parte 2 f sica de las radiaciones conferencia 2 dosimetr a y equipos n.
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Parte 2 Física de las Radiaciones Conferencia 2: Dosimetría y Equipos. Fundamentos.

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fundamentos
Fundamentos

La dosis de radiación que se entrega al tejido blanco y sus zonas adyacentes es uno de los principales medios para predecir el resultado del tratamiento de radioterapia (comparar con la parte 3 del curso).Generalmente se asume que la dosis ha de ser administrada con precisión, en el rango de +/-5%de la dosis prescrita, para garantizar se cumplan los objetivos del tratamiento.

objetivos
Objetivos
  • Comprender la importancia de las dosis y la dosimetría de las radiaciones en radioterapia
  • Poder explicar la diferencia entre dosimetría absoluta y relativa
  • Poder debatir sobre las características de los dosímetros más empleados en radioterapia: cámaras de ionización, semiconductores, dosímetros termoluminiscentes (TLD) y fílmico.
contenido de la conferencia 2
Contenido de la Conferencia 2
  • Dosimetría absoluta y relativa
  • El ambiente dosimétrico: maniquíes
  • Técnicas dosimétricas
    • Fundamentos físicos
    • Clases practicas
1 dosimetr a absoluta y relativa
1. Dosimetría absoluta y relativa
  • Dosimetría absolutaes una técnica que registra la información sobre la dosis absorbida directamente enGy. Esta medición dosimétrica absoluta también se denomina calibración. Todas las mediciones ulteriores se comparan entonces con esta dosis conocida en condiciones de referencia. Esto significa …
  • Realización de dosimetría relativa. En general en la dosimetría relativa no se requiere el empleo de coeficientes de conversión o de factores de corrección puesto que consiste solo en la comparación de dos lecturas de dosímetro, una de las cuales es la efectuada en condiciones de referencia
dosimetr a absoluta
Dosimetría absoluta
  • Se requiere para cada calidad de la radiación una vez
  • Determinación de dosis absorbida (en Gy) en un punto de referencia en un maniquí
  • Geometría bien definida (ejemplo para un acelerador lineal: mediciones en agua, DFS a 100cm, dimensión de campo 1010cm2, profundidad 10cm
  • Seguimiento de protocolos (compare con parte 10)
dosimetr a absoluta1
Dosimetría absoluta
  • Se requiere para cada calidad de la radiación una vez
  • Determinación de dosis absorbida (en Gy) en un punto de referencia en un maniquí
  • Geometría bien definida (ejemplo para un acelerador lineal: mediciones en agua, FSD a 100cm, dimensión de campo 1010cm2, profundidad 10cm
  • Seguimiento de protocolos (compare con parte 10)

Súper importante:

Si la dosimetría absoluta

es incorrecta, TODO estará mal

pregunta r pida
Pregunta rápida

Una dosis de 1Gy entrega una enorme cantidad de energía al paciente – ¿es cierto o falso?

respuesta
Respuesta

FALSO – 1Gy = 1J/kg. La entrega de esta cantidad de energía elevaría la temperatura del tejido en menos de 0.001oC. Inclusive para una persona de 100kg representa mucho menos de la energía incorporada de un tazón de desayuno con leche, cereales, o nueces – por favor, nótese que la cantidad de energía en los alimentos por lo general se especifica en su paquete.

dosimetr a relativa
Dosimetría relativa
  • Correlaciona la dosis bajo condiciones de no-referencia con la dosis bajo condiciones de referencia
  • Por lo general se requieren al menos dos mediciones:
    • Una en condiciones en que la dosis se ha de determinar
    • Y otra en condiciones en que la dosis es conocida
ejemplos de dosimetr a relativa
Ejemplos de dosimetría relativa
  • Caracterización del haz de radiación
    • Porciento de dosis en profundidad, relación tejido máximo o similares
    • Perfiles
  • Determinación de los factores que influyen en el rendimiento
    • Factores de campo, factores del aplicador
    • Factores del filtro, factores de la cuña
    • Factores específicos del paciente (ej. bloqueadores de electrones)
medici n del porciento de dosis en profundidad
Medición del porciento de dosis en profundidad
  • Variación de la dosis en el medio (generalmente agua) con la profundidad
  • Incluye componentes de atenuación y de la ley del cuadrado inverso
porciento de dosis en profundidad
Porciento de dosis en profundidad

Correlaciona la

dosis a diferentes

profundidades en

agua (o en el

paciente) con la

dosis a la

profundidad

del máximo de

dosis – nótese

que el eje ‘y’ es

¡relativo!!!

