APOSTILA Radioterapia PRINCIPIOS FISICOS
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APOSTILA Radioterapia PRINCIPIOS FISICOS


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PRINCÍPIOS FÍSICOS DA RADIOTERAPIA 
Homero Lavieri Martins1 
 
 
1. Radiação e sua Interação com a Matéria 
 
Radiação é uma forma de propagação da energia pelo espaço. Se acompanhada de 
matéria, chama-se radiação corpuscular. Quando é apenas energia, chama-se 
radiação eletromagnética. Há muitas radiações diferentes e apenas algumas delas 
são de interesse da Radioterapia. As partículas beta e os prótons são radiações 
corpusculares, possuem massa e carga elétrica. Os raios X e os raios gama são 
fótons, que podem ser entendidos como pequenos pacotes de energia, sem massa 
nem carga elétrica. 
 
Sempre que a radiação tem a capacidade de arrancar elétrons de um átomo ela 
pode ser chamada de radiação ionizante. Os raios X e gama, as partículas beta e os 
prótons são radiações ionizantes. A luz, as micro-ondas e os raios ultravioletas são 
radiações não-ionizantes. 
 
A interação da radiação com a matéria não é constante e uniforme. Ela depende de 
alguns fatores que fazem com que a interação tenha maior ou menor probabilidade 
de ocorrer. Além disso, ao ocorrer, pode haver maior ou menor troca de energia 
entre a radiação e a matéria. 
 
Há diversas formas de interação da radiação com a matéria, mas as interações mais 
importantes para a Radioterapia são o efeito fotoelétrico, o efeito Compton e a 
produção de pares. 
 
Efeito Fotoelétrico 
 
O Efeito Fotoelétrico ou absorção ocorre quando um fóton incide em elétron orbital 
fortemente ligado ao núcleo atômico. Nesse caso, a energia será totalmente 
 
1 Físico Médico especialista em Radioterapia do Hospital A. C. Camargo. 
absorvida pelo elétron e o fóton deixará de existir. O elétron é ejetado do átomo 
provocando ionização. Esse tipo de interação depende muito do número atômico do 
material. Se o átomo tiver número atômico alto, ou seja, muitos prótons em seu 
núcleo, terá mais elétrons fortemente ligados. Como a interação fotoelétrica ocorre 
com elétrons fortemente ligados, a probabilidade de ocorrer efeito fotoelétrico com 
núcleos de número atômico alto é muito maior. 
 
Nesse tipo de interação, o fóton incidente é totalmente absorvido pelo elétron orbital. 
Para que essa interação ocorra, o fóton deve, obrigatoriamente, ter energia maior do 
que a energia de ligação do elétron. Ao absorver toda a energia do fóton, o elétron 
consegue sair do átomo, deixando uma vaga na camada onde estava. Ocorre, 
portanto, uma ionização. 
 
A probabilidade de ocorrer uma interação desse tipo é maior quando a energia do 
fóton tem valor próximo da energia de ligação do elétron. Quanto maior a diferença 
entre a energia do fóton e a energia de ligação do elétron, menor a chance de 
ocorrer a interação. 
 
Como as energias de ligação estão na faixa de poucos eV até algumas dezenas de 
keV, é nessa faixa de energia que predomina o efeito fotoelétrico. Se o fóton tiver 
energia acima de 1 MeV a probabilidade de ocorrer efeito fotoelétrico já é muito 
pequena. 
 
Combinando os dois fatores, energia do fóton e número atômico do núcleo, haverá 
muito mais interações fotoelétricas para fótons de energia baixa incidindo em 
material de número atômico alto. 
 
Figura 01: Efeito fotoelétrico 
 
 
Efeito Compton 
 
Efeito Compton, ou espalhamento, ocorre quando um fóton interage com um elétron 
fracamente ligado ao núcleo do átomo. Nesse caso, o fóton perde uma fração de 
sua energia e muda sua trajetória original. O elétron é ejetado do átomo ao adquirir 
energia. Neste caso também ocorre uma ionização. 
 
