta zona do espectro onde a película é
mais sensível. A análise dosimétrica destas películas é, por isso, realizada na banda do
vermelho. O scanner utilizado terá obrigatoriamente o canal do vermelho, caso contrário a
análise fica comprometida podendo levar a resultados erróneos.
3.3 Comparação com outros sistemas dosimétricos
Outros métodos de dosimetria utilizados incluem: câmaras de ionização (CI),
detectores de diodos e dosimetros termoluminescentes (TLDs). Na tabela seguinte é feita uma
análise qualitativa das características de diferentes sistemas de dosimetria:
Tabela 3.4- Características de diferentes sistemas dosimétricos (33).
Sistemas
dosimétricos
Gafchromic®
Mapcheck,
Matrixx, PTW
seven29
Películas
Radiocromáticas
Auto reveláveis
Matrizes de
Diodos / Câmaras
de ionização
Elevada
Baixa
Elevada
Elevada (baixando
com o tempo)
Elevada
Rápido
O mais rápido
Rápido
Lento
Lento
Sim
Não
Não
Não
Sim
Vasta gama
de doses
Sim
Sim
Sim
Sim
Satura antes dos
500cGy
Independente
da energia
Sim
Não
Não
Não
Não
Versatilidade
Sim (utilizável
com diferentes
fantomas)
Não
Não
Não
Sim (utilizável com
diferentes
fantomas)
Pouco
Algum
Algum
Algum
Pouco
Baixo
Médio
O mais elevado
Elevado
Médio
Modalidade
Resolução
espacial
Tempo de
análise
Análise de
vários
campos com
diferentes
angulações
de gantry
Tempo de
aprendizagem
Custo de
capital
EPID
Imagem Portal
Kodak CR Plate
Placas de fósforo
reutilizáveis
32
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Películas
convencionais
Películas
Radiográficas
Dosimetria Fotográfica
As câmaras de ionização são recomendadas por diversas organizações (34) (35) como
instrumento dosimétrico para calibração e medição de dose em radioterapia inclusive como
sistema integrado juntamente com fantoma de água para análise da distribuição de dose (36).
Contudo existem algumas condicionantes no uso de CIs para medições de dose. A informação
proveniente de uma CI é selectiva e com pouca resolução uma vez que os dados lidos estão
dependentes do seu volume e do espaço entre leituras. Outro factor condicionante é o tempo
de leitura relativamente longo (ex. medição de perfis em fantoma de água). Calcina et al. (37)
estudou comparativamente o uso de TLDs, películas e câmaras de ionização na medição de
dose para campos de irradiação pequenos observando, no final, constrangimentos relativos à
resolução espacial dos TLDs e desvios mais significativos associados a medições efectuadas
com CIs comparativamente com outras técnicas.
A introdução de colimador multilâminas (MLC), a utilização de filtros e o aparecimento
de técnicas cada vez mais complexas em radioterapia como a seja a radioterapia de
intensidade modulada (IMRT), a radioterapia guiada por imagem (IGRT) ou o arco
conformacional dinâmico (IMAT), requerem sistemas de câmaras de ionização, TLDs ou díodos
mais complexos e consequentemente mais dispendiosos. A dosimetria fotográfica surgiu então
como alternativa às metodologias referidas pela sua multifuncionalidade em diferentes tipos
de fantomas, incluído fantoma de água, e aplicabilidade nas diferentes técnicas utilizadas
actualmente em radioterapia.
33
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
Capítulo 4 – Materiais e Métodos
35
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
Dosimetria Fotográfica
4.1 Acelerador linear
O dispositivo existente no centro clínico do SAMS é o acelerador linear Varian Clinac®
2100 CD. Neste equipamento está instalado um sistema de colimador multi-lâminas (MLC)
Varian modelo Millenium® de 120 lâminas, e um sistema de imagem portal de silício amorfo
designado por Portal Vision aS500 da Varian Medical Systems.
Figura 4.1 – Acelerador Varian Clinac® 2100 CD do centro clínico do SAMS.
Neste acelerador linear estão instaladas as energias de 6MV e 16MV para fotões e 6, 9,
12, 15 e 18 MeV para electrões. Relativamente à taxa de dose que o equipamento debita, tem
como valor mínimo 100 UM/min podendo atingir as 600UM/min. A taxa de dose utilizada foi
de 300UM/min pois é uma taxa estável e como tal utilizada nos tratamentos diários.
4.2 Sistema de Planimetria (TPS)
O TPS instalado no centro clínico do SAMS é o Eclipse® versão 8.1 da Varian Medical
Systems. Esta aplicação permite a realização de planimetrias de diferentes tipos de tratamento
incluindo radioterapia conformacional 3D, IMRT e braquiterapia.
37
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
O recurso a esta aplicação é justificada pelo facto de a análise gama realizada se basear
na comparação de planos de dose do sistema de planeamento com os planos de dose
resultado da irradiação das películas.
Para efectuar os cálculos de dose foi necessário realizar uma imagem tomografia
computorizada (TC) ao fantoma de placas de água sólida, que foi posteriormente importada
para o TPS.
Figura 4.2 – TAC ao fantoma de placas de água sólida utilizado.
4.3 Ionometria
Em radioterapia a ionometria constitui-se como a ferramenta de eleição para leituras
de dose, sendo a sua utilização regulamentada desde à muito pela IAEA nos Technical Reports
Series (TRS)-277, TRS-381 e o mais actual o TRS-398. Em dosimetria fotográfica, a ionometria é
utilizada como instrumento de controlo de dose num determinado ponto da película. Na
construção da curva de calibração OD para Dose, é este o sistema utilizado para determinar a
dose que cada película recebeu.
As câmaras de ionização são dosimetros gasosos, podendo apresentar diferentes
estruturas e dimensões consoante o fabricante e as condições de medida a que se destinam.
As câmaras de ionização podem ser de dois tipos:

Câmaras cilíndricas – possuem uma estrutura cilíndrica, permitindo leituras de dose para
feixes em qualquer angulação de incidência.
38
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
Figura 4.3 – Exemplo de uma câmara de ionisação cilíndrica.

Câmaras planas de placas paralelas – possuem uma estrutura circular, permitindo apenas
a leitura de dose para feixes perpendiculares à sua superfície. Devido ao seu formato, com
o volume activo de espessura reduzida e uma área de contacto plana, são tipicamente
utilizadas para leituras de dose em feixes de electrões (figura 4.4).
Figura 4.4 – Exemplo de uma câmara de ionização plana de placas paralelas.
4.3.1 Princípios Físicos
A ionometria tem por base a utilização de uma câmara de ionização associada a um
electrómetro e muitas vezes entre estes existe também um cabo de ligação, constituindo este
conjunto o sistema de ionometria. Neste sistema, cada elemento tem uma função específica e
indissociável dos restantes.
Uma câmara de ionização possui um volume de gás definido como o volume activo,
que se encontra confinado entre dois eléctrodos: eléctrodo de polarização e eléctrodo
colector. Por intermédio do electrómetro é estabelecida uma diferença de potencial com um
valor definido pelas especificações da câmara, variando entre os 200 e os 500V (9).
A interacção do gás que se encontra no interior da câmara com a radiação provoca a
ionização das suas moléculas formando-se pares ião positivo-electrão. A diferença de potencial
entre os eléctrodos ou potencial de polarização, tem como consequência a deslocação dos
39
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
electrões no sentido do ânodo e os iões positivos no sentido do cátodo originando-se assim
uma corrente eléctrica. Esta é registada pelo electrómetro através da integração da corrente
eléctrica transmitida pela câmara de ionização. A conversão para dose é realizada pelo próprio
electrómetro através da aplicação da expressão, mencionada no protocolo TRS-398:
(4.1)
– dose medida pelo electrómetro em Gy.
– carga eléctrica detectada pelo electrómetro em Columb (C).
– factor de calibração característico de cada câmara em Gy/C.
- factor de correcção para a qualidade do feixe
O
é um factor introduzido no electrómetro que converte carga eléctrica em
dose. A sua obtenção resulta de um procedimento de calibração realizado num laboratório
secundário, que no caso do equipamento utilizado neste trabalho é o Instituto Tecnológico e
Nuclear (ITN). O procedimento consiste em colocar a câmara a calibrar num fantoma de água à
distância foco superfície (DSF) de 100cm e a 5cm de profundidade no centro do feixe de Co60,
com um campo de 10x10cm2. As condições ambientais de referência correspondem à
temperatura de 20ºC, à pressão de 1013mbar e à humidade de 50%. Depois da irradiação a
carga medida (M) é relacionada com o valor de dose considerado verdadeiro (Dw) segundo a
equação:
(4.2)
O Dw corresponde à dose medida nas mesmas condições, por uma câmara de
referência calibrada no laboratório primário Bureau International des Poids et Mesures, Paris.
O último factor da equação associa uma determinada energia a uma câmara de
ionização. No caso dos fotões o kQ é calculado através de uma tabela fornecida pelo protocolo
TRS-398 que relaciona o factor de qualidade do feixe Tissue-phantom ratio in water (TPR20,10)
com o kQ. Após obter a equação do gráfico correspondente à tabela mencionada é encontrado
o factor de qualidade para o feixe em análise através da equação:
TPR20,10= 1,2661 PDD20,10 – 0,0595
40
Pedro Carreira
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(4.3)
Dosimetria Fotográfica
na qual PDD20,10 corresponde à razão entre a percentagem relativa à deposição máxima de
dose (Dmax) aos 10cm e aos 20cm de profundidade. O seu valor obtém-se com as seguintes
condições de irradiação em fantoma de água:

DSF de 100cm.

Campo de 10x10cm2.

Leituras no centro do campo radiativo.
Relativamente aos feixes de electrões, a metodologia é semelhante apenas o factor de
qualidade do feixe passa a ser o R50 que corresponde à profundidade em que a deposição de
dose é 50% do Dmax.
Os valores de kQ utilizados são os que constam da seguinte tabela:
Tabela 4.1 – Valores de kQ.
Energia
kQ
6MV
0,9962
16MV
0,9784
6MeV
0,94
9MeV
0,926
12MeV
0,911
4.3.2 Sistema Ionométrico
O sistema ionométrico utilizado neste trabalho é composto pelos seguintes elementos:

Electrómetro: Scanditronix Wellhofer Dose 1, com uma tensão aplicada de
+300V e com correcção de background activa.

Câmara
de
ionização
cilíndrica:
Scanditronix Wellhofer CC13-6971. Esta
câmara foi utilizada para irradiações com
feixes de fotões. O volume activo desta
câmara corresponde a 0,13cm3.
Figura 4.5 – Câmara de ionisação CC13.
41
Pedro Carreira
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Figura 4.6 – Desenho das dimensões da câmara de ionização CC13.

Câmara de ionização plana de placas
paralelas: Scanditronix Wellhofer PPC40.
Esta câmara possui um volume activo de
0,4 cm3. Foi utilizada em irradiações com
electrões
Figura 4.7 – Câmara de ionisação PPC40.
Figura 4.8 – Desenho das dimensões da câmara de ionização PPC40.

