PLA-Based Simulator for Dosimetry Assessment of Healthcare Waste

Hugo Leonardo Lemos Silva; Noil Amorim de Menezes Cussiol; Tarcísio Passos Ribeiro de Campos

doi:10.15392/2319-0612.2026.3037

Autores

Hugo Leonardo Lemos Silva Universidade Federal de Minas Gerais
- Conceptualization
- Formal Analysis
- Methodology
- Writing – Original Draft Preparation
- Writing – Review & Editing
Noil Amorim de Menezes Cussiol Projetos Hospitais Saudáveis , Projeto Hospitais Saudáveis
- Conceptualization
- Validation
- Visualization
- Writing – Review & Editing
- Supervision
Tarcísio Passos Ribeiro de Campos Universidade Federal de Minas Gerais
- Supervision
- Validation
- Visualization
- Writing – Review & Editing

DOI:

https://doi.org/10.15392/2319-0612.2026.3037

Palavras-chave:

Resíduos de Serviços de Saúde, Dosimetria, Simulador de PLA, Impressão 3D, Simulação Monte Carlo, Processamento por Radiação Industrial

Resumo

Os resíduos de serviços de saúde (HCW) exigem tratamento eficiente antes do descarte para evitar a disseminação de patógenos e a contaminação ambiental. A irradiação ionizante surge como alternativa promissora à incineração, porém requer conhecimento das propriedades radiológicas do material para determinação precisa da dose. Este trabalho tem o objetivo de desenvolver um simulador físico para HCW visando auxiliar na avaliação dosimétrica de resíduos irradiados, com validações experimentais e computacionais. Foram utilizados dados do National Institute of Standards and Technology (NIST) e os programas XCOM e ESTAR para obter coeficientes de absorção de energia de massa para fótons e poder de freamento de massa para elétrons entre 0.1 e 20 MeV. Consideraram-se duas abordagens: um modelo completo com a composição típica dos HCW e um modelo simplificado baseado em Poliácido Lático (PLA), contendo apenas C, O e H, assumindo que o PLA reproduz adequadamente a fração elementar predominante dos resíduos. A validação dosimétrica consistiu na comparação dos coeficientes de atenuação mássica (μ) e de freamento (S) entre HCW e PLA. Simulações com PHITS avaliaram a distribuição espacial de dose para fótons e elétrons. Um simulador físico foi então produzido por impressão 3D em PLA, com densidade de 0.15 g/cm³ e geometria interna hexagonal para representar o empacotamento real dos resíduos. As comparações entre os coeficientes de atenuação mássico e poder de frenagem indicaram diferenças mínimas entre HCW e PLA, demonstrando equivalência radiológica. As simulações e análises confirmaram que o simulador reproduz adequadamente a distribuição espacial de dose, com boa homogeneidade e fidelidade ao comportamento real. O uso de PLA mostrou-se uma solução prática, econômica e tecnicamente consistente para construção de simuladores destinados ao aperfeiçoamento de processos dosimétricos em tratamento de resíduos por radiação ionizante, além de favorecer estudos reprodutíveis com elevado potencial de aplicação.

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Biografia do Autor

Hugo Leonardo Lemos Silva, Universidade Federal de Minas Gerais

Graduação em Física pela Universidade Federal de Minas Gerais, mestrado em Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear pelo Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear - CDTN/CNEN, doutorando pelo Programa de Pós Gradução em Ciência e Técnicas Nucleares da UFMG. Físico Médico pela Associação Brasileira de Física Médica ABFM e Supervisor de Radioproteção pela CNEN. Possui 23 anos de experiencia na área de radioterapia atuando na implantação de várias radioterapias pelo Brasil.
Noil Amorim de Menezes Cussiol, Projetos Hospitais Saudáveis, Projeto Hospitais Saudáveis