tar tmr tpr
TAR, TMR, TPR
  • Dosimetría relativa para la geometría del tratamiento isocéntrico (comparar con la parte 5)
  • Todo se puede convertir a porciento de dosis en profundidad
    • TAR = cociente de la dosis en el maniquí, con x cm de espesor de tejido, y de la dosis en el mismo punto, pero en aire
    • TMR = cociente de la dosis, con x cm de espesor de tejido, y de la dosis correspondiente a su valor máximo (posición fija del detector)
    • TPR como TMR pero formando un cociente con la dosis en un punto de referencia (ej. 10cm de espesor de tejido)
tmr tpr
TMR, TPR
  • Simula las condiciones isocentricas
  • TMR es un caso especial de TPR donde la profundidad en el maniquí de referencia es la profundidad correspondiente a la dosis máxima
pdd y tmr

Fuerte

dependencia

ISL

Débil

dependencia ISL

PDD y TMR

El porciento de dosis en profundidad (PDD) varía con la distancia del paciente a la fuente debido a variaciones en la ley del cuadrado inverso(ISL); TAR, TMR y TPR no varían.

factores del rendimiento
Factores del rendimiento

Comparar la dosis con la dosis en condiciones de referencia

  • Diferentes dimensiones de campo
  • Factor de cuña
  • Factor de bandeja
  • Factor de aplicador
  • Factor de bloqueador de electrones
ejemplo factor de cu a

Dosis bajo

condiciones

de referencia

Ejemplo: factor de cuña

Puede también involucrar diferentes dimensiones de campo y/o diferentes profundidades del detector en el maniquí

pregunta r pida1
Pregunta rápida

¿La medición del espesor de semirreducción o capa hemirreductora para la determinación de la calidad de los rayos X es dosimetría absoluta o relativa?

respuesta1
Respuesta

Dosimetría relativa:

  • Relacionamos la dosis con diferentes filtros de cobre o aluminio en el haz con la dosis sin filtros para determinar qué espesor de filtro atenúa el haz a la mitad de su intensidad original
  • El resultado es independiente de la dosis real dada – podemos medir por 10s o 20s o 60s cada vez, mientras garanticemos que la irradiación es idéntica para todas las mediciones.
2 el ambiente dosim trico
2. El ambiente dosimétrico

Maniquíes

  • Un maniquí representa las propiedades del paciente ante la radiación y permite la introducción de un detector de radiación dentro de este ambiente, tarea que sería difícil en un paciente real.
  • Un ejemplo muy importante es el maniquí de agua rastreador.
  • De forma alternativa, el maniquí puede estar hecho de láminas de material simulador del tejido o incluso ser conformado como un cuerpo humano (antropomorfo).
materiales tejido equivalentes
Materiales tejido equivalentes
  • Muchos materiales fabricados con ese propósito, como el agua sólida (diapositiva anterior), el agua blanca, el agua plástica, …
  • Poliestireno(bueno para haces de megavoltaje, no apropiado para fotones de baja energía)
  • ‘Perspex’ (otras denominaciones: ‘PMMA’, ‘Plexiglas’) – composición tejido equivalente, pero con mayor densidad física – se necesita aplicar una corrección.
maniqu antropomorfo
Maniquí antropomorfo

Maniquí de cuerpo completo: ART

permite la colocaci n de detectores de radiaci n en el maniqu aqu se muestran los tlds
Permite la colocación de detectores de radiación en el maniquí (aquí se muestran los TLDs)

Incluye

heterogeneidades

maniqu rando

Sección de pulmón para CT

Cabeza con

orificios para TLD

Maniquí RANDO

torso

algunas observaciones respecto a los maniqu es
Algunas observaciones respecto a los maniquíes
  • Es esencial que sean probados antes de usarse
    • Mediciones físicas - peso, dimensiones
    • Mediciones de radiación – escaneado CT, verificaciones de atenuación
  • Se pueden emplear también alternativas más baratas
    • Cera para conformar maniquíes humanoides
    • Corcho como equivalente del pulmón
  • Son de utilidad mientras sean conocidas sus propiedades y limitaciones
principios de la detecci n de las radiaciones
Principios de la detección de las radiaciones
  • Cámara de ionización
  • Contador Geiger Muller
  • Dosimetría por termoluminiscencia
  • Fílmico
  • Semiconductores
detecci n de la ionizaci n en aire
Detección de la ionización en aire

Cámara de Ionización

Adaptado de Collins 2001

detecci n de la ionizaci n en aire1
Detección de la ionización en aire

Adaptado de Metcalfe 1998

ionometr a
Cámara de Ionización

200-400V

Mide exposición, la cual puede ser convertida a dosis

no muy sensible

Contador Geiger

>700V

Contabiliza todo evento de ionización

Contador de eventos, no un dosímetro

muy sensible

Ionometría
c maras de ionizaci n1
Cámaras de ionización
  • Cámara Farmer de 0.6 cc con electrómetro
  • La cámara más importante de la dosimetría en radioterapia
electr metro
Electrómetro