Cabo standard da marca marca Scanditronix Wellhofer.
4.3.2.1 Estabilidade do sistema ionométrico
A irradiação das películas foi antecedida pela aquisição do factor de estrôncio (kSr90),
num processo designado por estabilidade do sistema ionométrico. Para ambas as câmaras a
PPC40 utilizada na leitura de electrões e a CC13-6971 para a leitura de fotões foram adquiridos
os respectivos kSr90.
Este procedimento tem como objectivo determinar o erro associado às leituras de
dose que cada câmara apresenta. Tendo como referência um elemento radioactivo com um
decaimento conhecido é possível comparar o valor de dose registado pelo sistema ionométrico
e o teórico referente à data de realização das leituras de dose, com base na equação do
decaimento radioactivo para o 90Sr:
(4.4)
N - leitura teórica actual.
42
Pedro Carreira
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N0 - valor de referência.
TL - data da leitura actual.
TR - data da leitura de referência.
T1/2 - tempo de meia vida 10475,5 dias.
Em baixo, é apresentada a tabela criada para o registo dos diferentes factores que
estão associados ao cálculo de dose que as películas são irradiadas.
Tabela 4.2 – Registo de dados para a estabilidade da câmara de ionização CC13-6971 para a energia de 6MV.
Condições
Pressão Atmosférica (mbar):
Temperatura (ºC):
Factor kPT:
Leituras (mGy)
1010,4
22,5
1,0114
Leitura 1
Leitura 2
Leitura 3
Leitura 4
Leitura 5
Média
75.06
74.93
74.91
74.94
74.92
74.95
Estabilidade
Leitura Ref Sr90:
Data Ref Sr90:
Leitura Teórica actual:
Data actual:
Estabilidade:
Factor kSr90:
76,19
29-Jun-09
75,92
2-Out-09
0,23%
1,009
Na coluna das condições encontra-se o valor da pressão e temperatura usados para o
calculo do factor kPT :
(4.5)
T0 – temperatura de referência, 20ºC.
P0 – pressão de referência, 1013mbar.
T- temperatura a que se realizou as leituras em ºC.
P- pressão a que se realizou as leituras em mbar.
Este factor pretende compensar a diferença entre as condições de referência (20ºC e
1013mbar), definidas pelo National Institute of Standards and Technology (NIST), nas quais a
câmara de ionização foi calibrada, e as condições de pressão e temperatura que se registam no
momento da leitura.
Na coluna central da tabela 4.2 encontram-se as leituras de dose indicadas pelo
electrómetro com a câmara colocada na fonte de Sr90 e a respectiva média. O valor médio de
dose é posteriormente utilizado para calcular a estabilidade da câmara e o factor de estrôncio
(kSr90), valores estes registados na terceira coluna.
A estabilidade da câmara corresponde à diferença em termos percentuais entre a
leitura teórica calculada através da equação 4.4 e a média das leituras obtidas corrigida pelo
factor kPT. Esta percentagem permite concluir em relação à estabilidade do sistema
ionométrico. Caso a diferença entre as leituras registadas e a teórica seja em módulo superior
43
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a 2%, é preferível voltar a obter leituras pois o sistema não está estável. O kSr90 é expresso pela
razão entre o valor teórico e a média das leituras.
O kSr90 são factores que entrarão na correcção das leituras do electrómetro nas
irradiações com o objectivo de corrigir a instabilidade do sistema.
4.4 Fantoma
O fantoma de placas de água sólida foi o modelo SP34. O material que o constitui é um
composto denominado RW3 (98% de poliestireno branco e 2% de óxido de titânio (TiO2)). Cada
placa apresenta um área de dimensão 30 x 30 cm2 e espessura variável entre, 0,1 cm e 1 cm.
Recorreu-se também a duas placas com 2 cm de espessura, distintas no seu interior pois são
especialmente desenhadas para a inserção das duas câmaras de ionização utilizadas.
Figura 4.9 – Fantoma SP4 colocado na mesa de tratamentos.
4.5 Películas Radiocromáticas
As películas radiocromáticas utilizadas correspondem ao modelo Gafchromic® EBT com
o número de lote 47261-061. Estas películas são disponibilizadas pelo fabricante em caixas que
contêm 25 películas cada com uma a área de 20,3 x 25,4 cm2. De forma a prevenir a sua
degradação são colocadas dentro de um envelope opaco e separadas por uma fina folha de
papel vegetal que previne a fricção entre as películas. O seu manuseamento foi efectuado
segundo as recomendações do fabricante, utilizando sempre luvas de borracha para evitar a
criação de artefactos aquando da sua digitalização.
44
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
O armazenamento destas películas respeitou também as recomendações do
fabricante, que prevê que as películas sejam mantidas dentro do envelope e da respectiva
caixa, mesmo após a sua irradiação, num local seco, a uma temperatura ambiente e sem
incidência de qualquer fonte luminosa.
4.5.1 Identificação das películas
De modo a identificar a face superior da película, que ficou voltada para a gantry,
assim como caracterizar cada película após a irradiação, algumas referências são escritas nos
extremos desta com uma caneta de acetato.
Sentido da Gantry
Data
Energia
Dose
Figura 4.10 – Identificação de uma película irradiada.
4.6 Irradiação das películas Gafchromic® EBT
As películas foram irradiadas com recurso a uma fantoma de placas de água sólida
descrito no ponto 4.4. Este serviu de meio dispersor e de build-up. Todas as irradiações foram
realizadas com câmara de ionização para controlo dosimétrico. Esta estava colocada numa
placa com uma inserção específica, por debaixo desta foram colocadas mais 4 placas de água
sólida de modo a que seja registada o efeito da retrodispersão. A espessura de build-up variou
consoante a finalidade da irradiação.
45
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
Figura 4.11 – Setup de irradiação das películas.
Tendo em conta que em muitos dos procedimentos descritos no capítulo 5,
nomeadamente na recta de calibração das películas, é necessário determinar a dose exacta
que a película irradiada recebeu, recorreu-se ao sistema ionométrico.
O método utilizado é descrito nos seguintes pontos:

Apenas com a câmara de ionização, com o mesmo build-up e distância foco superfície
(DFS) que a película será irradiada, prescrever no sistema controlo do acelerador linear
as unidades monitores correspondentes à dose que se pretende. Registar 3 leituras.
 De seguida são adicionadas mais placas de modo que câmara de ionização fique à
profundidade que ficará quando a película for irradiada, relativamente à DFS.
 São efectuadas mais 3 leituras com as mesmas unidades monitor. Obtendo a razão
entre a média das 3 primeiras leituras e das 3 últimas é encontrado o factor que
converte a dose registada à profundidade onde se encontra a câmara de ionização e a
profundidade em que se encontra a película. Este factor é denominado por factor de
profundidade (kf).
 A dose que a película recebe é calculada segundo a equação:
(4.5)
D – dose recebida pela película.
DM – dose medida pelo electrómetro.
kf – factor de profundidade.
kSr90 – factor de estrôncio .
kQ – factor de qualidade do feixe.
kPTi – factor de pressão e temperatura no momento da irradiação.
kPT - factor de pressão e temperatura no momento da estabilidade.
46
Pedro Carreira
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Figura 4.12 – Película colocada no fantoma de placas de água sólida.
4.7 Scanner
Em dosimetria fotográfica, o scanner funciona como um dosimetro, no sentido em
que, é com base na imagem obtida pela digitalização das películas que se estabelece a dose
que a película recebeu.
O scanner utilizado neste trabalho é um Epson® Expression® 10000XL Photo,
recomendado pelo fabricante das películas Gafchromic® EBT. Este dispositivo possui uma
unidade de transparências acoplada que permite a leitura de películas por transmissão. A
mesa de leitura tem as dimensões de uma folha de tamanho A3, o que diminui as restrições na
colocação da película para digitalização, permitindo leituras mais homogéneas. A conexão com
o computador é realizada através da porta USB 2.0.
4.7.1 Digitalização das películas
De modo a garantir imagens com qualidade e que ao mesmo tempo fossem possíveis
de analisar em MatLab® e no OmniPro® IMRT, todas as imagens obtidas têm as seguintes
características:

Resolução – 72dpi, está dentro do intervalo recomendado pelo fabricante das
películas, 70-75dpi (38), não tornando a imagem demasiado pesada para
processamento.

Tipo – 48bits, é o número máximo de bits que o scanner tem a capacidade de capturar,
conseguindo-se desta forma uma gama de 216 tonalidades de cor em cada canal RGB.

Extensão – .tiff, esta é a extensão requerida pelo programa OmniPro® IMRT.

Correcção de cor – desactivada, para que a imagem obtida corresponda ao original.
47
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica

Distância de focagem – 0mm, que corresponde à posição sobre o vidro da mesa de
digitalização.

Posicionamento da película na mesa do scanner – de forma a garantir um correcto
posicionamento das películas na mesa de digitalização, recorreu-se a uma referência
métrica fixa no sentido longitudinal e a uma outra móvel para o sentido transversal.
Estas referências permitem colocar as películas no centro da mesa, garantindo-se que
em todas as digitalizações as películas se encontram na mesma zona da mesa do
scanner. Permitindo maior reprodutibilidade nas digitalizações.
Figura 4.13 – Referências métricas colocadas na mesa de digitalização para alinhar as películas.

Tempos de digitalização – cada imagem é adquirida após 5 digitalizações de
aquecimento. Entre aquisições o scanner encontra-se desligado pelo menos 10min.
Desta forma é garantida a reprodutibilidade da digitalização como foi confirmado por
Ferreira et. al (39).
4.8 Programas de processamento de imagem e análise
dosimétrica
Os programas a que se recorreu neste trabalho possibilitaram extrair de cada película
digitalizada informação relevante para a avaliação das características destas como também
para a optimização do processo dosimétrico.
48
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
O programa MatLab® 7.0.1, graças à sua multifuncionalidade, permite criar rotinas
para obter a média de diferentes imagens, aplicar filtros correctivos e outro tipo de
manipulações de imagem, nas quais o utilizador tem a capacidade plena de controlar o
processo.
O programa adquirido pelo SAMS para análise dosimétrica foi desenvolvido pela Iba
Dosimetry GmbH, tendo o nome de OmniPro® IMRT versão 6.1. Este programa permite
avaliação de dose com recurso a matrizes de díodos ou de câmaras de ionização, assim como à
dosimetria fotográfica. Respeitante a esta última, utilizada neste trabalho, o programa possui
uma aplicação específica na qual são criadas as curvas de calibração e calibradas as imagens
para posterior análise. As análises possíveis consistem em perfis, isodoses e comparação de
distribuições; nesta última a análise gama foi a eleita para a comparação entre planos de dose
calculados no sistema de planimetria e imagens de películas.
4.9 Análise Gama
Em radioterapia conformacional e em especial em técnicas de tratamento mais
complexas como IMRT ou IMAT, que requerem verificações muito exigentes, a procura de
novos instrumentos de controlo, comparação e avaliação dosimétrica, tem sido uma aposta
necessária para a validação dos tratamentos com recurso a ferramentas dedicadas muito
precisas (40).
A análise quantitativa entre distribuições de dose através de uma análise DTA aliada à
diferença de dose foi proposta por Low et al. (41). Esta ferramenta foi denominada “γ
evaluation method” e permite análises de distribuições de dose a 2D e 3D, fornecendo um
índice γ que quantifica a coincidência entre duas distribuições. A comparação entre
distribuições de dose tem vindo a ser aplicada em diversas circunstâncias, nomeadamente
entre o algoritmo de cálculo de um TPS comercial e cálculos em Monte Carlo (42), entre
imagens de um dispositivo EPID e o cálculo do TPS (43) bem como entre imagens de películas e
o cálculo do TPS (44).
Este trabalho é mais um exemplo de comparação entre a distribuição de dose
calculada por um TPS, neste caso o Ecplise®, e imagens de películas, sendo o modelo utilizado
as Gafchromic® EBT. Como já foi mencionado o programa utilizado para realizar a análise gama
foi o OmniPro® IMRT.
49
Pedro Carreira
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A análise gama tem os seguintes elementos como inputs da comparação:
rm – posição do ponto de referência.
rc – posição do ponto de comparação relativa ao ponto de referência.
dM – limite de aprovação para a distância.
DM – limite de aprovação para a dose.
Dc(rc) – dose calculada em rc.
Dm(rm) – dose calculada em rm.
Com base nos inputs definidos, o OmniPro® IMRT baseia a sua comparação entre
planos de dose na seguinte definição:
γ(rm) = min{ Γ(rm , rc ) }
{rc}
(4.6)
onde,
(4.7)
e,
(4.8)
(4.9)
Os limites de aprovação definidos neste trabalho, corresponderam a uma margem de
3mm de distância e 3% de diferença de dose entre o ponto de referência e os pontos de
comparação. Estes valores são os típicos utilizados na literatura (3) (4) (42) (43).
O critério de aprovação da análise gama é baseado nos seguintes resultados:
se γ(rm) ≤ 1, o cálculo é aprovado, caso γ(rm) > 1, o cálculo falha.
Como meio de representar o conceito de avaliação espacial e de dose
simultaneamente executada pela análise gama é apresentado gráfico 4.1.
50
Pedro Carreira
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Gráfico 4.1 – Análise gama.
Neste gráfico o ponto de comparação, representado pelo círculo vermelho, está a uma
distância Δr do ponto de referência e possui uma diferença de dose de ΔD. Verifica-se que
excede a distance to agreement (DTA), mas a diferença de dose é menor que a diferença
máxima permitida. Considerando este cenário esta comparação pode passar os critério de
aprovação, caso a diferença de dose seja muito baixa.
51
Pedro Carreira
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Capítulo 5 - Procedimento, Resultados e
Análise
53
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5.1 Testes de Validação
5.1.1 Determinação do valor máximo de OD do scanner Epson
Expression 10000XL Photo
A metodologia deste teste baseia-se no procedimento descrito na ISO 21150:2004
(45). Neste documento consta um conjunto de cálculos necessário à determinação do valor
máximo de OD que um scanner tem a capacidade de ler. Foi criado um documento no
programa Microsoft Excel no qual se introduziram e processaram os dados adquiridos.
Este procedimento foi efectuado com recurso a uma película com 33 níveis de cinza
(step film) correspondentes aos seguintes valores de OD:
Tabela 5.1 – Película e OD correspondentes a cada nível.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
Step
OD
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
3,83
0,06
0,16
0,29
0,41
0,54
0,66
0,77
0,89
1,01
1,13
1,23
1,34
1,47
1,58
1,71
1,84
1,97
2,09
2,21
2,32
2,44
2,56
2,66
2,79
2,93
3,05
3,17
3,29
3,40
3,53
3,63
3,73
55
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5.1.1.1 Digitalização da Película
A imagem da película foi adquirida com as seguintes configurações de leitura do
scanner:

Modo de digitalização: Profissional.

Tipo de documento: Película Positiva.

Tipo de imagem: 48bits cor RGB.

Resolução: Máxima possibilitada pelo scanner 12800 dpi.

Máscara suavizante: Activa.

Exposição automática: Activa.
A película foi colocada no centro da mesa de leitura do scanner, como é descrito no
ponto 4.7.1. Foram realizadas dez leituras, onde em cada uma das quais foram considerados os
treze níveis de OD superior, 22 a 33 e 1. Esta selecção é feita com base no estudo realizado a
diferentes scanners pela National Software Testing Labs (NSTL) (46) , que por sua vez
referencia a ISO 21550:2004. No estudo da NSTL foi suficiente a aquisição dos dados dos treze
níveis de OD superiores da mesma película, para os 12 scanners de diferentes marcas,
testados.
Para cada nível considerado foram obtidos os valores dos três componentes da
imagem RGB (RedGreenBlue), recorrendo à ferramenta densitómetro do programa de
digitalização fornecido com o scanner, com uma área de interesse de 3x3pixeis.
5.1.1.2 Cálculos
1. Peso do sinal de saída (Y).
Este factor associa a cada componente do sinal RGB uma determinada ponderação de
acordo com a equação:
Y(i) = 0,2126.R(i) + 0,7152.G(i) + 0,0722.B(i)
(5.1)
(i)- número do nível analisado.
R – componente vermelha da imagem.
G – componente verde da imagem.
B – componente azul da imagem
Em cada digitalização foi calculado este factor para cada nível analisado, totalizando-se
10 valores correspondentes ao mesmo número de digitalizações da película. Foi
56
Pedro Carreira
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posteriormente calculada a média desses valores que será utilizada no cálculo 3 relativo ao
ganho.
2. Transmissão (T).
O cálculo da transmissão de cada nível tem em conta a sua OD, segundo a equação:
T (i)=-10-OD
(5.2)
(i) - número do nível analisado.
3. Ganho (g).
O ganho reflecte a diferença entre o sinal do nível de OD anterior e posterior ao nível
analisado, tendo sido obtido para os níveis de interesse 23 a 33. Os níveis 21 e 1 que se
encontram nos extremos da amostra, entram apenas nos dois primeiros cálculos, uma vez que
o nível anterior ao 21 não é considerado de interesse, e o posterior ao 33 não existe.
A equação do ganho relaciona o Y e a T dos níveis vizinhos ao analisado:
(5.3)
(i) - número do nível analisado.
T (i) – transmissão do nível OD.
Y (i) – media do peso do sinal do nível i.
g (i) – ganho incremental do nível i.
4. Desvio padrão (σ).
O cálculo do desvio padrão (σ) de cada nível de OD implica o cálculo prévio do σ
relativo ao Y relativo às 10 leituras efectuadas de cada nível, e do σ correspondente há
diferenças dos valores do R e B de cada nível e o respectivo Y. Estes σ combinam-se na
seguinte equação:
σ (i) = *σ (Y) 2 + 0,64.σ (R-Y) 2 + 0,16.σ (B-Y) 2]1/2
(5.4)
σ(i) – desvio padrão do nível (i).
σ(R-Y) - desvio padrão da diferença entre o canal R e o peso Y.
σ(B-Y) - desvio padrão da diferença entre o canal B e o peso Y.
57
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5. Razão Sinal Ruído (S/R).
A expressão deste factor corresponde à razão entre a multiplicação do peso do sinal e
do ganho pelo desvio padrão do respectivo nível de OD:
(5.5)
T (i) – transmissão do nível OD.
g (i) – ganho incremental do nível i.
σ (i) – desvio padrão do nível i.
5.1.1.3 Análise da Razão Sinal Ruído (S/R)
Na próxima tabela estão registados os resultados dos cálculos indicados no ponto
anterior. A análise dos resultados irá basear-se no valor obtido no cálculo da razão sinal ruído.
Segundo a ISO21550:2004 o último valor de OD para a qual esta razão possui um valor acima
de 1 corresponde à OD máxima que o scanner tem a capacidade de ler. Isto é, para valores de
OD muito elevados o ruído do sinal é tendencialmente maior que o próprio sinal transmitido,
não fazendo por tanto sentido considerá-los como pontos de uma recta de calibração.
Tabela 5.2 – Resultados dos cálculos efectuados (Epson Expression 10000XL Photo, 12800dpi, Película
positiva, mascara suavizante, autoexposição).
Nível
OD
Transmissão
Peso do sinal
Ganho
T
Y
g
Desvio
Razão sinal ruído
Padrão
σ
23
2,56
0,0028
15,05
1218,16
0,90
3,73
24
2,66
0,0022
14,29
1420,30
0,98
3,19
25
2,79
0,0016
13,45
1520,89
0,70
3,53
26
2,93
0,0012
12,75
2072,36
0,74
3,31
27
3,05
0,0009
12,02
1877,78
0,69
2,44
28
3,17
0,0007
11,77
2032,63
0,84
1,64
29
2,29
0,0005
11,29
2906,32
0,97
1,54
30
3,40
0,0004
10,96
4193,58
1,14
1,47
31
3,53
0,0003
10,39
3863,66
0,79
1,43
32
3,63
0,0002
10,26
3650,56
0,73
1,17
33
3,73
0,0001
10,01
4106,8
0,73
1,05
58
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Passando para um gráfico os valores de S/N em função de OD resulta o seguinte
gráfico:
Sinal/
Ruído
Gráfico 5.1 – Razão Sinal Ruído em função da OD para o scanner Epson Expression 10000XL Photo.
5,5
5
4,5
4
Razão Sinal Ruído
3,5
3
y = 82,333e-1,174x
2,5
Exponencial (Razão
2
Sinal Ruído)
1,5
1
0,5
0
2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8
OD
É possível observar que não existe nenhum valor de OD com S/R inferior a 1. Sendo
assim não é possível identificar um valor de OD máximo que o scanner tem a capacidade de
ler. Da informação retirada dos resultados apresentados, conclui-se que o valor máximo de OD
que se pretende identificar é igual ou superior a 3,73. A conclusão deste teste vai ao
encontro das especificações do fabricante que aponta o valor de 3,8 para OD máxima
lida pelo scanner em estudo (47).
No relatório já mencionado, publicado pela NSTL, foram obtidos resultados
muito variados que são resumidos na seguinte tabela:
Tabela 5.3 – Resultados do estudo realizado pela NSTL.
Scanner
Resolução Máxima (dpi)
OD Máxima
Epson Perfection 3490 Photo
3200
3,2
Epson Perfection 4490 Photo
4800
Acima de 4,0
Epson Perfection 4990 Photo
4800
Acima de 4,0
Epson Perfection V700 Photo
6400/4800
Acima de 4,0
Canon CanoScan 4200F
3200
Inferior a 3,0
Canon CanoScan 8400F
3200
Inferior a 3,0
Canon CanoScan 9950F
4800
Inferior a 3,0
HP ScanJet 4370
3600
3,0
HP ScanJet 4850
4800
3,1
HP ScanJet 4890
4800
Inferior a 3,0
MicroTek ScanMaker i900
3200
Inferior a 3,0
MicroTek ScanMaker 9800 XL
1600
Inferior a 3,0
59
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A tabela anterior demonstra três cenários possíveis: obtém-se um valor exacto de OD
máxima, determina-se que a OD máximo é inferior a um determinado valor ou por último que
é superior. Esta última corresponde ao resultado do teste realizado ao scanner Epson
Expression 10000XL Photo, embora neste teste também se considere a possibilidade de a OD
máxima ser igual a 3,73 uma vez que a película utilizada limitou o teste a este valor. Seria
necessário uma película com ODs superiores para obter um valor exacto de OD máxima.
Os gráficos seguintes, retirados dos resultados do estudo da NSTL, evidenciam os três
cenários mencionados:
Gráfico 5.2 – Gráficos sinal ruído em função da OD de diferentes scanners.
1.
2.
3.
No gráfico 1 não se regista nenhum valor de S/R acima de 1, como tal o valor máximo
de OD será inferior ao maior valor de OD medido, neste caso 3,0. O gráfico 2 apresenta um
único ponto acima S/R igual a 1, como tal a OD máxima lida pelo scanner Hp corresponde à OD
nesse ponto que é de 3,0. Por último, o gráfico 3 corresponde a um caso semelhante ao que
foi estudado neste trabalho, isto é, não se observa nenhum valor de OD abaixo de 1. Como tal,
a conclusão a tirar será que este scanner tem um valor de OD máximo igual ou superior ao
valor mais alto lido, neste caso particular 4,0.
60
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5.1.2 Espectro de absorção das películas EBT
Como já foi evidenciado no capítulo 3, mais precisamente pela análise do gráfico 3.1, as
películas EBT possuem um pico de absorção na zona do vermelho. Este teste tem o objectivo
de analisar o espectro de absorção de uma película não irradiada comparativamente com o
espectro de uma película irradiada.
5.1.2.1 Aquisição e tratamento de dados
Com recurso a uma fonte de luz de halogéneo, modelo Avalight-DSH (48) e a um
espectrómetro, modelo AvaSpec-2048, foi adquirido o espectro da luz de halogéneo e os
espectros de uma película EBT não irradiada e outra irradiada com uma dose de 200cGy. A
aquisição dos dados foi realizada através da aplicação AvaSoft-XLS (49), que permite a
transferência destes para Excel .
Com recurso à expressão da absorvância:
(5.6)
onde I corresponde à intensidade da luz detectada quando a película está entre a fonte de luz
e o detector e I0 a intensidade da luz emitida pela fonte, obtém-se o espectro de absorção da
película:
Absorvância
Gráfico 5.3 - Espectro de absorção de uma película Gafchromic EBT.
1,10
1,00
0,90
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
Película irradiada
Película não irradiada
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
Comprimento de onda (nm)
61
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O gráfico 5.3 evidencia o incremento da absorção em comprimentos de onda
correspondentes à zona do vermelho(620-640nm) por parte de uma película irradiada
comparativamente a uma não irradiada. Este teste permitiu comprovar que toda a análise às
películas EBT terá de ser realizada com base no canal vermelho da imagem da película
digitalizada.
5.1.3 Efeito da orientação da película na digitalização
A película poderá posicionar-se na mesa do scanner segundo duas orientações:
landscape e portrait. A orientação da película é definida em relação à direcção de digitalização
do scanner:
- Landscape : a dimensão menor de uma película inteira está paralela à direcção de
digitalização.
- Portrait: a dimensão maior de uma película inteira está paralela à direcção de
digitalização.
O componente activo das películas EBT está alinhado paralelamente à dimensão
menor da película, sendo constituído por partículas em forma de agulha com 1-2µm de
diâmetro e 15-25µm de comprimento (20). Como tal é espectável que mais luz seja transmitida
pela película quando o varrimento do scanner é feito de forma paralela à dimensão menor da
película, landscape.
De forma a verificar este efeito, foram irradiadas películas com diferentes níveis de
dose de modo a comprovar a sua validade para diferentes níveis de enegrecimento da película.
Pretendeu-se em simultâneo analisar o efeito do tratamento da imagem, após
digitalização em landscape e portrait. Para tal foram criadas rotinas em MatLab que
possibilitam a obtenção da média de 10 imagens e a aplicação do filtro Wiener.
5.1.3.1 Irradiação das películas
Cada película foi previamente cortada em quatro pedaços idênticos e devidamente
identificados. As condições de irradiação foram as seguintes:

DFS=100cm.

Campo: 10x10cm2.

Energia de 6MV.

Em fantoma de placas de água sólida com build up de 5cm.
62
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Dosimetria Fotográfica

No centro do campo radiativo.

Com uma dose específica para cada pedaço de película: 50cGy; 100,1cGy;
150cGy; 200,1cGy; 250,2cGy e 300,2cGy.
5.1.3.2 Digitalização das películas e processamento das imagens
Foram obtidas 10 imagens consecutivas de cada película irradiada, as quais foram
posteriormente processadas em MatLab®.
Estipulou-se para cada orientação, sete grupos de imagens correspondentes às sete
doses analisadas (0cGy; 50cGy; 100,1cGy; 150cGy; 200,1cGy; 250,2cGy e 300,2cGy). Sendo
cada grupo composto por quatro imagens, resultado de outros tantos procedimentos em
MatLab®:

Imagem 1: seleccionado o canal R e aplicado o filtro Wiener a cada uma das
10 imagens, com posterior média destas.

Imagem 2: seleccionado o canal R de cada uma das 10 imagens, com posterior
média destas.

Imagem 3: para apenas 1 imagem é seleccionado o canal R e aplicado o filtro
Wiener.

Imagem 4: para apenas 1 imagem é seleccionado o canal R.
De cada uma destas imagens foi calculada a média e o desvio padrão de uma área
central de 100x100pixeis.
5.1.3.3 Resultados e Análise
Os resultados obtidos no estudo da orientação de digitalização das películas, são
demonstrados em tabelas. Nestas constam a média dos valores dos pixéis da área
seleccionada e o respectivo desvio padrão. Para cada uma das doses analisadas em ambas as
orientações. Os gráficos apresentados reflectem o valor médio dos pixéis (VP) em função da
dose.
63
Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica

Imagens 1
Tabela 5.4 – Valores de análise para as imagens 1.
Landscape
Dose (cGy)
Portrait
Variação do
sinal
0
Média
52522
Desvio padrão
102,07
Média
50179
Desvio padrão
100,75
50
43774
102,08
40820
70,38
6,7%
100,1
37761
66,16
34665
61,59
8,2%
150
33626
89,02
30542
85,66
9,2%
200,1
30294
83,96
27269
112,82
10,0%
250,2
27770
59,72
24833
80,02
10,6%
300,2
25707
91,62
22928
94,06
10,8%
4,5%
Gráfico 5.4 - Valor médio dos pixeis em função da dose para as
imagens 1.
55000
Landscape
50000
Portrait
VP
45000
40000
35000
30000
25000
20000
0
50
100
150
200
250
300
Dose cGy

Imagens 2
Tabela 5.5 – Valores de análise para as imagens 2.
Landscape
Dose (cGy)
Portrait
Variação do
sinal
0
Média
52530
Desvio padrão
110,89
Média
50293
Desvio padrão
78,24
50
43842
83,60
40824
90,52
6,9%
100,1
37759
102,58
34663
99,84
8,2%
150
33626
119,53
30546
97,70
9,2%
200,1
30316
114,25
27263
118,46
10,1%
250,2
27769
87,98
24832
93,62
10,6%
300,2
25703
107,24
22944
102,30
10,7%
4,3%
64
Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica
VP
Gráfico 5.5 - Valor médio dos pixeis em função da dose para as
imagens 2.
55000
50000
45000
40000
35000
30000
25000
20000
Landscape
Portrait
0

50
100
150
Dose cGy
200
250
300
Imagens 3
Tabela 5.6 – Valores de análise para as imagens 3.
Landscape
Dose (cGy)
Portrait
Variação do
sinal
0
Média
52609
Desvio padrão
79,39
Média
50211
Desvio padrão
75,11
50
43823
76,68
40818
83,06
6,9%
100,1
37800
53,73
34622
70,92
8,4%
150
33552
86,61
30549
88,81
9,0%
200,1
30330
77,87
27261
93,54
10,1%
250,2
27760
52,70
24891
75,96
10,3%
300,2
25798
71,15
22946
53,89
11,1%
4,6%
Gráfico 5.6 - Valor médio dos pixeis em função da dose para as
imagens 3.
55000
Landscape
50000
Portrait
VP
45000
40000
35000
30000
25000
20000
0
50
100
150
200
250
300
Dose cGy
65
Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica

Imagens 4
Tabela 5.7 – Valores de análise para as imagens 4.
Landscape
Dose (cGy)
Portrait
Variação do
sinal
0
Média
52650
Desvio padrão
116,16
Média
50147
Desvio padrão
111,19
50
43763
94,95
40859
115,68
6,6%
100
37831
101,19
34622
102,47
8,5%
150
34048
103,74
30550
101,45
10,3%
200
30374
116,02
27260
103,96
10,3%
250
27846
104,26
24891
97,69
10,6%
300
25818
91,00
22946
80,42
11.1%
4,8%
Gráfico 5.7 - Valor médio dos pixeis em função da dose para as
imagens 4.
55000
Landscape
50000
Portrait
VP
45000
40000
35000
30000
25000
20000
0
50
100
150
200
250
300
Dose cGy
Qualquer que seja o processo de tratamento das imagens comprova-se que os valores
médios dos pixéis são superiores na orientação landscape, derivado da própria estrutura da
película, facto já mencionado. Este fenómeno é tanto mais evidente quanto maior for a dose
depositada na película, para uma película não irradiada o incremento do sinal não ultrapassa
os 4,8%, enquanto uma película irradiada com 300cGy atinge os 11,1%.
Assim sendo o efeito da orientação de digitalização da película constitui um factor
importante na análise de dose em películas radiocromáticas. Martisikova et al. (50)
observaram também uma diferença significativa entre as duas orientações, concluindo que
todas as películas a analisar num determinado estudo têm de ser digitalizadas na mesma
orientação, com vista a obter resultados mais credíveis.
Segundo a ISP, o fabricante das películas, estas deverão ser preferencialmente
digitalizadas na orientação landscape, pois mais luz é transmitida através da película
conseguindo-se uma análise mais sensível. É identificada com mais pormenor pequenas
66
Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica
alterações na distribuição de dose. Assume-se então que a orientação ideal para digitalizar as
películas Gafchromic® EBT é a orientação landscape, que será adoptada nos testes seguintes.
5.1.4 Uniformidade da digitalização
O teste de uniformidade de digitalização tem como objectivo analisar a variação dos
valores de pixel de uma película irradiada nas seguintes condições:

DFS=100cm.

Campo: 30x30cm2.

Energia de 6MV.

Em fantoma de placas de água sólida com build up de 5cm.

No centro do campo radiativo.

Dose: 200,7cGy.
Foram consideradas as diferentes posições possíveis, mantendo a película na
orientação landscape no centro da mesa do scanner; tendo como referencia a legenda da
película numa vista sobre a mesa do scanner. As posições analisadas correspondem à seguinte
ilustração:

Posição A
Lâmpada
Legenda
Figura 5.1 – Posição de digitalização A.
Posição B – rodando a película 180º no plano da mesa do scanner.
Lâmpada

Figura 5.2 – Posição de digitalização B.
67
Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica

Posição C – voltando a face da película com a legenda para a mesa do
Lâmpada
scanner.
Figura 5.3 – Posição de digitalização C.
Posição D – rodando a película 180º no plano da mesa do scanner.
Lâmpada

Figura 5.4 – Posição de digitalização D.
De modo a verificar a uniformidade da película foram definidas linhas e colunas de
análise da imagem obtida após digitalização. As imagens adquiridas são tratadas como
matrizes, que correspondem ao canal vermelho das imagens RGB, com base na conclusão do
teste referente ao ponto 5.2.1. Definiu-se um perfil central em cada dimensão (X, Y) e outros
dois equidistantes ao primeiro, como é ilustrado na figura 5.5:
Y(linhas)
Y+Y1
Y
Y-Y1
X-X1
X
X+X1
X(colunas)
Figura 5.5 – Perfis de análise.
68
Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica
5.1.4.1 Gráficos e Análise dos resultados
As imagens obtidas foram analisadas com recurso ao MatLab sendo os resultados
deste teste apresentados sob a forma de gráficos. Nestes constam os perfis definidos segundo
o método descrito no ponto anterior. Estes perfis estão normalizados para o valor central. Para
a análise é apresentado, após cada gráfico, uma tabela com o desvio padrão (σ) de cada perfil.