Possui graduação em Bacharelado em Química com Atribuições Tecnológicas pela Fundação Técnico Educacional Souza Marques (1977), graduação em Licenciatura em Química pela Fundação Técnico Educacional Souza Marques (1978), mestrado em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos pela Universidade Federal de Minas Gerais (2000) e doutorado em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos pela Universidade Federal de Minas Gerais (2005). Atualmente é servidora aposentada da Comissão Nacional de Energia Nuclear./Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear (CNEN/CDTN), onde atuou como química nuclear e foi responsável pelo gerenciamento de resíduos químicos de laboratórios de pesquisa. Tem experiência na área de Engenharia Sanitária e Ambiental, atuando principalmente nos seguintes temas: gerenciamento de resíduos de serviços de saúde, lixo hospitalar, gerenciamento de resíduos químicos de laboratórios.
Tarcísio Passos Ribeiro de Campos, Universidade Federal de Minas Gerais

Professor Titular Aposentado da Universidade Federal de Minas Gerais, atualmente em continua colaboração com a UFMG/PCTN e CDTN - Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear. O Professor possui graduação em Engenharia pela Universidade Federal de Minas Gerais (1983), mestrado em Engenharia Nuclear pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (1985) na área de Física de Reatores (Ressonancias Nucleares), doutorado em Engenharia Nuclear - University of Illinois at Urbana Chamapaign - UIUC/USA (1993) na área de Engenharia Nuclear (major) e Engenharia Elétrica (minor), junto ao Institute Beckman, atuando em neurociencia, robotização e coordenação visuo-motora, e pos-doutorado no Massachusetts Institute of Technology - MIT/USA (1998) no programa de pesquisa MIT-Harvard, como Fulbright Fellow, na área de Terapia de Captura de Neutrons pelo Boro, aplicado a Tumores Cerebrais. Coordenador do Programa de Pós-graduação de Ciências e Técnicas Nucleares na gestão de 2001-2003. Foi consultor da CAPES-Engenharia II da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (2004-2010). Consultor de universidade estrangeira (2020-).Tem experiência em várias áreas de Engenharia e Energia Nuclear, tendo dado ênfase atual em materiais, ciência das radiações e radioisótopos, radioquimica e radiobiologia, atuando principalmente nos seguintes temas: biomateriais radioativos, efeitos das radiações ionizantes, radioterapia, braquiterapia, dosimetria experimental e computacional, produção de radiofarmacos, desenvolvimento de simuladores radiológicos físicos, softwares aplicados a radioterapia, terapia de captura de neutrons, radiobiologia, proteoma e lipidomica, radioquimica e cancerologia, bem como instrumentação nuclear, automação, e projeto de aceleradores de partículas nucleares, transmutadores isotópicos, geradores de radioisotopos, nucleo de reatores nucleares. Possui 14 patentes e 01 software registrados no INPI, 2 patentes de invenção submetidas ao WIPO tendo produzido 04 sistemas computacionais, publicado 148 artigos em revistas indexadas e 340 artigos completos em anais de congresso, 34 resumos, orientando 57 dissertações de mestrado e 21 de doutorado e 2 co-orientações de doutorado finalizadas, tendo 2 orientações em andamento; além de ter acompanhado 13 pos-doutores sendo 01 pos-doutorado senior. Colabora com pesquisadores de várias instituições, entre elas: Depto de Cirurgia da Universidade Federal de Ouro Preto, Biologia, Farmácia, Veterinária, e Medicina da UFMG, Centros de radioterapia da Santa Casa de Misericórdia, Hospital Mario Pena, Hospital São Francisco e Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear - CDTN, entre outras. Coordenou mais de 28 projetos de pesquisa financiados por agencias governamentais. Faz parte do Corpo Editorial do Journal of Radiology, Austin Publishing Group e Revista Mineira de Radioterapia. Lecionou 30 anos, disciplinas na pos-graduação e graduação, em especial disciplinas em radiobiologia aplicada, radioquimica aplicada, conceitos de imagens medicas, radiações aplicada a biomedicina, aceleradores de partículas aplicados a biomédica, radioproteção, na área de concentração de Ciências das Radiações, na linha de pesquisa em radiações aplicadas à engenharia e saúde.

