MCvoxEL: Um programa para cálculos dosimétricos com interface gráfica




C_Capacd2

     
     Técnicas de simulação estatística, conhecidas como métodos Monte Carlo, são aplicadas em modelos do corpo humano para calcular doses de radiação ionizante. Sua principal característica é a utilização de números aleatórios. O programa 'acompanha' as trajetórias das partículas (fótons) desde que elas partem da fonte até que sejam totalmente absorvidas ou saiam dos limites do modelo.


    



C_fonte



    As distâncias entre as interações são calculadas com base nas seções de choque para os três fenômenos simulados: efeito fotoelétrico, espalhamento Compton e produção de pares. As interações são simuladas por meio de amostragens sobre os modelos matemáticos que descrevem os eventos físicos. A energia é depositada no local de cada interação no interior do modelo antropomórfico.

C_matemat

     Os primeiros modelos heterogêneos foram os fantomas (do inglês
phantom) matemáticos:






Um modelo matemático nada mais é do que um conjunto de expressões matemáticas que define a forma e o volume de estruturas geométricas simples (esferas, cones, elipsóides, etc.) representado os órgãos e tecidos de interesse.

O avanço nas técnicas de aquisição de imagens médicas aliado ao rápido progresso na capacidade e processamento dos computadores modernos permitiu a construção de um novo tipo de fantomas, os simuladores tomográficos ou baseados em elementos de volume (voxels = corruptela de volume elements).

Os modelos tomográficos representam o corpo humano de forma bem mais próxima da realidade. Eles são construídos a partir da superposição de imagens transversas do corpo modelado (ver figura abaixo). A resolução das imagens originais, normalmente obtidas por Tomografia Computadorizada ou por Ressonância Magnética, define as dimensões horizontais (X, Y), e o espaçamento entre as imagens define a dimensão vertical (Z) de cada voxel. As informações sobre a posição, densidade e tecido/orgão de cada voxel é armazenada em um banco de dados que constitui o modelo virtual do corpo tomografado.

C-Construcao












C_segmentacao

     No processo de construção dos modelos usados pelo programa MCvoxEL, a segmentação de órgãos e tecidos resume-se à tarefa de colorir as imagens tomográficas. 





C-LeituraDados
     Quando o programa que calcula o transporte de radiação é também capaz de trabalhar com arquivos gráficos, a escrita e leitura dos dados geométricos pode ser bastante otimizada:






·
  Os dados do modelo ocupam um menor tamanho de memória;

·  Todos os dados são armazenados na memória RAM;

·
  O tempo de processamento é menor (são necessárias poucas  operações aritméticas e o acesso aos dados de cada voxel é direto).


C_escala

       O programa define as dimensões de cada voxel a partir de informações fornecidas pelo usuário sobre a escala utilizada no processo de aquisição das imagens originais.







     O usuário informa o número de imagens e o programa constrói automaticamente o modelo 'lendo' as imagens coloridas.
C_fatiaColorida










      O programa calcula o transporte de radiação a partir dos dados sobre a geometria e energia da fonte e das probabilidades de interações nos diferentes tecidos que compõem o modelo. Depois de um grande número de fótons simulados os resultados são obtidos na forma de coeficientes de conversão para doses nos órgãos e tecidos de interesse.


C_validacao

     Várias simulações foram feitas pelo código MCvoxEL e seus resultados foram comparados com os obtidos por outros pesquisadores que utilizaram programas já consolidados no meio científico. Em todos os casos os resultados levam à validação dos cálculos do transporte de radiação.





C_ResultGraf

     O programa reconstrói imagens internas dos modelos mostrando regiões de determinada faixa de energia absorvida, definida pelo usuário (regiões em preto na figura abaixo). Nesta simulação específica foi colocada uma fonte pontual e isotrópica nas coordenadas (12, 12, 17) e os voxels pintados de preto receberam até um milionésimo da energia emitida pela fonte.










C-Rivaldo
     O programa também constrói imagens tridimensionais em tons de cinza exibindo qualquer estrutura anatômica segmentada. Na figura abaixo pode-se ver a vista frontal e vista lateral do esqueleto de um modelo de cabeça e pescoço construído.





C_radiograf

     Radiografias virtuais dos modelos podem ser obtidas pelo programa!










C-Tomograf

     Tomografias virtuais também são simuladas pelo programa MCvoxEL !!!





 

   
 
 
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