Posição A
Nesta posição pretendeu-se não só analisar a uniformidade da película como também
o efeito da aplicação do filtro Wienner e a média de 10 imagens.
Gráfico 5.8 - Colunas: imagem com extracção do canal R.
Sinal %
105
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
X=154
X=354
X=524
-300 -250 -200 -150 -100 -50
0
50 100 150 200 250 300
Número da Linha
Tabela 5.8 – Desvio padrão para cada perfil em X do gráfico 5.8.
X
154
354
554
σ%
0,396
0,545
0,406
Gráfico 5.9 - Linhas: imagem com extracção do canal R.
Sinal %
105
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
-400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50
Y=180
Y=280
Y=380
0
50 100 150 200 250 300 350 400
Número da Coluna
69
Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica
Tabela 5.9 – Desvio padrão para cada perfil em Y do gráfico 5.9.
Y
180
280
380
σ%
1,401
1,627
1,414
Gráfico 5.10 - Colunas: imagem com extracção do canal R e
aplicação do filtro Wiener.
Sinal %
105
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
-300 -250 -200 -150 -100 -50
X=154
X=354
X=524
0
50 100 150 200 250 300
Número da Linha
Tabela 5.10 – Desvio padrão para cada perfil em X do gráfico 5.10.
X
154
354
554
σ%
0,217
0,493
0,225
Gráfico 5.11 - Linhas: imagem com extracção do canal R e aplicação do filtro
Wiener.
Sinal %
105
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
-400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50
Y=180
Y=280
Y=380
0
50 100 150 200 250 300 350 400
Número da Coluna
Tabela 5.11 – Desvio padrão para cada perfil em Y do gráfico 5.11.
Y
180
280
380
σ%
1,376
1,590
1,400
70
Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica
Gráfico 5.12 - Colunas: média de 10 imagens com extracção do
canal R.
Sinal %
105
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
X=154
X=354
X=524
-300 -250 -200 -150 -100 -50
0
50 100 150 200 250 300
Número da Linha
Tabela 5.12 – Desvio padrão para cada perfil em X do gráfico 5.12.
X
154
354
554
σ%
0,451
0,601
0,451
Gráfico 5.13 - Linhas: média de 10 imagens com extracção do canal R.
Sinal %
105
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
-400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50
Y=180
Y=280
Y=380
0
50 100 150 200 250 300 350 400
Número da Coluna
Tabela 5.13 – Desvio padrão para cada perfil em Y do gráfico 5.13.
Y
154
354
554
σ%
1,412
1,643
1,432
71
Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Sinal %
Dosimetria Fotográfica
Gráfico 5.14 - Colunas: média de 10 imagens com aplicação do filtro
Wiener e com extracção do canal R.
105
100
95
90
85
X=354
80
75
X=154
70
X=524
65
60
55
50
-300 -250 -200 -150 -100 -50
0
50 100 150 200 250 300
Número da Linha
Sinal %
Tabela 5.14 – Desvio padrão para cada perfil em X do gráfico 5.14.
X
154
354
554
σ%
0,357
0,573
0,382
Gráfico 5.15 - Linhas: média de 10 imagens com aplicação do filtro Wiener e com
extracção do canal R.
105
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
-400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50
0
Y=180
Y=280
Y=380
50 100 150 200 250 300 350 400
Número da Coluna
Tabela 5.15 – Desvio padrão para cada perfil em Y do gráfico 5.15.
Y
180
380
580
σ%
1,412
1,643
1,432
Comparando os diferentes gráficos verifica-se que aplicação de um filtro Wiener ou a
média de 10 imagens não contribuem para uma variação significativa da uniformidade da
imagem da película. Assim sendo, a análise para as posições B, C e D será restringida a uma
imagem com extracção do canal R.
72
Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica

Posição B
Gráfico 5.16- Colunas: imagem com extracção do canal R.
Sinal %
105
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
-300 -250 -200 -150 -100 -50
X=153
X=353
X=553
0
50 100 150 200 250 300
Número da Linha
Tabela 5.16 – Desvio padrão para cada perfil em X do gráfico 5.16.
X
353
553
0.328
0.602
0.525
Sinal %
σ%
Gráfico 5.17
153
-300 -250 -200 -150 -100
Tabela 5.17– Desvio padrão para cada perfil em Y do gráfico 5.17.

Y
154
354
554
σ%
1,412
1,643
1,432
Posição C
73
Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica
Gráfico 5.18- Colunas: imagem com extracção do canal R.
Sinal %
105
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
X=155
X=355
X=555
-300 -250 -200 -150 -100 -50
0
50
100 150 200 250 300
Número da Linha
Tabela 5.18 – Desvio padrão para cada perfil em X do gráfico 5.18.
X
155
355
555
σ%
0.385
0.569
0.445
Gráfico 5.19- Linhas: imagem com extracção do canal R.
Sinal %
105
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
-400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50
Y=183
Y=283
Y=383
0
50 100 150 200 250 300 350 400
Número da Coluna
Tabela 5.19 – Desvio padrão para cada perfil em Y do gráfico 5.19.

Y
183
283
383
σ%
1.380
1.605
1.428
Posição D
74
Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica
Gráfico 5.20- Colunas: imagem com extracção do canal R.
Sinal %
105
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
-300 -250 -200 -150 -100 -50
X=154
X=354
X=554
0
50 100 150 200 250 300
Número da Linha
Tabela 5.20 – Desvio padrão para cada perfil em X do gráfico 5.20.
Y
183
283
383
σ%
1.380
1.605
1.428
Gráfico 5.21- Linhas: imagem com extracção do canal R.
Sinal %
105
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
-400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50
Y=182
Y=282
Y=382
0
50 100 150 200 250 300 350 400
Número da Coluna
Tabela 5.21 – Desvio padrão para cada perfil em Y do gráfico 5.21.
Y
182
282
382
σ%
1.338
1.579
1.423
Comparando os perfis X e perfis Y nas diferentes posições, verifica-se que o desvio
padrão em Y é superior. Pela análise dos respectivos gráficos, a variação entre o máximo e o
mínimo em Y atinge aproximadamente os 5%, por seu lado os perfis em X possuem uma
diferença sensivelmente de 2%.
De notar também que esta diferença relativamente ao valor central do perfil, se
observam nos extremos deste, que correspondem ao extremo da película. Este fenómeno já
75
Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica
verificado noutros estudos (51) e (39), é o resultado de imperfeições características da película
e limitações do próprio scanner.
A luz proveniente da lâmpada não irradia de igual forma toda a película, provocando
um sinal mais forte no centro da película que decresce no sentido dos extremos laterais da
película. Tendo em conta que a película foi irradiada na sua totalidade sob um campo com
dimensões superiores a esta (30x30cm2) seria expectável observar não um decréscimo do sinal
relativamente ao valor central, mas sim um aumento pois no extremo da película a dose será
menor.
Este teste da uniformidade da digitalização foi importante no que respeita à definição
da zona da irradiação preferencial da película assim como à sua colocação na mesa do scanner.
Tendo em conta a maior influência da dispersão de luz, a zona de interesse terá de ficar
sempre no centro da mesa do scanner onde o efeito de dispersão é menor. Analisando o
gráfico, essa margem será de 50 a 100pixeis, o que corresponde aproximadamente a 2cm,
considerando a resolução das imagens analisadas de 72dpi.
A película terá de ser colocada no centro da mesa do scanner e não junto a qualquer
um dos extremos laterais, de modo a evitar o efeito de dispersão provocados pela lâmpada.
No estudo (50) é também desaconselhado a colocação da película nos extremos longitudinais
pois é nestes pontos que lâmpada permanece mais tempo durante a leitura, tornando a leitura
da imagem menos homogénea. Relativamente às posições analisadas (A, B, C, e D) não se
observaram diferenças significativas entre elas, como tal é indiferente qual a posição relativa
da legenda. Contudo de forma a garantir um trabalho mais rigoroso todas as películas deverão
ser digitalizadas na mesma posição. Neste trabalho a posição escolhida foi a A.
5.1.5 Remoção do efeito de dispersão de luz na digitalização pelo
OmniPro® IMRT
5.1.5.1 Fenómeno de dispersão de luz
Os dois tipos de scanner mais comuns são distintos no que diz respeito à fonte de
luminosa que utilizam. Um dos tipos de fonte é constituída por um feixe de laser pontual que
realiza um varrimento ao longo da superfície de análise. O segundo tipo possui uma fonte de
luz dispersa com um comprimento específico e que ilumina a superfície de análise projectando
a imagem para dispositivos de carga acoplada ou CCD (charge-couple device). Estes
76
Pedro Carreira
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dispositivos podem ser lineares ou bidimensionais. O scanner Epson 10000XL Photo utilizado
neste trabalho inclui-se no segundo tipo e possui uma lâmpada florescente e um dispositivo
CCD linear.
Como foi analisado no teste anterior a digitalização não produz uma imagem
homogénea devido ao feixe de luz disperso que interage com a película.
Figura 5.6 – Dispersão da luz e a sua detecção no dispositivo CCD.
Como é demonstrado pela figura 5.6, a intensidade luminosa que uma película
posicionada no centro da mesa do scanner recebe, é maior no centro da película que nos seus
extremos laterais. Este fenómeno deve-se ao comprimento finito da lâmpada. Como
consequência num perfil paralelo à lâmpada de uma película com OD uniforme, o sinal medido
no centro será superior ao medido nos seus extremos.
5.1.5.2 Correcção realizada pelo Omnipro® IMRT
De forma a compensar o efeito da dispersão luminosa sobre a análise dosimétrica de
películas, o programa Omnipro® IMRT possui uma funcionalidade específica para este efeito,
que foi patenteada por Lewis et al. (52).
Esta funcionalidade denominada “Trento Method” requer a imagem de uma película
não irradiada com as mesmas dimensões da película irradiada, e digitalizada na mesma zona
77
Pedro Carreira
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do scanner. De referir que todas as películas foram posicionadas no centro da mesa do
scanner.
Com base na imagem obtida é gerada automaticamente pelo programa uma matriz de
correcção que resulta das seguintes operações:
1. Inversão da imagem da película não irradiada através da subtracção do valor de
cada pixel ao valor máximo 216. A imagem original RGB possui 48bits cada canal
terá uma gama de valores entre 0 e 216, correspondendo 0 ao sinal de menor
intensidade e 216 ao sinal de maior intensidade.
2. Cálculo do valor médio dos pixéis numa região central que represente 75% dos
pixéis da imagem invertida.
3. Normalização da imagem invertida para o valor médio.
4. Cálculo do valor médio de cada coluna.
5. Construção de uma equação polinomial de segundo grau IPVN(x) que é
denominada matriz de correcção pelo programa. IPVN é o valor médio da coluna x
na imagem invertida e normalizada.
6. Aplicação da matriz de correcção na imagem em análise, através da divisão dos
pixéis de cada coluna: PV(x)/ IPVN(x).
Com o objectivo de analisar o efeito da correcção realizada pelo OmniPro® IMRT,
foram adquiridos perfis paralelos à lâmpada do scanner de imagens de películas já utilizadas
noutros testes. A primeira imagem analisada corresponde a uma película irradiada na sua
totalidade com 200cGy, utilizada no ponto 5.1.5.
Gráfico 5.20 - Perfis: película totalmente irradiada com 200cGy.
105
100
Dose %
95
Perfil sem
correcção
90
85
Perfil com
correcção
80
75
-13 -11
-9
-7
-5
-3
-1
1
3
5
7
9
11
13
Distância (cm)
78
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A linha vermelha do gráfico 5.20 que corresponde a um perfil sem correcção. Com base
neste a dose aumenta com a distância ao centro da película. Este fenómeno é comum ao
registado no teste de uniformidade da digitalização em que o sinal diminuía com a distância ao
centro da película. A relação entre o sinal e a dose é inversa, isto é, o aumento do sinal
significa diminuição de dose e vice-versa.
Por outro lado no perfil da imagem corrigida observa-se um ligeiro aumento da dose na
região próxima do centro do perfil seguida de uma diminuição nas zonas mais afastadas. Este
perfil tem as características de perfis obtidos com uma câmara de ionização em água e que
caracterizam um feixe de radiação; assim sendo a correcção efectuada está correcta.
De forma a avaliar o efeito da correcção da dispersão de luz em campos mais pequenos
duas películas com campos de 10x10cm2 foram analisadas.
Gráfico 5.21 - Perfis: película irradiada com 50cGy campo 10x10cm 2.
Dose %
105
103
101
99
97
95
93
91
89
87
85
-6
-4
-2
Perfil sem correcção
Perfil com correcção
0
2
4
6
Distância (cm)
Gráfico 5.22 - Perfis: película irradiada com 100cGy campo 10x10cm2.
Dose %
103
101
99
97
95
93
91
89
87
85
-6
-4
-2
Perfil sem correcção
Perfil com correcção
0
2
4
6
Distância (cm)
79
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Dosimetria Fotográfica
Verifica-se em ambos os gráficos a diminuição da percentagem de dose nos perfis
corrigidos, esta diminuição é a confirmação da influência da dispersão luminosa mesmo nas
zonas centrais da lâmpada.
A funcionalidade do programa OmniPro® IMRT para a correcção do efeito de dispersão
luminosa terá de ser aplicado não importa qual a dimensão da região de interesse da película,
embora quanto maior e mais próxima dos extremos da lâmpada esta estiver maior será a
influência da dispersão. Tal como no ponto 5.1.5 verifica-se que as películas deverão ser
digitalização no centro da mesa do scanner.
5.1.6 Grau Enegrecido das películas Gafchromic® EBT
Este teste tem como propósito a avaliação do enegrecimento de uma película
Gafchromic® EBT a partir do momento que a película é irradiada.
Tendo em consideração a polimerização do monómero PCDA por efeito da radiação, é
de esperar que esta reacção não seja imediata e que demore algum tempo até a película
adquirir uma densidade constante. Segundo o fabricante o aumento de densidade da película
como resultado da polimerização do seu elemento activo está completa após 2horas da
irradiação.
5.1.6.1 Irradiação e digitalizações da película
A irradiação da película ocorreu nas seguintes condições:

DFS=100cm.

Campo: 30x30cm2.

Energia de 6MV.

Em fantoma de placas de água sólida com build up de 5cm.

No centro do campo radiativo.

Dose: 200,5cGy.
Para avaliar o enegrecimento da película foram realizadas digitalizações periódicas. A
primeira após 10 minutos da irradiação seguindo-se 13 digitalizações com 15minutos de
intervalo e por fim uma última sensivelmente 24horas após a irradiação. Entre as digitalizações
do primeiro dia o scanner permaneceu desligado de modo a evitar o aquecimento e a variação
da intensidade da lâmpada entre digitalizações.
80
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5.1.6.2 Resultados e Análise
Os resultados são apresentados num gráfico que reflecte a variação da netOD ao longo
do tempo. A netOD é definida como:
(5.6)
- média dos pixéis de uma película não irradiada.
- média dos pixéis de uma película irradiada.
A avaliação do enegrecimento da película com base na netOD permite comparar o
aumento de densidade da película a partir da densidade de uma película não irradiada. O valor
de pixel foi obtido através de uma rotina em MatLaB que após seleccionar o canal R da
imagem, considera uma área de 100x100 pixeis no centro de cada imagem, onde a média do
valor de pixel é calculada (PV).
Gráfico 5.23- Enegrecimento de uma pelicula ao longo do tempo.
0,28
netOD
0,27
0,26
Enegrecimento
da pelicula EBT
0,25
0,24
0,23
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
Tempo (h)
É facilmente identificável um aumento da netOD ao longo das primeiras 3horas após a
irradiação. O penúltimo valor registado corresponde a 3horas e meia após a irradiação e possui
um valor de netOD de 0,263 enquanto após 24horas o valor de netOD é 0,266. Não se verifica
um aumento significativo comparado com a variação entre as primeiras digitalizações. Nas
primeiras 3horas a netOD passou de aproximadamente 0,25 para valores superiores a 0,26.
A diminuição ao longo do tempo da diferença entre valores de netOD consecutivos, é
sinónimo da estabilização da reacção de polimerização que ocorre na película por acção da
radiação.
As 2horas indicadas pelo fabricante, como tempo necessário para a densificação da
película estabilizar, são postas em causa pois segundo este teste, são necessárias 3 a 4horas
para que a reacção de polimerização estabilize. Com base nesta análise é recomendado que a
digitalização da película seja realizada pelo menos após 4horas da irradiação.
81
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5.1.7 Independência energética das películas Gafchromic® EBT
A independência enérgica das películas significa que para a mesma dose o grau de
enegrecimento da película é o mesmo independentemente da energia utilizada. Para esta
verificação foram irradiadas películas com diferentes doses e diferentes energias.
5.1.7.1 Irradiação e análise das películas
Inicialmente cortaram-se algumas películas em 6 pedaços idênticos, que foram
irradiados separadamente. As energias consideradas corresponderam a duas energias de
fotões (6MV e 16MV) e três de electrões (6MeV, 9MeV e 12MeV). Estas energias foram
escolhidas pois são as mais utilizadas no acelerador Varian Clinac 2100CD, que se encontra no
centro clínico do SAMS.
Para cada energia foram irradiadas 4 pedaços de película com outras tantas doses. O
setup utilizado foi o seguinte:

DFS=100cm.

Campo: 6x6cm2.

Em fantoma de placas de água sólida com build up de 5cm para energias de
fotões. No caso das irradiações com energias de electrões o build up foi igual à
profundidade onde a dose depositava é máxima (Dmax) para cada energia.

No centro do campo radiativo.
Na figura abaixo estão representadas duas películas irradiadas com a energia de 6MV
(à esquerda) e 12MeV(à direita) para uma dose de aproximadamente 300cGy:
Figura 5.7 – Imagens de duas películas irradiadas com diferentes energias e a mesma dose
82
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Os dados para a análise da independência energética das películas em estudo tem
como base a netOD calculada segundo a equação 5.6. O valor de pixel foi obtido através de
uma rotina em MatLab® que após seleccionar o canal R da imagem, considera uma área de
50x50 pixeis no centro de cada imagem, onde a média do valor de pixel é calculada (PV). A
tabela seguinte regista para cada energia a dose recebida por cada película e o respectivo valor
de pixel e netOD.
Tabela 5.22 – Dados para a análise da independência energética das películas.
Dose (cGy)
PV
netOD
0
52497
0,000
6
50,0
44049
0,076
16
49,7
43692
0,080
6
50,0
43923
0.077
9
50,6
43838
0,078
12
50,5
43827
0,078
6
100,1
37811
0,143
16
99,7
37942
0,141
6
100,1
38030
0,140
9
100,1
38000
0,140
12
99,9
38081
0,139
6
199,3
30612
0,234
16
200,1
30347
0,238
6
199,8
30889
0,230
9
199,9
30836
0,231
12
200,6
30651
0,234
6
299,7
26083
0,304
16
299,7
25874
0,307
6
300,3
26112
0,303
9
300,8
26086
0,304
12
300,2
26053
0,304
Energia (MeV)
Fotões
Electrões
Fotões
Electrões
Fotões
Electrões
Fotões
Electrões
Os registos da tabela permitem observar desde já a proximidade entre os valores de
pixel e respectiva netOD para películas irradiadas com diferentes energias e a mesma dose.
Esta análise encontra-se ilustrada no próximo gráfico:
83
Pedro Carreira
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Gráfico 5.24 - Independência energética das películas EBT .
0,350
netOD
0,300
6MV
0,250
16MV
0,200
6MeV
0,150
9MeV
0,100
12MeV
0,050
0,000
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
Dose (cGy)
Verifica-se a independência do grau de enegrecimento das películas Gafchromic® EBT
relativamente à energia do feixe. O que significa que independentemente de se tratar de um
feixe de fotões ou de electrões e independentemente da energia do feixe para a mesma dose
prescrita o grau de enegrecimento da película é o mesmo. Esta característica permite criar a
recta de calibração OD para Dose recorrendo a películas irradiadas com qualquer energia. E
consequentemente analisar a distribuição em dose de campos com diferentes energias com a
mesma curva de calibração.
5.2 Curvas de Calibração
Com o objectivo de analisar em termos de dose, películas irradiadas com uma
determinada configuração de campos é necessário calibrá-las previamente. A calibração é
realizada aplicando sequencialmente duas curvas de calibração:
1ª Calibração – Curva de calibração do scanner (Valor do scanner(VS) para OD )
2ª Calibração – Curva de calibração das películas (OD para Dose)
Este procedimento respeita as instruções dadas no manual do programa OmniPro®
IMRT. Que a par de outros programas, necessita destas calibrações para a avaliação
dosimétrica de películas irradiadas.
5.2.1 Calibração do scanner Epson 10000XL Photo
84
Pedro Carreira
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A calibração do scanner é realizada com recurso ao step film ilustrado na figura 5.1.
Esta película possui uma escala de OD definida pelo fabricante; ao ser digitalizada o scanner
atribui a cada nível de OD um valor de sinal ou valor de scanner, totalizando-se 33 pontos com
diferentes ODs.
Figura 5.8 – Aquisição dos pontos para a construção da curva VS para OD.
As curvas VS para OD apresentadas possuem diferentes regiões de interesse (ROI): 1x1mm 2,
3x3 mm2 e 5x5 mm2. Todas elas definidas ao longo de um perfil central.
Com a variação da região de interesse pretende-se avaliar a sua influência na curva de
calibração.
85
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OD
Gráfico 5.25 -Curva de calibração Scanner - ROI 1x1mm2 .
4,0
3,6
3,2
2,8
2,4
2,0
1,6
1,2
0,8
0,4
0,0
VS para OD
0
10
20
30
40
50
60
70
x104
Valor do Scanner
OD
Gráfico 5.26 - Curva de calibração Scanner - ROI 3x3mm2 .
4,0
3,6
3,2
2,8
2,4
2,0
1,6
1,2
0,8
0,4
0,0
VS para OD
0
10
20
30
40
50
60
70
x104
Valor do Scanner
OD
Gráfico 5.27 - Curva de calibração Scanner - ROI 5x5mm2 .
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
VS para OD
0
10
20
30
40
50
60
70
x104
Valor do Scanner
86
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Pelos dados fornecidos pelos gráficos anteriores a variação da região de interesse não
causa alterações significativas na curva de calibração do scanner. Contudo há que ter em conta
que a espessura de cada nível de OD é inferior a 8mm. Assim sendo, de forma a garantir que a
região de interesse não abrange dois níveis de OD diferentes e que está centrada no seu
respectivo nível, a curva utilizada neste trabalho corresponde à representada no gráfico 5.25
com uma região de interesse de 1x1mm2.
5.2.2 Calibração das películas Gafchromic® EBT
Segundo as recomendações da ISP, fabricante das películas EBT, a curva de calibração
OD para Dose deverá ter no mínimo 8 níveis de dose tendo o último uma dose 25% superior ao
máximo registado no sistema de cálculo. Tendo em conta que este máximo registou-se nos
226,7cGy, foi definido que o máximo da curva de calibração seria de 280cGy.
Estipulando um intervalo de 20cGy entre níveis de dose, a curva de calibração criada
possui então 15 níveis de dose, que corresponderam a 14 irradiações. Algumas películas foram
cortadas em 6 pedaços e cada um deles foi irradiado com a respectiva dose, nas seguintes
condições:

DFS=100cm.

Campo: 6x6cm2.

Em fantoma de placas de água sólida com build up de 5cm.

Energia de 6MV.

