Desenvolvimento de algoritimos para trajetórias de prótons em tratamentos radioterápicos.

Abstract

O câncer é uma das principais causas de morte, com uma incidência de casos cada vez maior, constituindo um desafio significativo para a saúde pública mundial. A radioterapia, em particular a protonterapia, é uma das principais estratégias para o tratamento do câncer, e seu desenvolvimento tem se beneficiado de tecnologias de ponta como o uso de feixes de prótons, que possuem propriedades únicas, como o pico de Bragg, no qual a maior parte da energia é depositada diretamente no tumor.

Este trabalho discute os mecanismos fundamentais envolvidos na interação de partículas carregadas com a matéria, com destaque nas teorias de Bethe-Bloch e a correção de Fermi-Eyges para Molière, que descrevem a perda de energia e o espalhamento múltiplo de Coulomb - MCS - respectivamente. A equação de Bethe-Bloch representa a dissipação de energia das partículas carregadas ao interagirem com os elétrons da matéria, sendo fundamental para entender a distribuição de energia e a profundidade dos feixes de prótons. A teoria de Molière, corrigida por Fermi-Eyges, descreve como as partículas se espalham devido a colisões com os núcleos atômicos, influenciando diretamente a precisão da dose administrada e a qualidade das imagens de tomografia por prótons.

No entanto, a modelagem das trajetórias das partículas apresenta obstáculos, principalmente por causa da natureza estocástica dos processos de espalhamento e à necessidade de elevados custos computacionais para simulações precisas. Este trabalho propõe o desenvolvimento de um algoritmo que emprega métodos determinísticos, se baseando nas teorias de Bethe-Bloch e Fermi-Eyges, para aproximar as trajetórias de prótons de maneira eficaz, sem comprometer a precisão dos resultados. Isso visa reduzir o custo computacional. Além disso, a validação prática do algoritmo será realizada, comparando os resultados simulados com dados experimentais de protonterapia, garantindo sua aplicabilidade em tratamentos clínicos. O trabalho também explora as limitações da equação de Bethe-Bloch, como as correções de Bremsstrahlung e os efeitos nucleares, sugerindo ajustes e correções necessárias para otimizar os tratamentos de protonterapia.