Transcript Principios fisicos de la radioterapia - NUCLEUS

PRINCIPIOS FÍSICOS DE LA
RADIOTERAPIA
Diana B. Feld
Comisión Nacional de Energía Atómica
Buenos Aires, Argentina
Elke Pastor
Instituto Nacional de Enfermedades Neoplásicas
Lima, Perú
Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 2 : Principios Físicos de la Radioterapia
Diana B. Feld Elke Pastor
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2008-10
PRINCIPIOS FÍSICOS BÁSICOS
La terapia radiante es una herramienta poderosa y a la vez
peligrosa para el tratamiento de enfermedades neoplásicas
si no se conoce con precisión la cantidad y distribución de
la radiación administrada al paciente. Definir las cantidades
físicas, las unidades en las que se mide esas cantidades y
la forma en que la radiación interactúa con el medio es
importante para una mejor comprensión de esta disciplina,
y para lograr la precisión requerida en la misma.
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UNIDADES Y CANTIDADES ESPECIALES
Muy utilizadas en radiología y radioterapia
el caso particular del trabajo de 1 electrón
el electrón adquiere una cantidad de energía al atravesar un campo
eléctrico : energía adquirida= Q ·V
carga de 1 electrón (e) = 1,602x10-19 C
1 volt
Definimos eV como la energía adquirida por el e- al atravesar un campo
eléctrico de 1 V
1electrón-volt (eV) = e x 1V = 1,602x10-19 C x 1 V = 1,602x10-19 J.
1MeV = 1,602x10-13 J .
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CANTIDADES VINCULADAS AL HAZ DE RADIACION
fluencia o flujo de partículas = Nº partículas / área
dN
 
da
a = área perpendicular al
eje del haz
a
fluencia o flujo de energía = energía / área
 
dN  
da
(para haces monoenergéticos de energía  = h. )
d
 
tasa de fluencia = Nº de fotones / área / tiempo
dt
tasa de fluencia de energía = energía / área / tiempo
 
d
dt
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MAGNITUDES Y UNIDADES RADIOLOGICAS
CANTIDAD
Dosis absorbida (D)
Kerma (K)
= energía absorbida de la
radiación
ionizante
por
unidad de masa
= energía transferida por la
radiación
indirectamente
ionizante
a
partículas
cargadas por unidad de
masa
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UNIDAD
gray (Gy)
1 Gy=1J/Kg
gray (Gy)
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Magnitudes y Unidades Radiológicas
CANTIDAD
Exposición (X)
Actividad (A)
=
carga liberada por la radiación
ionizante por unidad de masa de
aire.
= número de desintegraciones
por unidad de tiempo
UNIDAD
C.kg-1 *
becquerel (Bq)
1Bq=1s-1 **
* La actual unidad reemplaza al Röentgen (R) 1R = 2,58 x 10-4 C/kg
** La actual unidad reemplaza al Curie (Ci) 1 Ci = 3,7 x 1010 Bq
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ESTRUCTURA ATÓMICA
CONSTITUCIÓN DE LA MATERIA
ÁTOMO DE RUTHERFORD-BOHR
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Núcleo
Electrón
N
(e-)
P
Radio del núcleo  10-14 m
Radio de electrones orbitales 
P Protones (carga eléctrica += e)
N
Neutrones (carga eléctrica=0)
masa protón / neutrón
10-10
m
 1840
masa electrón
Átomo neutro:
Z= Número de electrones orbitales = Número de Protones en el núcleo
(número atómico).
El electrón no pierde energía en su movimiento circular dentro de una
misma órbita
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NIVELES DE ENERGÍA DEL ÁTOMO DE
HIDRÓGENO
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ISÓTOPOS: átomos compuestos por núcleos con el mismo
número de protones y distinto número de neutrones
e-
e-
N
P+
N+
P
1
1
H
2
1
H
RADIOISÓTOPOS: isótopos inestables que decaen a núcleos más
estables emitiendo radiación  RADIACTIVIDAD
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CUANTIFICACIÓN DE LA
RADIACTIVIDAD
Actividad (A) de una cantidad de
un radionucleido es:
A
dN
[s-1] = Bq
dt
dN es el número de desintegraciones producidas en
el intervalo dt
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La velocidad con la que se desintegra un núcleo radiactivo está
relacionada con la constante de semidesintegración (l): probabilidad de
desintegración propia de cada nucleido
A/A0
La actividad sigue una ley de atenuación exponencial
A = A0 . e – lt
1
Período de semidesintegración (T1/2): tiempo necesario
para que se desintegren la mitad de los núcleos
radiactivos
0,5
Si t = T1/2  A = A0/2  l . T1/2 = ln 2 = 0,693
A  A0  e
T1/2