A quantidade de elétrons fracamente ligados não depende muito do número atômico 
do material, portanto, a probabilidade de ocorrer uma interação Compton não é 
muito dependente do número atômico do material em que incide a radiação. 
 
Em relação à energia, como qualquer fóton usado em Radioterapia tem energia 
relativamente alta, a probabilidade de interação também não depende muito da 
energia do fóton incidente. 
 
 
Figura 02: Efeito Compton 
 
 
Produção de Pares 
 
A Produção de Pares ocorre quando um fóton se aproxima bastante do núcleo 
atômico. Ao interagir com o campo nuclear, ocorrerá uma grande mudança que 
\u201ctransforma\u201d a energia do fóton em massa pela famosa relação E = m c2. Quando o 
fóton sofre esse tipo de interação, aparecem duas partículas em seu lugar e ele 
desaparece. Essas partículas são um elétron de carga elétrica negativa e um elétron 
de carga elétrica positiva. Esse elétron de carga positiva recebe o nome de pósitron. 
Portanto, na interação por produção de pares o fóton desaparece e em seu lugar 
aparecem um elétron e um pósitron. 
 
A massa de um elétron é equivalente a 511 keV. Como o pósitron é igual a um 
elétron, a exceção de sua carga elétrica, a energia necessária para produzir um par 
elétron-pósitron é igual a 1022 keV. 
 
Sendo assim, nenhum fóton com energia menor que esse limiar de 1022 keV poderá 
sofrer uma interação de produção de pares. 
 
Quanto maior a energia do fóton, maior a probabilidade de ocorrer esse tipo de 
interação. A energia excedente ao valor necessário para produzir as partículas será 
sua energia cinética após a interação. 
 
Como a interação depende do campo nuclear, quanto maior o número atômico, 
maior a probabilidade de interação. 
 
 
Figura 03: Produção de pares 
 
 
Predominância de cada Interação 
 
O gráfico abaixo mastra que para energias baixas predomina o efeito fotoelétrico, 
especialmente se o número atômico do material for alto. Conforme a energia do 
fóton aumenta, o efeito fotoelétrico passa a ser cada vez menos importante, 
especialmente para número atômico baixo. Começa, assim, a ser importante o efeito 
Compton, já que a produção de pares ainda é impossível. A produção de pares 
começa a ser importante a partir de 5 MeV, principalmente se o número atômico for 
alto. 
 
 
Figura 04 Probabilidade de interação em função da energia do fóton 
 
2. Efeitos Biológicos das Radiações 
 
A incidência da radiação pode provocar inonizações. Estas ionizações podem, por 
sua vez, provocar quebras químicas modificando a estrutura molecular de um meio 
material. Se essa mudança de estrutura molecular ocorrer em qualquer tecido ou 
célula, poderá haver mudança biológica nesse meio. 
 
Nem toda mudança biológica será um dano, muito menos um dano irreversível. 
Porém, alguns desses danos poderão inviabilizar a divisão celular ou levar a célula à 
morte. 
 
De maneira simplificada, os danos às células são classificados em letais ou sub-
letais. 
 
Os danos letais são irreversíveis, não podem ser reparados e levam a célula à 
morte. 
 
Os danos sub-letais podem ser reparados em algumas horas, fazendo com que a 
célula se recupere totalmente. Porém, se outros danos sub-letais forem 
acrescentados ao dano sub-letal já instalado, essa soma de danos poderá gerar um 
dano letal, levando a célula à morte. 
 
A quantidade de células que sobrevivem a uma determinada quantidade de radiação 
é dada por um gráfico parecido com o da figura abaixo. 
 
 
Figura 05 sobrevivência celular em função da dose 
 
Nele podemos ver que inicialmente a quantidade sobrevivente sofre uma variação 
pequena até que a dose atinja o \u201combro\u201d da curva. Daí em diante, o aumento da 
dose faz com que a sobrevivência de células diminua mais rápido. 
 
Cada tipo de célula tem o \u201combro\u201d da curva em posição diferente em relação à dose, 
além de ter uma inclinação diferente. Em geral, as células tumorais têm o ombro em 
doses menores e uma inclinação mais pronunciada. Se a dose for administrada de 
forma fracionada, as células