Física da Radioterapia - Luiz A. M. Scaff
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Física da Radioterapia - Luiz A. M. Scaff


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FÍSICA DA 
RADIOTERAPIA 
Física da Radioterapia 
Luiz A.M. Scaff 
Este livro teve o apoio cultural de: 
Hospital Alemão Oswaldo Cruz 
Variai\ Oncology System 
Projeto Gráfico 
CLR Balieiro Editores Ltda. 
Fotolitos 
Bureau Bandeirante de Pré-lmpressão 
Impressão/Acabamento 
Cromosete Gráfica e Editora Ltda. 
Direitos Reservados 
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reproduzida sem expressa autorização do Editor 
Sarvkir Edfton de Uvros Médico* Ltda. 
Rua Df. Amâncio de Carvalho n» 459 
CeP040I2-0ff0 Te(alax(£HIf57J-3«9 
Sào Paulo-Brasil 
ISBN 85-7378-082-7 
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIE) 
(Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) 
Scaff, Luiz Alberto Malaguti, 1947-
Física da radioterapia / Luiz A.M. Scaff. - São 
Paulo-: SARVIER, 1997. 
Bibliografia. 
1. Física 2. Física médica 3. Radiologia 4. Radio-
logia médica 5. Radioterapia I. Título. 
97-5507 
CDD-615.842 
NLM-WN 110 
índices para catálogo sistemático: 
1. Física para radioterapia : Medicina 615.842 
FÍSICA DA 
RADIOTERAPIA 
LUIZ A.M. SCAFF 
Diretor do Serviço de Física Hospitalar do Instituto de 
Radiologia do Hospital das Clínicas da Faculdade de 
Medicina da Universidade de São Paulo 
Coordenador da Física Médica do Hospital Alemão 
Oswaldo Cruz de São Paulo 
Professor de Física Médica do Centro de Ciências Exa-
tas e Tecnologia da Pontificia Universidade Católica 
de São Paulo 
Sarvier Editora de Lhrros IMdicos Ltda. 
Rua Dr. Amãncio de Carvalho n° 459 
CEP040ia-090 Tele1aii(011)571-3439 
Sao Pauto-Brasil 
São Paulo - 1997 - Brasil 
JMAiSbAO Kí^Cmi Üt fcNtKtílA NUüLtAH/SF irtB 
Para a Cristina, André, Luciana e Daniel 
PREFÁCIO 
Em 1979, quando foi editado o meu livro Bases Físicas da Radiologia - Diagnóstico e 
Terapia, em um trecho da nota do autor eu dizia que, apesar de a Radioterapia ter 
surgido devido a descobertas físicas, durante muito tempo foi largamente empírica 
e, aos poucos, perdendo essa característica, tornando-se mais científica. 
Passados todos estes anos, eu apenas acrescentaria que, além de mais científica, a 
Radioterapia agregou-se definitivamente à Física, à Tecnologia e à Informática, para 
sorte e benefício do paciente. 
Venho por meio deste novo trabalho, aproveitando todo o progresso tecnológico e 
de informática, os novos conceitos de dosimetria e de proteção radiológica e com 
mais profundidade nas abordagens de todos os tópicos, tentar, de uma maneira 
simples e objetiva, contribuir na formação do físico que deseja se especializar na 
área de radioterapia e, também, na do médico e do técnico. 
Gostaria de agradecer a AGÊNCIA INTERNACIONAL DE ENERGIA ATÔMICA pela 
permissão na reprodução de figuras e tabelas de sua publicação Absorbed Dose De-
termination in Photon and Electron Beams, Report 277 de 1987, a VARÍAN ONCOLOGY 
SYSTEM pelas ilustrações e apoio cultural dado em parceria com o HOSPITAL ALE-
MÃO OSWALDO CRUZ, a EDITORA SARVIER, que acredita, apoia e executa nossos 
projetos, e a minha esposa Cristina, pelas sugestões, discussões e inestimável ajuda 
na digitação dos primeiros manuscritos. 
Gostaria também de prestar homenagem a todas as pessoas, cuja maioria nem co-
nheci pessoalmente, que contribuíram e vêm contribuindo para que a minha vida 
seja muito mais vivida e feliz. Dentre inximeras, gostaria de citar: 
Auguste e Louis Lumière, que me mostraram a realidade de um sonho. 
Don Wilson, o mago aventureiro. 
Frederick Banting e Charles Best, que deram chance de vida para a minha vida. 
John Logie Baird, o pai do espelho mágico. 
John Pemberton, que criou o que chamo de essência da vida. 
V. Poulsen, J . MuUin e W. Johnson, o poder sobre o som e a imagem. 
Willis H. Carrier, o verdadeiro homem do tempo. 
A todos, muito obrigado. 