0 , 693 t
T1 / 2
t
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DISTINTOS MODOS DE DECAIMIENTO RADIACTIVO
PRODUCEN DISTINTOS TIPOS DE EMISIÓN
partícula
alfa ()
característica
2 protones + 2 neutrones
pesada y carga +
beta+ (+)
beta- (-)
gamma ()
electrón (carga -)
positrón (carga+) livianas
neutrón (n)
neutrón
fotón, radiación
electromagnética
pesada sin carga
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INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON EL MEDIO
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ATENUACIÓN DE UN HAZ DE FOTONES
LA INTENSIDAD DEL HAZ SIGUE UNA LEY DE
ATENUACIÓN EXPONENCIAL
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ATENUACIÓN EXPONENCIAL
I
I0
1
Radiación
transmitida
Radiación
incidente
Radiación X, Gamma y
Neutrones
I  I e
  .x
0
x
 [cm-1] = coeficiente de atenuación
0,5
 =  (medio, energía)
 es la probabilidad de interacción por
unidad de recorrido de la partícula
incidente
HVL
x
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HVL = hemivalor
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VARIACIÓN DEL
COEFICIENTE DE
ATENUACIÓN CON
EL MEDIO Y LA
ENERGÍA
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I  I e
0
I
I0
  .x
Hemivalor
(HVL):
espesor
necesario para que se atenúe la
mitad de la intensidad incidente I0
Si x = HVL  I = I0/2   . HVL = ln 2 = 0,693
1
I = I0 . e – 0,693 x / HVL
/[cm2/g] = coeficiente másico de
atenuación (menos dependiente de
composición del medio)
0,5
x. [g/cm2] = espesor másico
HVL
x
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INTERACCIÓN DE UN HAZ DE
FOTONES CON EL MEDIO
RADIACIÓN INDIRECTAMENTE
IONIZANTE
Efecto fotoeléctrico
Efecto Compton
Formación de pares
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EFECTO FOTOELÉCTRICO
fotón incidente
átomo
ionizado
fotoelectrón
Ecinét (e-) = inc - ligadura
electrón en capa K
radiación
característica
Para tejido blando lig
es despreciable
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EFECTO FOTOELÉCTRICO
fotón incidente
átomo
excitado
N
El efecto fotoeléctrico está siempre acompañado de radiación
X característica, con valores definidos para cada valor de Z
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EFECTO COMPTON
fotón incidente
Ecinét (e-) = inc – fotón dispersado


N
electrón
fotón dispersado
incid ↑
radiación secundaria de
energía variable
incid ↓
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e- se lleva casi
toda la energía
 se lleva casi toda
la energía
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PRODUCCIÓN DE PARES
electrón-positrón
fotón incidente
con e  1,02 MeV
+
  0,511 MeV
e+
N
e  0,511 MeV
SIEMPRE
radiación
secundaria de 0,511 MeV
e-
Ecinét (e-) = inc – Epositrón – 1,02 MeV
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2008-10
PROBABILIDAD DE INTERACCIÓN
dependencia con el medio y la energía
Efecto
fotoelétrico
▲ Z4
▲
3
Efecto
Compton
Producción
de pares
Poca variación con Z
▲ Z2

▲
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2008-10
PROBABILIDAD DE INTERACCIÓN
dependencia con el medio y la energía
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2008-10
Efecto fotoeléctrico
Predomina p/  < 50 keV
hueso absorbe  6 veces
más que tejido blando
Efecto Compton
Predomina para 200 keV
<<2 MeV; hueso y tejido
blando absorben  la misma
cantidad de energía
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Producción de pares
Predomina para 50 MeV
<<100
MeV;
hueso
absorbe  2 veces lo que
absorbe tejido blando
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2008-10
VARIACIÓN DEL COEFICIENTE DE
ATENUACIÓN CON EL MEDIO Y LA ENERGÍA
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2008-10
COMPONENTES DEL COEFICIENTE MASICO
DE ATENUACIÓN
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2008-10
COEFICIENTE MÁSICO DE ATENUACIÓN
PARA DIFERENTES MATERIALES
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RADIACIÓN DIRECTAMENTE IONIZANTE
ELECTRONES ►►
PARTÍCULAS CARGADAS
INTERACCIONES COULOMBIANAS
electrones
orbitales
núcleos
atómicos
• pierden energía cinética (por colisión o radiación)
• cambian de dirección (desviación → scattering)
¿Cómo es la colisión atómica?
Elástica:
desvío sin
pérdida de EC
Inélastica con e-:
desvío y
pérdida de EC
Inélastica con N+:
desvío, pérdida y radiación
de frenado (bremsstrahlung)
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PROCESOS DE INTERACCIÓN DE ELECTRONES
CON EL MEDIO
Interacción con e- orbitales
EC

