Parte 2 Física de las Radiaciones Conferencia 2: Dosimetría y Equipos

1. Parte 2Física de las RadiacionesConferencia 2: Dosimetría y Equipos

2. 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.

3. 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.

4. Contenido de la Conferencia 2 • Dosimetría absoluta y relativa • El ambiente dosimétrico: maniquíes • Técnicas dosimétricas • Fundamentos físicos • Clases practicas

5. 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

6. 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)

7. 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

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

9. 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.

10. 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

11. 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)

12. 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

13. 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!!!

14. 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)

15. 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

16. 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.

17. 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

18. 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

19. 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?

20. 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.

21. 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).

22. Maniquí de agua rastreador

23. Maniquíes de láminas

24. 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.

25. Maniquí antropomorfo Maniquí de cuerpo completo: ART

26. Permite la colocación de detectores de radiación en el maniquí (aquí se muestran los TLDs) Incluye heterogeneidades

27. Sección de pulmón para CT Cabeza con orificios para TLD Maniquí RANDO torso

28. Maniquí pediátrico

29. 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

30. 3. Efectos y dosimetría de las radiaciones

31. Principios de la detección de las radiaciones • Cámara de ionización • Contador Geiger Muller • Dosimetría por termoluminiscencia • Fílmico • Semiconductores

32. Detección de la ionización en aire Cámara de Ionización Adaptado de Collins 2001

33. Detección de la ionización en aire Adaptado de Metcalfe 1998

34. 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

35. Cámara de 600cc Cámaras de tipo dedal Cámaras de Ionización

36. Sección transversal de una cámara tipo Farmer (de Metcalfe 1996)

37. Cámaras de ionización • Cámara Farmer de 0.6 cc con electrómetro • La cámara más importante de la dosimetría en radioterapia

38. Electrómetro Desde la cámara

39. 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.

40. Cámaras plano-paralelas De Metcalfe et al 1996

41. 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

42. Cámara Markus Pequeña Diseñada para electrones Cámara Holt Robusta Embebida en una lámina de poliestireno Cámaras de Ionización plano-paralelas - ejemplos

43. Cámara de ionización tipo pozo Para la calibración de fuentes de braquiterapia Fuente de braquiterapia

44. 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

45. 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

46. 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

47. 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

48. Varios tipos de TLD

49. 1 2 Banda de Conducción radiación ionizante luz visible trampa de electrones Banda de Valencia CALENTAMIENTO Esquema simplificado del proceso del TLD

50. Banda de Conducción dE dE dE 1 3 2 Banda de Valencia TRAMPAS MÚLTIPLES Curvas de termoluminiscencia