Desenvolvimento de um sistema computacional baseado no código Geant4 para avaliações dosimétricas em radioterapia.

CNENA incidência de câncer tem crescido no Brasil, assim como em todo mundo, acompanhando a mudança do perfil etário da população. Uma das técnicas mais importantes e comumente utilizadas no tratamento do câncer é a radioterapia. Em torno de 60% dos casos novos de neoplasias malignas utiliza-se a radioterapia. O equipamento mais utilizado para radioterapia é o acelerador linear (Linac) que produz feixes de elétrons ou raios-X na faixa energética de 5 a 30 MeV. A maneira mais apropriada de irradiar o paciente é determinada durante o planejamento. Atualmente, o sistema computacional de planejamento radioterápico (TPS – Treatment Planning System) é a principal e a mais importante ferramenta no processo de planejamento em radioterapia. O principal objetivo desse trabalho foi desenvolver um sistema computacional baseado no código Monte Carlo (MC) Geant4 para avaliações dosimétricas em radioterapia com feixe de fótons. Além de planejamentos, essas avaliações podem ser realizadas para pesquisa e controle de qualidade de equipamentos e de TPSs. O sistema computacional, denominado Quimera, é composto de uma interface gráfica de usuário (qGUI) e três aplicativos MC (qLinacs, qMATphantoms e qNCTphantoms). A qGUI tem a função de interface para os aplicativos MC, criando ou editando os arquivos de entrada, executando as simulações e analisando os resultados. O qLinacs é usado para modelagem e geração de feixes de irradiação (espaços de fase) de Linacs. O qMATphantoms e o qNCTphantoms são usados para avaliações de dose em modelos virtuais de fantomas físicos e em imagens de tomografia computadorizada (CT), respectivamente. A partir de dados do fabricante, foram modelados no qLinacs um Linac e um colimador multifolhas (MLC) da Varian. As modelagens do Linac e do MLC foram validadas utilizando dados experimentais. As validações do qMATphantoms e do qNCTphantoms foram realizadas utilizando espaços de fase da IAEA (International Atomic Energy Agency). Nessa primeira versão, o Quimera pode ser usado para pesquisa, planejamentos radioterápicos de tratamentos simples e controle de qualidade em radioterapia com feixes de fótons gerados por Linacs. Os aplicativos MC funcionam independentes da qGUI e essa pode ser usada para manipulação de imagens CT e análise de resultados de outros aplicativos MC. Devido à estrutura modular do Quimera, é possível adicionar novos aplicativos MC, permitindo o desenvolvimento de novas pesquisas, modelagem de Linacs e MLCs de diferentes fabricantes, o uso de outras técnicas (feixe de elétrons, prótons, íons pesados, tomoterapia, etc.) e aplicações em áreas correlatas (braquiterapia, radioproteção, etc.). Esse trabalho é uma iniciativa para desenvolvimento colaborativo de um sistema computacional completo que possa ser usado em radioterapia, tanto na prática clínica e técnica quanto na pesquisa.The incidence of cancer has grown in Brazil, as well as around the world, following the change in the age profile of the population. One of the most important techniques and commonly used in cancer treatment is radiotherapy. Around 60% of new cases of cancer use radiation in at least one phase of treatment. The most used equipment for radiotherapy is a linear accelerator (Linac) which produces electron or X-ray beams in energy range from 5 to 30 MeV. The most appropriate way to irradiate a patient is determined during treatment planning. Currently, treatment planning system (TPS) is the main and the most important tool in the process of planning for radiotherapy. The main objective of this work is to develop a computational system based on the MC code Geant4 for dose evaluations in photon beam radiotherapy. In addition to treatment planning, these dose evaluations can be performed for research and quality control of equipment and TPSs. The computer system, called Quimera, consists of a graphical user interface (qGUI) and three MC applications (qLinacs, qMATphantoms and qNCTphantoms). The qGUI has the function of interface for the MC applications, by creating or editing the input files, running simulations and analyzing the results. The qLinacs is used for modeling and generation of Linac beams (phase space). The qMATphantoms and qNCTphantoms are used for dose calculations in virtual models of physical phantoms and computed tomography (CT) images, respectively. From manufacturer's data, models of a Varian Linac photon beam and a Varian multileaf collimator (MLC) were simulated in the qLinacs. The Linac and MLC modelings were validated using experimental data. qMATphamtoms and qNCTphantoms were validated using IAEA phase spaces. In this first version, the Quimera can be used for research, radiotherapy planning of simple treatments and quality control in photom beam radiotherapy. The MC applications work independent of the qGUI and the qGUI can be used for handling CT images and analysis of results from other MC applications. Due to the modular structure of the Quimera, one can add new MC applications, allowing the development of new research for use of other techniques (electron beam, protons, heavy ions, tomotherapy, etc.) and applications (brachytherapy, radiation protection, etc.) in radiotherapy. Quimera is an initiative for collaborative development of a complete computer system that can be used in radiotherapy, for clinical and technical practice and researc