electrón
núcleo
EC = energía cinética del e-
IONIZACIÓN


Interacción con el núcleo
RX característico
EXCITACIÓN

RX continuo
RADIACIÓN DE FRENAMIENTO
(BREMSSTRAHLUNG)
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b
¿cuánta EC pierden?
parámetro de impacto,
a

poder de frenado
Si b » a (lejos)  interacción “suave” pierde poca energía
 Si b  a  interacción importante, pierde hasta el 50 % de su energía
 Si b « a  interacción con el núcleo y pierde energía por radiación, entre
0 y EC
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CANTIDADES BÁSICAS y UNIDADES en el Sistema Internacional (SI):
• masa (m)
kilogramo (Kg)
• longitud (l)
metro (m)
• tiempo (t)
segundo (s)
• corriente eléctrica (I)
ampère (A)
CANTIDADES DERIVADAS y UNIDADES en el Sistema Internacional (SI):
• velocidad (v) =

l
t
m.s-1
• aceleración (a) = v/ t
m.s-2
• fuerza (F) = m.a
Newton (N)
1N = 1kg.m.s-2
• energía (o trabajo) (E) = F.l
joule (J)
1J=1N.m
• Potencia (P) = E/t
watt (W)
1W=1J/s
• Frecuencia (f, )
número/t
1Hz=1s-1
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CANTIDADES ELÉCTRICAS y UNIDADES
en el Sistema Internacional (SI):
• Carga (Q) = I . t
coulomb (C)
1C=1A.s
• (Dif. de) potencial (V) = E/Q
volt (V)
1V=1J/C
• Capacidad (C)=Q/V
faradio (F)
1 F=1C/V
• Resistencia (R)=V/I
ohm ( )
11 V/A
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2008-10
¿Cuánta EC pierden?► parámetro de impacto, poder
de frenado=STOPPING POWER
b
dirección
electrón
incidente
del
a

Si b » a (lejos)  interacción “suave”
pierde poca energía
 Si b  a  interacción importante,
pierde hasta el 50 % de su
energía
 Si b « a  interacción con el núcleo y pierde energía por
radiación, entre 0 y EC
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RX de energías
▼
fotones de
radionucleídos
RX de energías ▲
HAZ DE FOTONES INGRESA AL SISTEMA BIOLÓGICO
INTERACCIÓN PRIMARIA CON UN ELECTRÓN
La radiación electromagnética ingresa al sistema biológico
interacción primaria con un electrón
fotón
dispersado
radiación de
frenamiento
(A)
electrón de alta velocidad que resulta en energía absorbida
ionización, excitación, rompimiento de
ligaduras moleculares, producción de calor
(B)
física
Se repiten los
procesos
(A) y (B)
cambios químicos
(C) química
daño biológico
(D) biología
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Cuantificación de efectos radiantes ► DOSIMETRÍA
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2008-10
inc
TRANSFERENCIA DE ENERGÍA DEL
HAZ DE FOTONES AL MEDIO EN 2
electrón
ETAPAS

dispers
energía del fotón
~~~~~
Y
 = h
RX, frenamiento El fotón incidente transfiere energía a
► se absorbe energía a lo largo de la
trayectoria Y
► parte se emite por RX de frenamiento
 transf = inc – dispers
 abs = transf – RX frenamiento
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2008-10
Energía transferida y energía absorbida en función de la energía
de fotones incidentes
Energía del fotón
inc (MeV)
Energía media
transferida
transf (MeV)
Energía media
absorbida
abs (MeV)
▼ probabilidad
de RX de
frenamiento
Medio: tejido acuoso
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2008-10
KERMA Y DOSIS
Unidad: Gray [Gy]
KERMA
▼
transferencia de energía a
partículas cargadas
K 
  transf
m
K=.probabilidad de transf/masa
  transf 
K  

   medio
DOSIS
▼
absorción de energía en un
elemento de volumen
D 
  abs
m
  abs 
D    
   medio
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2008-10
Ktotal = K col + K rad
inc
~~~~~
RX frenamiento
La fracción de energía que se pierde por radiación de
frenamiento está representada por un factor denominado
fracción radiativa (g)
▼
Kcol = Ktotal (1 – g)
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EQUILIBRIO DE PARTÍCULAS
CARGADAS
inc
+
-
EC2
+
-
+
-
SI
+
-
+
-
+
-
+
-
+
+
-
+
-
+ +
- +
-
+
-
EC1
EC3
EC2 = EC1 + EC3 ► EQUILIBRIO ELECTRÓNICO
¿DÓNDE NO HAY EQ. ELECTRÓNICO?
 cerca de la superficie de separación medio-aire
 cerca del borde del haz (eq. electrónico lateral)
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2008-10
K
Equilibrio de partículas
secundarias
D
Haz sin atenuación en función de la profundidad
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Z
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2008-10
EXPOSICIÓN
Es una medida de la habilidad del haz para ionizar el aire.
Definida sólo para fotones y para aire.
X 
Q
m
X=J.e
Kcol = J’ . W

