Desenvolvimento de um simulador antropomórfico de pescoço-tireoide tecido-equivalente impresso em 3D para aplicações multidisciplinares

Abstract

Objetos simuladores (no inglês, phantoms), dispositivos que representam o corpo humano, têm sido usados nas áreas da física médica, física e engenharia biomédica desde o início. Logo após a descoberta dos raios-X, as notícias dos benefícios médicos da radiação se espalharam rapidamente. A geometria e a composição de um simulador são determinadas pela prática a qual será aplicado. Existem desde os mais simples, baseados em água para medir a saída de feixes de terapia de megavoltagem, aos de maior complexidade, antropomórficos para controle de qualidade em radioterapia. O uso de impressão 3D e filamentos comumente encontrados comercialmente para o desenvolvimento de simuladores está sendo investigado. A aplicação desta técnica para o desenvolvimento de simuladores de baixo custo requer um estudo complexo da interação dos materiais impressos com diferentes tipos e qualidades de radiação, bem como a caracterização de configurações de impressão. Realizando essas medições, é possível encontrar metodologias para que possam simular corretamente o tecido humano. O objetivo desse trabalho constitui no projeto e na construção de um objeto simulador antropomórfico de tireoide (pescoço), utilizando uma impressora 3D e materiais tecido-equivalentes, para ser utilizado em aplicações multidisciplinares. Estudos de equivalência a tecidos humanos para filamentos de PLA, ABS e ABS XCT desenvolvidos no IPEN foram realizados em feixes de fótons padrão. Utilizou-se como base anatômica e de modelagem 3D o simulador comercial ATOM MAX 711, da CIRS. Os dados experimentais mostram a possibilidade de alcançar condições de equilíbrio eletrônico com as mesmas especificações de espessura para PLA e ABS, possibilitando a substituição do PMMA em diversas aplicações dosimétricas. Os filamentos de ABS aditivados com BaSO4 desenvolvidos no IPEN possuem propriedades de atenuação aumentadas significativamente em relação ao ABS puro, PLA e PMMA e são equivalentes aos tecidos ósseos nos feixes estudados. Diferentes tecidos ósseos podem ser simulados com uso de diferentes percentuais de infill. A metodologia de modelagem do simulador 3D deste estudo abre possibilidades de uso de imagens tomográficas de quaisquer objetos, ou até mesmo pacientes, para realização de prototipagem 3D de simuladores cada vez mais específicos e customizados. O simulador desenvolvido apresenta todas as características desejáveis para aplicações em proteção radiológica, dosimetria utilizando detectores TL/OSL, medições de radioisótopos incorporados na tireoide (tanto contadores de contaminação, quanto detectores de medicina nuclear) e treinamento de técnicas de aquisição de imagens por raios-X. Constitui uma alternativa viável de simulador equivalente a tecido; e de baixo custo, se comparado com os simuladores importados.