Desde la cámara

c maras de ionizaci n2
Cámaras de ionización
  • Volumen relativamente grande para una señal pequeña (1Gy produce aproximadamente 36nC en 1cc de aire)
  • Para mejorar la resolución espacial al menos en una dimensión, se emplean cámaras del tipo de plano-paralelas.
c maras plano paralelas
Cámaras plano-paralelas

De Metcalfe et al 1996

c maras de ionizaci n plano paralelas
Cámaras de ionización plano-paralelas
  • Se emplean para
    • Rayos X de baja energía (< 60 KV)
    • Electrones de cualquier energía pero considerado el método preferido para energías < 10 MeV, y esencial para energías < 5 MeV
  • Existen muchos tipos disponibles de diferentes materiales y dimensiones
  • Por lo general se vende en correspondencia con un maniquí de láminas apropiado
c maras de ionizaci n plano paralelas ejemplos
Cámara Markus

Pequeña

Diseñada para electrones

Cámara Holt

Robusta

Embebida en una lámina de poliestireno

Cámaras de Ionización plano-paralelas - ejemplos
c mara de ionizaci n tipo pozo
Cámara de ionización tipo pozo

Para la calibración de fuentes de braquiterapia

Fuente de

braquiterapia

medidores de tasa de dosis de tipo c mara de ionizaci n
Medidores de tasa de dosis de tipo cámara de ionización
  • No tan sensibles como los equipos G-M pero no resultan afectados por los haces pulsantes tal como ocurre con los aceleradores.
  • Debido a lo anterior, estees el tipo de equipo preferidoen los aceleradores de altaenergía de radioterapia
contador geiger mueller
Contador Geiger-Mueller
  • No es un dosímetro – solo un contador de eventos de irradiación
  • Muy sensible
  • Ligero y conveniente para su uso
  • Apropiado para miniaturización
equipos geiger mueller g m
Equipos Geiger-Mueller (G-M)
  • Útil para
    • Monitoreo de área
    • Monitoreo de local
    • Monitoreo del personal
  • Se requiere cuidado en zonas de alta tasa de dosis o haces pulsantes puesto que la lectura puede ser imprecisa
dosimetr a por termoluminiscencia tld
Dosimetría por termoluminiscencia (TLD)
  • Pequeños cristales
  • Muchos materiales diferentes
  • Dosímetro pasivo – no requiere cables
  • Amplio rango dosimétrico (Gy a 100s de Gy)
  • Muchas aplicaciones diferentes
esquema simplificado del proceso del tld

1

2

Banda de Conducción

radiación ionizante

luz visible

trampa de electrones

Banda de Valencia

CALENTAMIENTO

Esquema simplificado del proceso del TLD
curvas de termoluminiscencia

Banda de Conducción

dE

dE

dE

1

3

2

Banda de Valencia

TRAMPAS MÚLTIPLES

Curvas de termoluminiscencia
curvas termoluminiscencia
Curvas termoluminiscencia
  • Posibilitan la investigación
  • Constituyen poderosas herramientas de garantía de calidad - ¿Se ven bien las curvas termoluminiscencia?
  • Se pueden utilizar en evaluaciones ulteriores
  • Posibilitan mejorar la precisión mediante la deconvolución de la curva termoluminiscencia
la influencia de diferentes aditivos dopants

Banda de Conducción

Luz

Banda de Valencia

Impurezas Tipo 1

Impurezas Tipo 2

La influencia de diferentes aditivos (dopants)
importancia del tratamiento t rmico
Importancia del tratamiento térmico
  • Determina el arreglo de las impurezas
    • Sensibilidad
  • ...
    • Desvanecimiento (fading)
    • Respuesta a diferentes características de la radiación
  • Mantener estable el tratamiento térmico
respuesta a la dosis de lif mg ti amplio rango dosim trico atenci n con la supralinealidad
Respuesta a la dosis deLiF:Mg,Ti: amplio rango dosimétricoatención con la supralinealidad
materiales qu selecci n
Materiales: ¡qué selección!…
  • LiF:Mg,Ti (nivel de excelencia, máximo)
  • CaF2 (100% natural, o con Mn, Dy or Tm)
  • CaSO4
  • BeO
  • Al2O3 :C (sensibilidad record  1μGy)
  • LiF:Mg,Cu,P (¿la nueva estrella?)
lector de dos metros tl
Lector de dosímetros TL
  • Basado en fotomultiplicador
  • Provisto de plancheta y calentador de N2
qu se puede esperar
¿Qué se puede esperar?...
  • Reproducibilidad: una sola pastilla 2% (0.1Gy, 1SD)
  • Precisión (estándar de 4 pastilla, medición de 2 pastilla)  3% (0.1Gy, 95% confianza)
  • Alrededor de 30 minutos por medición...
placa radiogr fica
Placa radiográfica
  • Reducción de haluro de plata a plata
  • Requiere procesamiento/revelado ---> problemas con la reproducibilidad
  • Dosímetro de dos dimensiones
  • Alta resolución espacial
  • Alto número atómico ---> variación de la respuesta con la calidad de la radiación.
placa radiogr fica1
Placa radiográfica