+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
ejemplo: Q = es
la carga total de
los 6 iones de un
signo (+ o -)
+ + +
- - +
-
J: Nº de pares de iones /masa, dentro y
fuera de m puestos en
E = carga del electrón
movimiento por 
J’: Nº total de pares de iones/masa,
dentro de m
W=energía
necesaria
para formar un par de
iones en aire
SI HAY EQ. EL. J=J’ ► Kcol = X . (W/e)aire = Ktot (1 - g)
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2008-10
A

d
distancia
VARIACIÓN DE X CON


X 
A
d

2
tiempo
[C/kg.h o
R/h]
A  A0 . e
 es la constante específica de radiación
gamma, numéricamente igual a la tasa de
X para 1 Ci de actividad a 1 m de distancia
 l .t
X 
A0 .
d

2
e
l t
l t
X  X 0 . e
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LEY DEL CUADRADO DE LA
DISTANCIA (inversa)
Exposición, Kerma en aire y
Dosis en aire son inversamente
proporcionales al cuadrado de
la distancia
a
b
 X ( fa )   D ( fa )   fb 

   '
  

 X ( fb )   D ( fb )   fa 
'
2
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2008-10
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DOSIS Y FLUENCIA PARA HACES
DE ELECTRONES (directamente
ionizantes)
Dmedio = fluencia de electrones. (pérdida energía/masa)
Dmedio =  . (Scol/)medio
Scol es el poder másico de
frenamiento para una determinada
energía de electrones
► pérdida de energía por unidad
de recorrido de la partícula
Si se conoce la dosis en aire
►
medio
D aire
medio  S
  aire .  col
 
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medio


 aire
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2008-10
PENETRACIÓN DE LOS FOTONES EN
UN PACIENTE O MANIQUÍ
PROPAGACIÓN DEL HAZ
DE FOTONES EN UN MEDIO
LEY INVERSA DEL
CUADRADO DE LA
DISTANCIA
ATENUACIÓN
DISPERSIÓN
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2008-10
CANTIDADES RELATIVAS PARA LA OBTENCIÓN DE LA DOSIS EN
PROFUNDIDAD EN AGUA
RENDIMIENTO EN PROFUNDIDAD
(PDD)
Distancia Fuente-Superficie
DFS = F
RELACIÓN-TEJIDO-AIRE (RTA o TAR)
no apta para altas energías (> 2 MeV)
Distancia Fuente-Cámara = F
F
L
z=zmáx
z
x
LxL
PDD
LxL
Z

Dz
LxL
Dz
TAR 
D
D
LxL
Z
LxL
D
LxL
es la dosis
Z máx
aportada por
el haz primario
Z má x
máx
DFS constante, tamaño de campo L
definido en superficie
DF Cámara constante, tamaño de campo L
definido en la posición de la cámara
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MÁS CANTIDADES RELATIVAS
(útiles para altas energías)
relación-tejido-fantoma (TPR)
relación-tejido-Zmáx (TMR)
F = constante
F
F
Z
Zref
Zmáx
P
P
LxL
LxL
TPR
LxL
Z

DZ
LxL
DZ
TMR
ref
DFuente-punto = constante,
Zref 5 o 10 cm
LxL
Z

DZ
LxL
DZ
máx
DFuente-punto = constante,
Zref = Zmáx
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PDD para haces de fotones, dependencia con
la energía y la profundidad
La profundidad para la cual se alcanza el eq. electr. (Zmáx) es el alcance
máximo de los e- más energéticos, el cual aumenta con la energía
Energía
en MeV
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PDD PARA HACES DE ELECTRONES
R90: rango terapéutico
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PDD: HACES DE ELECTRONES Y FOTONES
100
9
0
8
0
DFS = 100 cm
10
MeV
8 MeV
Dosis
(%)
10 x 10
5
0
1
0
0
1
2
electrones
3
4
5
Profundidad en agua (cm)
fotones
LA DOSIS EN SUPERFICIE
aumenta con la energía
disminuye con la energía
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PDD
profundidad
(cm)
Curvas de PDD para campos opuestos y paralelos de fotones
normalizadas a línea media para un diámetro de paciente = 25
cm, campo 10 cm x 10 cm, DFS = 100 cm
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¿TASA DE DOSIS EN EL EJE A LA PROFUNDIDAD Z?
Técnica isocéntrica
L = tamaño de campo en isocentro
Dato de
calibración
Cantidad
relativa
Tasa de dosis
debida al haz
primario
TAR
Tasa de dosis
a Zmáx
TMR
Tasa de dosis
a Zref
TPR
Tasa de dosis
D
LxL
Z
 D
LxL
prim , iso
. TAR
LxL
LxL