No centro do campo radiativo.
Na tabela 5.23 constam os valores de dose com os quais se pretendia construir a curva
de calibração, e as doses efectivamente medidas, na coluna da direita. A determinação da
dose exacta que cada película recebeu foi efectuada segundo o procedimento descrito no
capítulo 4.
Tabela 5.23 – Doses que constam da curva de calibração das películas.
Dose cGy (pretendida)
0
20
40
60
Dose cGy (obtida)
0
19.6
39.3
59.8
87
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
80.2
99.9
120.4
141.1
160.6
181.0
200.8
221.5
241.8
261.4
282.0
As curvas de calibração que se apresentam nos próximos gráficos diferem na dimensão
da ROI, pretendeu-se avaliar de que forma a curva é influênciada por esta variação. Cada ROI
foi definidada no centro da imagem de cada película.
Gráfico 5.28 - Curva de calibração Películas - ROI 5x5mm2.
300
y = 671,31x2 + 199,14x - 39,128
R² = 0,9998
Dose cGy
250
200
OD para Dose
150
Polinomial (OD para
Dose)
100
50
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
OD
88
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Gráfico 5.29 - Curva de calibração Películas - ROI 20x20mm2.
300
y = 605,13x2 + 199,57x - 38,343
R² = 0,9998
Dose cGy
250
200
OD para Dose
150
100
Polinomial (OD para
Dose)
50
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
OD
Gráfico 5.30 - Curva de calibração Películas - ROI 50x50mm2.
300
y = 622,11x2 + 198,1x - 38,484
R² = 0,9998
Dose cGy
250
200
OD para Dose
150
100
Polinomial (OD para
Dose)
50
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
OD
Comparando os três gráficos anteriores, correspondentes a três ROIs de dimensões
distintas, as diferenças são negligenciáveis. Contudo a posição da câmara de ionização é
determinante na escolha da curva de calibração. Tendo em conta que a câmara de ionização
que foi utilizada para a determinação da dose que cada película recebeu, estava colocada no
centro do campo radiactivo, a ROI definida deverá estar restringida a esta região de modo a
que a OD medida pelo OmniPro® IMRT corresponda o mais aproximadamente possível à região
de leitura da câmara.
Nesta base, a curva de calibração das películas utilizadas neste trabalho corresponde à
menor ROI analisada, 5x5mm2 .
89
Pedro Carreira
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5.3 Comparação de distribuições de dose
De forma a comparar a distribuição de dose calculada no sistema de planeamento
Eclipse®, e a registada pelas películas radiocromáticas irradiadas foi utilizada a análise gama.
Para esta comparação foi importada para o sistema de planeamento a TAC realizada
ao fantoma de placas de água sólida e posteriormente simuladas duas irradiação distintas com
duas configurações de MLC, identificadas como MLC1 e MLC2.
A avaliação da distribuição de dose para cada irradiação foi realizada comparando
planos de dose a diferentes profundidades com o objectivo de avaliar as variações da
deposição de dose. A disposição das películas é ilustrada na próxima figura:
2cm
5cm
7cm
Figura 5.9 – Setup de irradiação de películas colocadas a 3 profundidades.
As condições de irradiação foram as seguintes

DFS=95cm.

Gantry: 0º.

Colimador: 0º.

Energia: 6MV.
5.3.1 Resultados e análise
A comparação entre a distribuição de doses nos planos de análise foi realizada com o
recurso ao programa OmniPro® IMRT. Este programa também utilizado na aplicação das
curvas de calibração às imagens das películas, permite importar para o mesmo ambiente de
trabalho o plano de dose exportado do TPS e o plano de dose referente à película em análise.
90
Pedro Carreira
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Tendo ambos os planos de dose carregados, é de imediato apresentado um gráfico
com as linhas de isodose de cada plano e em simultâneo uma outra janela onde é possível
realizar diferentes comparações, entre as quais a análise gama.
A apresentação de resultados é dividida em dois pontos correspondentes às duas
configurações de MLC utilizadas. Para cada película é apresentada uma imagem com o formato
indicado na tabela 5.24:
Tabela 5.24 – Disposição das imagens de comparação de planos de dose.
Imagem da Película
Linhas isodoses no Eclipse®
Mapa de dose da película
no OmniPro® IMRT
Mapa de dose do TPS no
OmniPro® IMRT
Linhas de isodose da
película (linha) e do TPS
(tracejado) no OmniPro®
IMRT
Análise Gama
5.3.1.1 Resultados MLC1

Plano de dose a 2cm de profundidade:
91
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
Figura 5.10 – Comparação entre a distribuição de dose no TPS e na película para o MLC1 a 2cm.

Plano de dose a 5cm de profundidade:
92
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Dosimetria Fotográfica
Figura 5.11 – Comparação entre a distribuição de dose no TPS e na película para o MLC1 a 5cm.

Plano de dose a 7cm de profundidade:
93
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Figura 5.12 – Comparação entre a distribuição de dose no TPS e na película para o MLC1 a 5cm.
Tabela 5.25 – Comparação entre os planos de dose do MLC1.
Profundidade
TPS
Dose máxima (cGy)
Película
Dose máxima (cGy)
2cm
5cm
7cm
233,37
201,21
180,48
278,30
246,54
224,85
Análise Gama
Média
%
-0,14
-0,05
-0,02
5.3.1.2 Resultados MLC2

Plano de dose a 2cm de profundidade:
94
Pedro Carreira
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99,41%
98,51
97,85
Dosimetria Fotográfica
Figura 5.13 – Comparação entre a distribuição de dose no TPS e na película para o MLC2 a 2cm.

Plano de dose a 5cm de profundidade:
95
Pedro Carreira
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Figura 5.14 – Comparação entre a distribuição de dose no TPS e na película para o MLC2 a 5cm.

