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As simulações computacionais conquistaram espaço significante na física médica nas últimas décadas, uma vez que possibilitam procedimentos clínicos mais acurados por meio de estimativas dos efeitos da radiação em regiões, nas quais a dosimetria experimental torna-se uma atividade extremamente complexa de ser realizada, por exemplo, órgãos internos do corpo humano.

Para que fosse possível estimar os efeitos da radiação nas regiões do corpo, fez-se necessário a criação de um modelo computacional que representasse o corpo humano da forma mais fiel possível.

O primeiro modelo antropomórfico heterogêneo foi proposto por Fischer e Snyder [1967;1968], representando um hermafrodita (homem adulto com útero, seios e ovário), de 20 a 30 anos com 70 kg de massa e 1,74 m de altura. Com dados anatômicos baseados no conceito de “Homem de Referência” para aplicações em proteção radiológica, publicados no ICRP 23 [1975]. Neste modelo, os órgãos e tecidos eram descritos por expressões matemáticas de figuras geométricas simples como: planos, cilindros, elipsóides e esferas, Figura III-1.

Figura III - 1: Simulador antropomórfico descrito por expressões matemáticas, com volume e formas delimitadas pela combinação e interseção de figuras geométricas – modelo conhecido como MIRD-5 [Fischer e Snyder, 1967].

A publicação deste modelo no Pamphlet No. 5 do Medical Internal Radiation Dose

Commitee da Society of Nuclear Medicine, o consagrou na literatura pelas iniciais MIRD-5

(também conhecido como “Snyder-Fisher”).

A grande repercussão deste modelo na comunidade acadêmica resultou em uma série de versões melhoradas de novos modelos antropomórficos, representando diferentes idades e sexos, tais como os modelos de sexos distintos ADAM e EVA, publicados por Kramer et al. [1982].

Por mais de duas décadas os simuladores antropomórficos derivados do modelo MIRD-5, permitiram avanços importantes no campo das avaliações de dose em órgãos diferentes do corpo humano. Contudo, apesar do grande esforço dos pesquisadores em buscar descrições matemáticas cada vez mais precisas das estruturas do corpo, a metodologia de representação proposta era bastante limitada e distante da realidade.

Como alternativa às limitações impostas, de representação da anatomia humana dos simuladores antropomórficos, surgiu uma nova metodologia para a construção de modelos antropomórficos, os conhecidos Objetos Simuladores Segmentados (OSS) baseados em imagens médicas, Figura III-2.

Figura III - 2: OSS construído a partir de imagens médicas, conhecido como MAX (Male Adult Voxel Phantom) [Kramer et al., 2003].

Esta nova metodologia de representação do corpo humano foi viabilizada pelo grande avanço tecnológico das imagens médicas, permitindo o desenvolvimento da geometria específica de um paciente em modelos antropomórficos mais realistas e, consequentemente, avaliações dosimétricas mais acuradas.

Nesta representação, a descrição da anatomia do corpo humano consiste em uma matriz tridimensional, cujos elementos são pequenos volumes denominados voxels. Para cada elemento de volume é atribuído a propriedade de um material, os quais por sua vez estão associados às intensidades dos pixels das imagens médicas.

Esta metodologia foi inicialmente proposta por Gibbs et al. [1984], e independentemente por Willians et al. [1986], com rápida aceitação perante o público acadêmico. Atualmente, existem diversos OSS consagrados na literatura, representando diferentes sexos e idades, a saber: ZUBAL et al. [1994], NORMAN [Dimbylow, 1995], VIPMAN [Spitzer et al., 1998], VOXELMAN [Petoussi-Henss et al., 2002], MAX [Kramer et al., 2003], dentre outros.

O MAX (Male Adult Voxel Phantom) é um OSS que representa um homem adulto padrão de 175,3 cm de altura e 74,6 kg de massa. Suas informações anatômicas derivam do OSS VOX_TISS88 [Zubal et al., 2000] que foram ajustadas para atender as especificações do Homem de Referência, publicadas na ICRP 89 [2003] e na ICRU 44 [1989], quanto à composição e à densidade dos tecidos.

Os ajustes deste OSS segundo as especificações da ICRP 89 visam representações mais fiéis dos órgãos e dos tecidos, sobretudo, em termos de massa para a proteção radiológica. No entanto, a resolução dos elementos de volume (tamanho dos voxels) limita a representação das estruturas dos OSS. Regiões com espessuras inferiores às dimensões dos voxels, como a pele, são erroneamente representadas.

A espessura dos voxels do MAX é de 3,6 mm de aresta, valor este que superestima a espessura da pele em, aproximadamente, duas vezes os valores especificados pela ICRP 89 (1,5 mm). Esta superestimativa em termos de massa total da pele é próxima de 102,3 % (6.676 g) em relação à massa estimada a um homem adulto padrão pelo ICRP 89 (3.300 g) [Kramer, 2003].

Além desta inconsistência quanto à representação da espessura da pele, outro problema do MAX está associado à localização/distribuição errônea desta região, uma vez que os voxels designados à pele não se limitam aos do contorno do corpo, como pode ser observado na Figura III-2. Em algumas regiões internas do corpo são encontrados falsos voxels de pele.

8 _{OSS disponível para a comunidade científica no website da Universidade de Yale [Zubal, 2000], com a}

A representação de pele do MAX foi totalmente herdada do OSS do VOX_TISS8. Kramer et al. [2003] ao ajustarem os valores anatômicos com os recomendados pelo ICRP 89, não incluíram a segmentação e discriminação correta da pele. No entanto, viabilizaram avaliações dosimétricas na região por alterações no procedimento de cálculo executado pelo código EGS9 [Kawakow e Rogers, 2000], na distinção da deposição de energia aos primeiros 1,5 mm do voxel. Ao distinguir a região da pele pelo depósito de energia, Kramer et. al. incorporaram aos cálculos uma representação de pele próxima ao valor recomendado pela ICRP 89, subestimando a massa da pele em 1,4 % (3.254,8 g).

Soluções para o problema da discriminação da pele próxima ao real foram propostas em 2006, pelos mesmos pesquisadores, com o advento da versão refinada do MAX, o MAX 06 [Kramer et al, 2006]. Este novo OSS é constituído por voxels de 1,2 mm de aresta, os quais possibilitaram não só a inserção de órgãos e tecidos antes não discriminados, como a representação mais adequada de órgãos e tecidos delgados e irregulares.

O MAX 06 superestima a massa total da pele em 2,5 % (3.383,9 g) em relação ao valor especificado pela ICRP 89. Contudo, esta maior resolução dos voxels atualmente compromete sua compilação e execução no código MCNP, em razão da quantidade de informação despendida para sua representação.

Esta impossibilidade de acoplar e inserir o MAX 06 ao código MCNP faz com que as avaliações dosimétricas da região da pele, utilizando os modelos propostos por Kramer et al. [2003, 2006], no código MCNP, sejam limitadas ao modelo antigo do MAX, com voxels de 3,6 mm e superestimativa da massa da pele de 102,5 %.

Neste contexto, enfatiza-se a necessidade do algoritmo de segmentação proposto neste estudo, uma vez que a reconstrução do MAX pelo mesmo permite avaliações dosimétricas do modelo no código MCNP, com representações de pele mais acuradas e próximas das especificações do ICRP 89.