D Z  D Z , iso . TMR
LxL
LxL


D Z  D Z , iso . TPR
ref
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Z
LxL
Z
máx
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LxL
LxL
Z
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¿TASA DE DOSIS EN EL EJE A LA PROFUNDIDAD Z?
Técnica a DFS fija
Tasa de dosis
a DFS fija, Zmáx
PDD
L = tamaño de campo en superficie
LxL
LxL


D Z  D Z , DFS . PDD
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máx
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LxL
Z
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DISTRIBUCIONES DE DOSIS EN PLANOS
PERPENDICULARES AL EJE DEL HAZ
▼
CURVAS DE ISODOSIS
▼
La distribución depende de
 calidad del haz (energía)
 diámetro de la fuente
 tamaño de campo
 DFS y DFcolimador
 sistema de colimación
 accesorios (cuñas, bloques conformadores)
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TAMAÑO DE CAMPO RADIANTE (L)
INTERSECCIÓN DE LA CURVA DE
ISODOSIS DEL 50 % CON
DF
S
L
100 %
50 %
DFS fija
ISOCENTRO
la superficie
del fantoma o
paciente
el plano del
isocentro
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CURVAS DE ISODOSIS PARA HACES DE
FOTONES DE Co-60
100
100
a) DFS = 80 cm
b) Isocentro a 100 cm
Campo 10 cm x 10 cm
en superficie
Campo 10 cm x 10 cm
en isocentro
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CURVAS DE ISODOSIS PARA HACES DE ELECTRONES
DE 8 MeV
☼
profundidad
Distancia desde el eje del haz
La forma de hongo para las curvas de valores ~ < 20% se debe a la
rápida dispersión de los electrones al disminuir la energía
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El análisis de la distribución de dosis en
profundidad y en planos transversales al
eje del haz, así como la inclusión de
tejidos de distinta densidad, son la base
del estudio de la planificación y cálculo
de tratamientos radiantes simples y
complejos
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BIBLIOGRAFÍA
 ATTIX, F.H., ROESCH, W.C., TOCHILIN, E., Radiation Dosimetry, Academic Press, New
York (1968)
 JOHNS, H.E., CUNNINGHAM, J.R., Physics of Radiology, Thomas, Springfield, IL
(1983).
 ATTIX, F.H., Introduction to Radiological Physics and Radiation Dosimetry, Wiley, New
York (1986).
 EVANS, R.D., The Atomic Nucleus, McGraw-Hill, New York (1995).
 JAYARAMAN, S., LANZL, L.H., Clinical Radiotherapy Physics, CRC Press, Boca Raton,
FL (1996)

METCALFE, P., TOMAS, K., HOBAN, P., The Physics of Radiotherapy X-Rays from
Linear Accelerators, Medical Physics Publishing, Madison, Wisconsin (1997)
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BIBLIOGRAFÍA
 KHAN, F., The Physics of Radiation Therapy, 3rd edn, Lippincott, Williams and Wilkins
Baltimore, MD (2003)

Manual del Curso Dosimetría en Radioterapia, CNEA, Argentina (2003)
 PODGORSAK, E.B., Radiation Oncology Physics: A Handbook for Teachers and Students,
Vienna (2005)
 MAYLES, P., NAHUM, A., ROSENWALD J.C., Handbook Of Radiotherapy Physics, CRC
Press, Boca Raton, FL (2007)
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BIBLIOGRAFÍA

ICRU (International Commission on Radiation Units and Measurements), Report 33:
Radiation Quantities and Units, ICRU, Bethesda, MD, 1980
 ICRU, Report 35: Radiation Dosimetry; Electrón Beams With Energies Between 1 and
50 MeV, ICRU, Bethesda, MD, 1984b
 ICRU, Report 37: Stopping Powers for Electrons and Positrons, ICRU,
Bethesda, MD, 1993

ICRU, Report 49: Stopping Powers for Electrons and Positrons, ICRU,
Bethesda, MD, 1993.
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