Plano de dose a 7cm de profundidade:
96
Pedro Carreira
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Figura 5.15 – Comparação entre a distribuição de dose no TPS e na película para o MLC2 a 7cm.
Tabela 5.26 – Comparação entre os planos de dose do MLC2.
Profundidade
TPS
Película
Análise Gama
97
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Dose máxima (cGy)
Dose máxima (cGy)
Média
%
244,99
208,94
186,58
266,79
254,07
198,22
-0,27
-0,24
-0,21
98,3
98,17
98,07
2cm
5cm
7cm
5.3.1.3 – Análise dos Resultados
Comparando os resultados obtidos em ambas as configurações de MLC, estes são
semelhantes. Como seria de esperar a dose máxima registada diminui com a profundidade
tanto nos planos referentes ao TPS como nas películas. Este efeito é devido à diminuição do
número de partículas e da sua energia com a profundidade. Contudo a diferença dos valores
de dose máxima entre o TPS e as películas é considerável, no MLC1 ronda os 45cGy para todas
as profundidades, por seu lado no MLC2 a diferença não é tão constante para a profundidade
de 2cm é de 21,8cGy, para 5cm é de 45,13 e por fim para 7cm é de 11,64. Contudo as regiões
de maior dose registadas na película estão confinadas a pequenas regiões representadas na
imagem comparativa das isodoses pela isodose dos 100%. Tendo estas regiões pequenas
dimensões, é possível que tenham sido provocadas por artefactos nas imagens devido a
imperfeições na película, partículas de pó ou a qualquer outro tipo de elemento estranho.
Relativamente aos mapas de dose observa-se uma coincidência entre as películas e o
TPS, confirmando-se a forma e dimensão do campo de irradiação assim como a coincidência
das regiões de dose relativa.
A coincidência relativa de dose é confirmada pelas linhas de isodose e quantificada
pela análise gama. Verifica-se que para todas as películas o critério de validação da análise
gama é verificado no mínimo em 98% da região de interesse considerada. O critério é aplicado
como foi descrito no ponto 4.5 do capítulo dos materiais e métodos, considerando que um
determinado pixel apenas passa na validação caso numa região de 3mm em volta deste exista
um ponto com uma diferença de dose máxima de 3%.
Não foi realizada uma análise gama em dose absoluta uma vez que após contacto com
o departamento de dosimetria da IBA, mais propriamente com Markus Schweda, este
comunicou por e-mail que o algoritmo usado no programa OmniPro® IMRT para a análise
gama não suporta a avaliação em dose absoluta.
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Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica
Capítulo 6 – Conclusões e Perspectivas
Futuras
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Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
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Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica
O trabalho desenvolvido nesta tese de mestrado, teve como objectivo a
implementação de um sistema de dosimetria fotográfica no serviço de radioterapia do centro
clínico do SAMS. Para tal estabeleceu-se um procedimento para o commissioning do sistema
instalado, que visou conhecer melhor os recursos disponíveis nomeadamente o scanner
Epson® Expression® 10000XL Photo com unidade de transparências, as películas Gafchromic®
EBT e o programa de análise dosimétrica OmniPro® IMRT.
Tendo em conta que a OD é a grandeza que define qual a dose que uma película
recebeu, conhecer a OD máxima que o scanner instalado tem a capacidade de ler, foi um
objectivo definido à partida e que teve resultados positivos. Estabeleceu-se que a OD máxima
lida é igual ou superior a 3,73, garantindo-se desta forma a distinção de um conjunto bastante
alargado de doses. Comparando com a recta de calibração OD para dose, verifica-se que a OD
corresponden-te a 280cGy é inferior a 0,6, o que significa que o scanner tem a capacidade de
ler películas com doses bastante elevadas.
Por forma a obter digitalizações mais reprodutíveis foi estipulado um protocolo de
digitalização que compreendia 5 digitalizações, para aquecimento da lâmpada, antes da
aquisição da imagem e 10minutos de intervalo, nos quais o scanner se encontra desligado,
antes de cada procedimento de aquisição de imagem. Cada película foi colocada no centro da
mesa de digitalização, pois é nesta zona que o varrimento da lâmpada é mais homogéneo.
Assim as imagens obtidas tiveram uma contribuição equivalente dos efeitos da digitalização, o
que permite extrair de cada imagem informações possíveis de correlacionar. As rotinas criadas
em MatLab® para a optimização das imagens não revelaram qualquer alteração significativa
nestas, concluindo-se que não é necessária a sua inclusão no procedimento de avaliação
dosimétrica.
A aquisição do espectro de absorção das películas Gafchromic® EBT foi importante no
sentido em que se constatou que estas películas absorvem mais intensamente na zona do
vermelho. Resulta deste facto que é neste canal que se registaram as maiores variações de
sinal entre diferentes níveis de OD, isto é, o canal vermelho é mais sensível às variações de
dose. Com base nestes resultados todas as imagens terão de ser analisadas no canal do
vermelho para uma melhor avaliação dosimétrica.
Um factor que se provou ser determinante para a análise dosimétrica de películas e
que está directamente relacionado com as características do scanner, é o efeito de dispersão
da luz proveniente da lâmpada florescente. Este efeito foi comprovado pela avaliação de perfis
em MatLab®, onde se verificou a diminuição do sinal nos extremos de uma película, assim
como de perfis em dose através do programa OmniPro® IMRT onde se observou o aumento de
dose nos extremos de campos quadrados, algo que não é real e que resulta da dispersão
101
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
luminosa. Como forma de anular este efeito é aplicada uma ferramenta do programa de
análise dosimétrica denominada “Trento Method”. Esta revelou-se útil e imprescindível para
uma correcta avaliação em dose de uma película.
As características das películas Gafchromic® EBT foram também elas alvo de alguns
testes que permitiram concluir relativamente ao modo de digitalização, à temporização de
digitalização e à forma de construção da curva de calibração das películas.
A orientação Landscape da película na mesa de digitalização, foi a que revelou menor
interferência da estrutura polimérica das películas, sendo eleita como a orientação
preferencial. Foi neste trabalho demonstrado que as películas Gafchromic® EBT possuem um
enegrecimento progressivo após a irradiação, ditando desta forma o timing da digitalização.
Da digitalização periódica de uma mesma película constatou-se que o enegrecimento evolui
mais rapidamente nas duas primeiras horas após a irradiação, é menos significo entre a
terceira e quarta hora e após esta ultima quase que estagna. Conclui-se com estes resultados
que preferencialmente a película deverá ser digitalizada no mínimo quatro horas após a
irradiação. Contudo tendo em conta aplicabilidade da dosimetria fotográfica na rotina do
serviço de radioterapia poderão ser consideradas apenas duas horas de intervalo entre a
irradiação e o processo de digitalização.
Uma propriedade importante das películas utilizadas, que influencia a construção da
recta de calibração OD para Dose, é a sua independência energética. Esta comprovação
significa que para a mesma dose administrada com qualquer energia de fotões ou electrões a
OD da película é a mesma. Este facto possibilita a análises de planos de dose resultados de
irradiações com diferentes energias com a mesma recta de calibração.
Conhecidas as características do sistema de dosimetria fotográfica foi possível
estipular uma metodologia a aplicar na rotina do serviço. Na figura 6.1 é ilustrado o workflow
utilizado:
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Dosimetria Fotográfica
Irradiação de Películas
TPS - Planimetria
Sistema de Análise
Dosimétrica
Imagens
DICOM
Digitalização
Imagens
.tiff
Rectas de Calibração
Análise Gama
Figura 6.1 – Workflow do sistema de dosimetria fotográfica.
De forma a validar o workflow, foram criados no TPS Eclipse® duas configurações de
MLC distintas, que posteriormente foram utilizadas na irradiação de 6 películas. Com recurso à
análise gama foi possível comparar planos de dose relativos ao cálculo do TPS e imagens de
películas irradiadas. Os resultados foram bastante satisfatórios no que diz respeito à avaliação
em dose relativa, com uma percentagem de coincidência acima dos 98%. Contudo os
objectivos não foram totalmente atingidos uma vez que não foi possível fazer a comparação
entre planos com base em dose absoluta. Esta impossibilidade ficou-se a dever a limitações do
programa OmniPro® IMRT. Uma hipótese de validar em dose absoluta a metodologia adoptada
passaria pela aquisição de outro programa de análise dosimétrica.
Pode-se considerar então que o sistema de dosimetria fotográfica do serviço de
radioterapia do SAMS está preparado para análises dosimétricas relativas, em diferentes tipos
de técnicas, desde a radioterapia conformacional até técnicas especiais como o IMRT, o IMAT
ou a estereotaxia.
103
Pedro Carreira
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Dosimetria Fotográfica
Todas estas técnicas exigem controlos de qualidade bastante exigentes, incluindo
avaliação de dose a 2D. A dosimetria fotográfica é até à data a única técnica que possibilita
aquisição de planos de dose sem restrições de angulações de gantry ou conformações de MLC.
Por fim há a reter que a dosimetria fotográfica é uma técnica bastante dependente do
utilizador, no sentido em que o manuseamento das películas, o setup de irradiação escolhido,
o modo de digitalização utilizado tal como o procedimento de calibração do sistema são
variáveis que influência determinantemente os resultados da análise dosimetrica.
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Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica
Bibliografia
1. Radiochromic film dosimetry: Recommendations of AAPM Radiation Therapy
Committee Task Group 55. Chair, Azam N. et al. s.l. : Medical Physics, 1998, Vols. 25
- 2093:2115.
2. TG 69 : Radiographic film for megavoltege beam dosimetry. Pai, S. s.l. : Medical
Physics, 2007, Vols. 34 - 2228:2258.
3. Rachinhas, Paulo. Dosimetria 2D usando filme Gafchromic EBT. s.l. : Serviço de
Radioterapia dos Hospitais da Universidade de Coimbra, 2009.
4. Bartels, Anja. Developing and evaluating a program for quality assurance based on
MATLAB using GafChromic EBT films as dosimeters. Hamburgo : University Medical
Center Hamburg-Eppendorf, 2007.
5. Radiochromic film for medical radiation dosimetry. Butson, M. J., et. al. s.l. :
Materials Science and Engineering, 2003, Vols. 41- 61-120.
6. Leroy, C., Rancoita, P. G. Principles of Radiation Interaction in Matter and
Detection. s.l. : World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 2004.
7. Leighton, R. B. Principles of Modern Physics. s.l. : McGraw Hill, 1959.
8. Martin, J. Physics for Radiation Protection. Weinheim : Wiley-VCH, 2006.
9. Attix, F. H. Introduction to Radiological Physics and Radation Dosimetry. s.l. :
Wiley-VCH, 2004.
10. Turner, James. Atoms, Radiation and Radiation Protection. 2ª Edição. s.l. : WileyVCH, 2004.
11. Jayaraman, S., Lanzl, L. H. Clinical Radiotherapy Physics. 2ª Edição. Berlim :
Springer, 2004.
12. Kosar, J. Light-Sensitive Systems. Nova Iorque : Wiley, 1965.
13. McLaughlin. Film, Dyes and Photographic Systems, Manual on Radiation
Dosimetry. Nova Iorque : Marcel Dekker, 1970.
14. Enciclopédia Britânica . [Online]
http://www.britannica.com/EBchecked/topic/149699/Louis-Jacques-Mande-Daguerre.
15. Ouentcheu, Armand F. D. Master Thesis - Film dosimetry – physical aspects,
working conditions and applicationsin modern radiotherapy. Oldenburg : Carl-vonOssietzky University Oldenburg, 2004.
16. A New Circuit with Special Applications in Gamma-ray and X-ray Dosimetry. W.,
Kemp L. A. Londres : The British Journal of Radiology , 1945, Vols. 18: 107-112 .
17. Radiation Dosimetry in the Treatment of Functional Thyroid Carcinoma. Marinelli,
L.D. , Hill, R.F. s.l. : Radiology(U.S.), 1950, Vols. 55:494-502.
18. Dosimetry and Radium Therapy. Reboul, J. , Duhamel, J. s.l. : J. Radiol. Electrol,
1950, Vols. 31:112-14.
19. Detection Limit and Precision in Photographic Dosimetry. Bingo, K., Miyanaga, I.
s.l. : Journal of Nuclear Science and Technology, 1964, Vols. 2:24-29.
20. Gafchromic EBT. Advanced Materials, Wayne : ISP, 2007.
21. Podgorsak, E.D. Radiation Oncology Physics: A Handbook for Teachers and
Students. Viena : IAEA, 2005.
22. Brown, G. H. Photochromism. Nova Iorque : Wiley/Intersciense, 1965.
23. McLaughlin, W. Film, Radiochromic Dye-Cyanide Dosimeters, Manual on
Radiation Dosimetry. Nova Iorque : N.W. Holm, R.J. Berry, 1970.
24. Photocromic Processes by Todtomerism, Photochromismo Tecniques in Chemistry.
Margerum, J., Miller, L. Nova Iorque : Wiley, 1971.
105
Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica
25. Evaluation of skin dose associated with different frequencies of bolus applications
in post-mastectomy three-dimensional conformal radiotherapy. Andic, F, et al. s.l. :
Journal of Experimental & Clinical, 2009, Vol. 28.
26. Characterization and use of EBT radiochromic film for IMRT dose verification.
Zeidan, O. A., et al. s.l. : Medical Physics, 2006, Vols. 33, 4064-4072.
27. Evaluation of gafchromic EBT film for intensity modulated radiation therapy dose
distribution verification. Sankar, A., et al. s.l. : Journal of Medical Physics, 2006, Vols.
31, 78-82.
28. Evaluation of GAFCHROMIC® EBT film for CyberKnife® dosimetry. Wilcox, E.
E., Daskalov, G. M. s.l. : Medical Physics, 2007, Vols. 34, 1967-1974.
29. Contacto por email com: Prince Tugrulbey KIRYAMAN, M.S.N.E., Senior
Technical Sales Engineer, GAFCHROMIC Marketing Team. [Online]
30. Administration, Food and Drug. [Online]
http://www.fda.gov/MedicalDevices/DeviceRegulationandGuidance/Overview/Classify
YourDevice/default.htm.
31. McCullough, E.C, Holmes, T.W. Acceptance testing computerized radiation
therapy treatment planning systems: direct utilization of CT scan data. 1985, Vols. 12 :
237-42.
32. Measurement Consistency and Single Pixel Noise of Two Epson Flatbed Film
Scanners and a Vidar VXR-16. Lewis, D. F. Wayne : Advanced Materials Group, ISP.
33. SystemComparison.pdf. Gafchromic. [Online] ISP. http://www.gafchromic.com.
34. TG-21, AAPM. A protocol for the determination of absorbed dose from highenergy photon and electron beams. s.l. : Medical Physics, 1983.
35. TRS-398, IAEA. Absorved Dose Determination in External Beam Radiotherapy:
An Internacional Code of Pratice for Dosimetry besed on Standards of Absorbed Dose
to Water. Viena : IAEA, 1987.
36. 23, ICRU. Measurement of Absorbed Dose in a Phantom Irradiated by a Single
Beams of X or Gamma Rays . s.l. : ICRU, 1973.
37. Dosimetric parameters for small field sizes using Fricke xylenol gel,
thermoluminescent and film dosimeters, and an ionization chamber. Calcina, C. S. G.
et al. s.l. : Phys. Med. Biol., 2007, Vols. 52: 1431–143.
38. A protocol for IMRT QA using Gafchromic EBT film. s.l. : Advanced Materials
Group, ISP.
39. Ferreira, B. C., et al. Evaluation of na Epson flatbed scanner to read Gafchromic
EBT films for radiation dosimetry. Physics in Medicine and Biology. 2009, Vols. 54 :
1073-1085.
40. Deasy, JO et al. Methodological issues in radiation dose-volume outcome analysis:
summary of a joint AAPM/NIH workshop. Medical Physics. 2002, Vols. 29, pp.21092127.
41. Low, Daniel A. A technique for the quantitative evaluation of dose distributions.
Medical Physics. 1998, Vols. 25 : 656-661.
42. Spezi, E., Lewis D. G. Gamma histograms for radiotherapy plan evaluation.
Radiotherapy and Oncology . 2006, Vols. 79 : 224–230.
43. Depuydt, T., et al. A quantitative evaluation of IMRT dose distributions:
refinement and clinical assessment of gamma evaluation. Radiotherapy and Oncology.
2002, Vols. 62 : 309-319.
44. Winiecki, J., et al. The gamma evaluation method as a routine QA procedure of
IMRT. Reports of Practical Oncology and Radiotherapy . 14, 2009, Vols. 5 : 162-168 .
45. standard, Internacional. 1. Photo Graphy- Electronic scanners for photographic
images- Dynamic range measurements, ISO 21550. 2004.
106
Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica
Dosimetria Fotográfica
46. NST. Optical Density Evaluation of Scanners. Pennsylvania : s.n., 2006.
47. 10000XL, Epson Expression. [Online] www.epson.com.
48. Avantes. AvaLight-DHS Deuterium Halogen Light Source Operating Manual.
2006.
49. —. AvaSpec-2048 Standard Fiber Optic Spectrometer. 2006.
50. Martisikova, M., et al. Analysis of uncertainties in Gafchromicr EBT film
dosimetry of photon beams. Physics in Medicine and Biology. 2008, Vols. 53 : 7013–
7027.
51. Fiandra, C. et al. Clinical use of EBT model Gafchromic film in radiotherapy.
Medical Physics. 33, 2006, Vols. 11 : 4314-4319.
52. Lewis, D. F., et al. Method for removing the effect of light scattering in a digitized
image of a light – scattering film. United States Patent Application Publication. 2008.
107
Pedro Carreira
Dissertação da Tese de Mestrado em Engenharia Biomédica