Hadronterapia : simulações da contribuição de processos nucleares para o tratamento de tumores - Burigo, Lucas Norberto (2011)
A presente dissertação contempla o desenvolvimento e validação de um aplicativo para efetuar simulações de hadronterapia. Este aplicativo foi empregado no estudo das reações nucleares de fragmentação que ocorrem para as energias e partículas envolvidas no tratamento. Estas reações representam a chave para o planejamento, tratamento, e pós-análise de precisão. Inicialmente é realizada uma revisão a respeito do tratamento de tumores profundos utilizando prótons e íons. Os aspectos físicos, biológicos e técnicos da utilização de feixes energéticos destas partículas são discutidos. A situação atual do tratamento e perspectivas são mencionadas. Faz-se também referências às di culdades do planejamento devido a ausência de ferramentas precisas para uma estimativa el da deposição de energia. A sequência do texto contém uma breve revisão dos códigos de Monte Carlo que podem ser adotados para a simulação do tratamento. Uma ferramenta que empregue o método de Monte Carlo é uma viável solução para levar em conta todos os efeitos físicos provocados pelas interações das partículas do feixe com os tecidos biológicos. Neste mesmo contexto, são discutidos os processos físicos relevantes que precisam ser considerados nas simulações de hadronterapia. O código de Monte Carlo Geant4 é, então, apresentado. São descritos os recursos que são utilizados para as simulações do tratamento. Este toolkit foi empregado para o desenvolvimento de um aplicativo, sendo este o primeiro item de originalidade do presente trabalho. O aplicativo desenvolvido é discutido e suas capacidades e funcionalidades são relatadas. Posteriormente, são apresentadas simulações utilizando o aplicativo supracitado. Os resultados são confrontados com dados experimentais e as limitações dos modelos físicos disponíveis são analisadas. O aplicativo demonstra, pela avaliação dos resultados, que: consiste em uma possível ferramenta para as estimativas precisas necessárias para a hadronterapia; é versátil, podendo ser empregado para um amplo intervalo de energias e para diferentes partículas do feixe; as funcionalidades podem ser facilmente estendidas para se moldar à proposta da aplicação devido ao paradigma da orientação a objetos; o problema de tempo computacional para o emprego do método de Monte Carlo no planejamento de tratamento pôde ser contornado com a implementação de processamento paralelo. Além disso, as análises demonstram que os modelos físicos necessitam modi cações na faixa de energia da hadronterapia para realizar uma melhor descrição do processo de fragmentação nuclear. Os resultados originais da dissertação abrem caminho para tornar as simulações em hadronterapia um instrumento de precisão no combate contra tumores situados em localizações que não permitem procedimentos invasivos.