Referências

[1] ADUAN, S. A., BRAGA, F. dos S., ZANDONADE, E., SALLES, D., CUSSIOL, N. A. de M., LANGE, L. C. Avaliação dos resíduos de serviços de saúde do Grupo A em hospitais de Vitória (ES), Brasil. Engenharia Sanitária e Ambiental, Brazil, v.19, n. 2, p. 133–141, 2014. Available at: https://www.scielo.br/j/esa/a/W7xmt9JKzJ59Nq8psXLx3Bt/?lang=pt access: 15/07/2025 DOI: https://doi.org/10.1590/S1413-41522014000200004

[2] NEVES, A.C; MAIA, C. C; SILVA, M.E.C; VIMEIRO, G.V.V; MOL, M. P. G; Analysis of healthcare waste management in hospital of Belo Horizonte, Brazil. Environmental Science and Pollution Research; v.29; 2022. Available at: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9308478/ DOI: https://doi.org/10.1007/s11356-022-22113-w

[3] NIST, ESTAR: Stopping-Power and Range Tables for Electrons, Protons, and Helium Ions. Gaithersburg, MD: National Institute of Standards and Technology, 2024. [Online]. Available at: https://physics.nist.gov/PhysRefData/Star/Text/method.html - access: 20/07/2025.

[4] NIST, XCOM: Photon Cross Sections Database. Gaithersburg, MD: National Institute of Standards and Technology, 2024. [Online]. Available at: https://www.nist.gov/pml/xcom-photon-cross-sections-database - access: 20/07/2025.

[5] PHITS - Particle and Heavy Ion Transport Code System – version 3.34 -T. Sato, Y. Iwamoto, S. Hashimoto, T. Ogawa, T. Furuta, S. Abe, T. Kai, Y. Matsuya, N. Matsuda, Y. Hirata, T. Sekikawa, L. Yao, P.E. Tsai, H.N. Ratliff, H. Iwase, Y. Sakaki, K. Sugihara, N. Shigyo, L. Sihver and K. Niita - J. Nucl. Sci. Technol. 61, pg. 127-135, 2024. DOI: https://doi.org/10.1080/00223131.2023.2275736

[6] RDC - RESOLUÇÃO DA DIRETORIA COLEGIADA nº 222 de 28 de março de 2018 - Regulamenta as Boas Práticas de Gerenciamento dos Resíduos de Serviços de Saúde e dá outras providências. Ministério da Saúde. Agência Nacional de Vigilância Sanitária, Brasil; Available at: https://bvsms.saude.gov.br/bvs/saudelegis/anvisa/2018/rdc0222_28_03_2018.pdf access: 20/07/2025.

[7] SILVA, Hugo Leonardo Lemos; CUSSIOL, Noil Amorim de Menezes; CAMPOS, Tarcísio P. R.. ELEMENTAL COMPOSITION OF HEALTHCARE WASTE FOR DEVELOPING SIMULATOR OBJECTS IN RADIATION STERILIZATION.. In: Semana Nacional de Engenharia Nuclear e da Energia e Ciências das Radiações. Anais...Belo Horizonte(MG) UFMG, 2024. Available: https://www.even3.com.br/anais/vii-sencir-semana-nacional-de-engenharia-nuclear-e-da-energia-e-ciencias-das-radiacoes-449507/893499-elemental-composition-of-healthcare-waste-for-developing-simulator-objects-in-radiation-sterilization/ , access at: 19/07/2025

[8] TATA, A.; BEONE, F.; Hospital waste sterilization: a technical and economic comparison between radiation and microwaves treatments; Radiation Physics and Chemistry; Amsterdam, Netherlands; v.46, n.4-6, p. 1153-1157, 1995. DOI: https://doi.org/10.1016/0969-806X(95)00347-Z

[9] ZHAO, Y.; PENG, W.; LIU, L.; LYU, J.; SUN, F.; JING, K.; LI, W.; FU, Y. Dose control and preliminary applications of radiation sterilization of medical and healthcare products using 10 MeV electron beams. Journal of Radiation Research and Radiation Processing, China, v.40, n.1, p.72–79, 2022. Avaiable at: https://www.fs.sinap.ac.cn/en/article/doi/10.11889/j.1000-3436.2021-0109/ access: 20/07/2025.