Por lo general preembaladas para facilitar su uso

Sección transversal

placa respuesta a dosis
Placa: respuesta a dosis
  • Evaluación de la placa vía densidad óptica
  • OD = log (I0 / I)
  • Los densitómetros están disponibles en el mercado
dosimetr a de placa radiogr fica en la pr ctica
Dosimetría de placa radiográfica en la práctica
  • Depende de una excelente GC del procesador
  • Generalmente empleada para demostración de distribuciones de dosis
  • Problemas con la precisión y variaciones en la respuesta según la energía de los rayos X
pel cula radiocr mica
Película radiocrómica
  • Nuevo revelado
  • Sin procesamiento
  • No (muy) sensible a la luz
  • Mejor tejido-equivalencia
  • Cara
dispositivos semiconductores
Dispositivos semiconductores
  • Diodos
  • Detectores MOSFET

Diodos para mediciones en maniquí de agua

diodos
Diodos

Mayormente usados

como una fotocelda

que genera un voltaje

proporcional a la dosis

recibida.

De Metcalfe y colaboradores 1996

semiconductor de xido met lico transistor de efecto de campo
Semiconductor de óxido metálico transistor de efecto de campo

MOSFETs = volumen

sensible extremadamente

pequeño

From Metcalfe et al. 1996

slide67

1. Irradiación

2. Carga

portadores atrapados

en el substrato de Si

3. Se altera la

corriente entre

la fuente y el drenaje

slide68

Lectura después de

la irradiación:

se requiere voltaje de

compuerta para

mantener corriente constante

Voltaje de compuerta

durante la irradiación:

determina la sensibilidad

diodos y otros dispositivos de estado s lido
Ventajas

Lectura directa

Sensibles

Pequeñas dimensiones

Posible impermeabilidad al agua

Desventajas

Sensibles a la temperatura

Sensibilidad puede cambiar --> necesaria re-calibración

Necesario observar procedimientos sistemáticos de QA

Diodos y otros dispositivos de estado sólido
resumen general f sica
Resumen general: Física
  • En radioterapia, losfotones(rayos X y rayos gamma)yelectronesconstituyen los tipos de radiación más importantes
  • La precisión en la dosis administrada es esencial para una buena practica en radioterapia
  • La dosimetría absoluta determina la dosis absorbida en Gray en un punto de referenciabien definido. Ladosimetría relativacorrelaciona entonces la dosis en todos los demás puntos o la dosis bajo diferentes condiciones de irradiación con esta medición absoluta.
  • Se dispone demúltiples técnicaspara la dosimetría – ninguna es perfecta y se requiere entrenamiento y experiencia para seleccionar la técnica más apropiada para un propósito en específico y para la interpretación de los resultados
d nde obtener m s informaci n
Dónde obtener más información
  • Físicos médicos
  • Libros de texto:
      • Khan F. The physics of radiation therapy. 1994.
      • Metcalfe P.; Kron T.; Hoban P. The physics of radiotherapy X-rays from linear accelerators. 1997.
      • Cember H. Introduction to health physics. 1983
      • Williams J; Thwaites D. Radiotherapy Physics. 1993.
pregunta
Pregunta

¿Que tipo de detectores de radiación pueden resultar útiles para la dosimetría in vivo, y por qué?

slide75

Respuesta

En radioterapia la dosis que se administra al paciente es generalmente demasiado grande para emplear placas radiográficas, las cuales además son sensibles a la luz. Las cámaras de ionización son por lo general frágiles y requieren alto voltaje, ambos aspectos no deseables cuando se trabaja con pacientes. Por tanto, los TLDs son frecuentemente empleados para dosimetría in vivo. Son pequeños, no necesitan cables para la medición; y se dispone de materiales que son virtualmente tejido equivalentes. Los TLDs se pueden complementar con diodos en caso de requerirse una lectura inmediata (= dosimetría activa). Al igual que los TLDs, los diodos son dosímetros de estado sólido y por tanto sensibles y pequeños. Los restantes dosímetros de interés en este grupo serían los MOSFETs.

Un tipo diferente de dosímetros in vivo lo constituyen los detectores de dosis a la salida en forma de imagen portal electrónica (comparar con parte 5). Estos demuestran ser muy valiosos para verificación directa.