Luiz A.M. Scaff 
CONTEÚDO 
^ I - NOÇÕES DE FÍSICA NUCLEAR 1 
Introdução 1 
Radiação 3 
Radioatividade natural 4 
Emissão de partículas alfa (a ) 5 
Emissão de partículas beta (P) 7 
Emissão beta negativa (P") 7 
Captura de elétrons 8 
Emissão beta positiva (P+) 9 
Emissão de raios gama (y) 9 
Desintegração radioativa 9 
Meia-vida física (Ti^ ) 11 
Meia-vida biológica (Tg> 11 
Meia-vida efetiva (Tg) 11 
Vida-média (f) 11 
Equilíbrio radioativo 12 
Atividade de uma amostra (A) 14 
Ionização \u2022 16 
Alcance das partículas a e .p 17 
II - RAIOS X DE QUILOVOLTAGEM 19 
Introdução 19 
Tubo de raios X 20 
Produção de raios X 24 
Raios X de espectro característico 24 
Raios X de espectro continuo 25 
Aspecto clássico 25 
Aspecto quántico 26 
Forma do espectro 28 
Fatores que modificam o espectro dos raios X 30 
Voltagem aplicada 30 
Corrente no tubo 31 
Material do alvo 31 
Forma da onda da voltagem aplicada 31 
Distribuição angular dos raios X 32 
III - INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 
IONIZANTE COM A MATÉRIA 33 
Coefieiente de atenuação linear 33 
Intensidade da radiação transmitida 34 
Atenuação de um feixe de raios X 36 
Feixes largos 36 
Coeficiente de transferência e absorção de energia 37 
Mecanismos de interação com a materia 39 
Espalhamento Rayleigh 40 
Efeito fotoelétrico 40 
Raios X característicos 41 
Elétrons Auger 41 
Espalhamento Thomson 44 
Efeito Compton 45 
Fóton incidente de energia baixa 47 
Fóton incidente de energia alta 47 
Produção de pares 50 
Coeficientes totais de atenuação e absorção 55 
Lei do inverso do quadrado da distância 55 
IV - QUALIDADE DOS RAIOS X DE QUILOVOLTAGEM 59 
Introdução 59 
Filtração \u2022 59 
Camada semi-redutora 61 
Quilovoltagem equivalente 64 
V - MEDIDA DA RADIAÇÃO IONIZANTE 65 
Introdução 65 
Urüdades das radiações ionizantes 66 
Câmara de ionização 68 
Câmara de ionização padrão 68 
Condições de ftmcionamento 70 
Correções que devem ser feitas 71 
Limitações 72 
Câmara dedal : 72 
Eletrômetros 75 
Integrador 75 
Rate-meter 76 
Câmaras clínicas 77 
Câmara condensadora 77 
Câmaras tipo Farmer , 79 
Câmara de extrapolação 79 
Câmara de placas paralelas 80 
Fatores de correção para as câmaras de ionização 80 
Medida da exposição com câmara de ionização 84 
Valor da dose 84 
Dose no ar a partir da exposição 84 
Dose para outros materiais 84 
Dose "build-up" e equilíbrio eletrônico 86 
Medida da dose com câmaras de ionização 89 
Protocolo da associação americana de físicos em medicina 90 
Protocolo da agência internacional de energia atômica 94 
Exemplo de aplicação 99 
Solução " A " - protocolo (AAPM) 100 
Solução " B " - protocolo ( lAEA) 101 
Dosímetros termoluminescentes 101 
Dosímetros semicondutores 102 
Dosímetros calorímetros 103 
Dosimetria com filmes 104 
Exposição devida a emissores gama 105 
Contador Geiger-MüUer 107 
Detectores de cintilação 108 
VI - DISTRIBUIÇÃO DA DOSE 109 
Simulador do corpo humano 109 
Porcentagem de dose proñinda 109 
Relação tecido-ar (RTA) 115 
Fator de retrodispersão e fator de espalhamento-pico 116 
Relação entre a porcentagem de dose profunda (P) e a relação teddo-ar (RTA) . . 119 
Relação espalhamento-ar (SAR) 121 
Cálculo da dose para campos irregulares 121 
Pela relação tecido-ar 121 
Pela porcentagem de dose profunda 123 
Campos quadrados equivalentes a retangulares 125 
Outros parâmetros físicos 126 
Espalhamento pelo colimador (f^) 126 
Espalhamento pelo meio (f^ ^^ ) 127 
Espalhamento total 127 
Relação tecido meio e relação tecido máximo 127 
Relação espalhamento máximo 129 
Absorção pela bandeja 129 
Cálculo da dose fora do eixo central 130 
No campo 130 
No campo sob as proteções , 130 
Fora do campo 131 
Técnica de isocentro 133 
Terapia estática 134 
Terapia rotacional 134 
VII - CURVAS DE ISODOSE 137 
Introdução 137 
Medida da curva de isodose 138 
Comparação entre cartas de isodose 139 
Fatores que modificam as curvas de isodose 139 
Contorno do paciente 139 
Filtro compensador 142