Transcript CALIBRACIÓN DE HACES DE FOTONES Y ELECTRONES Diana B. Feld Comisión Nacional de Energía Atómica Buenos Aires, Argentina Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia.

CALIBRACIÓN DE HACES DE
FOTONES Y ELECTRONES
Diana B. Feld
Comisión Nacional de Energía Atómica
Buenos Aires, Argentina
Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones
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Medir implica comparar cantidad dada con otra
considerada patrón. En radioterapia interesa
conocer con precisión tanto la cantidad tasa
absoluta de dosis como las relaciones relativas de
dosis (PDD, TMR, …) ► DOSIMETRÍA
cálculo
medición
resultados concordantes
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Los métodos de medición de dosis en terapia radiante deben ser tales
que el resultado sea :
 repetitivo en períodos cortos de tiempo
 reproducible a lo largo del tiempo
 preciso (con mínima incertidumbre)
PORQUE la dosis debería ser administrada al volumen blanco con una
exactitud de  5% (tolerancia para la desviación entre la dosis prescripta y
administrada)
ELECCIÓN
instrumento
medio
≈
≈≈
≈≈
≈≈
≈
≈
≈
≈
≈
≈
≈
≈
≈
≈
≈
≈
≈≈≈≈
≈
≈≈≈≈
condiciones de medición
≈
≈
≈
≈
≈
≈
≈
≈
≈
≈
≈
≈
≈
≈
≈
≈≈≈≈≈
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DFS, tamaño
de campo,
profundidad
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Antes de comenzar con las mediciones
dosimétricas, las máquinas deben estar en
condiciones de operar, es decir los controles
previos a la calibración dosimétrica completados.
EJEMPLOS
 controles visuales
 mecánicos: interruptores de movimiento
 interruptores de radiación
 coincidencias (ejes luminosos y radiantes, ángulos,
escalas …)
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CAMPO RADIANTE (R) VS. LUMINOSO (L)
Tumor
Ensayo
descripto en
las
Normas
IRAM 3682/97,
Argentina
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¿MEDIR LA DOSIS ABSORBIDA?
… NO ES POSIBLE EN FORMA DIRECTA
distintos detectores miden distintos efectos radiantes
aumento de
carga
eléctrica temperatura
cambios
químicos
emisión ennegrecimiento
de luz
de películas
radiográficas
SE REQUIERE LA TRANSFORMACIÓN DE CADA
CANTIDAD A DOSIS
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Dosímetro (para aplicaciones radiantes):
Instrumento con el cual se obtiene una lectura (L) representativa
de la dosis (D) depositada en el volumen (V) sensible del
dosímetro por la radiación ionizante.
Dosímetros absolutos
Dosímetros relativos
La dosis a determinar …
¿requiere la calibración del instrumento
en un campo radiante conocido?
NO
Laboratorios primarios
SÍ
Laboratorios secundarios
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DOSÍMETROS PARA
LABORATORIOS PRIMARIOS
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DOSÍMETROS ABSOLUTOS
calorímetros
cámaras de
ionización (CI)
dosímetros
químicos Fricke
PERO…
SON ABSOLUTOS PARA DETERMINADA
CONFIGURACIÓN Y CON CIERTAS
LIMITACIONES
TODOS LOS OTROS SISTEMAS DEBEN SER
REFERENCIADOS A UN DOSÍMETRO ABSOLUTO
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Calorimetría:
técnica dosimétrica por excelencia porque ...
 mide energía de una manera muy directa
 la dosis absorbida en el volumen sensible del detector
(Dabs) es
Dabs  DT
 en principio, la dosimetría calorimétrica es simple.
 en la práctica, es muy compleja
¿POR QUÉ?
por la necesidad de medir DT extremadamente pequeñas
▼▼
la dosimetría calorimétrica se utiliza fundamentalmente en
laboratorios primarios
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PATRONES DE DOSIS ABSORBIDA EN
AGUA
CI de grafito
Referencia: TRS 398
Calorímetro de grafito en fantoma de grafito
Calorímetro de agua, determinación más directa de la dosis
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DOSIMETRÍA POR IONIZACIÓN (CI) recomendada en
dosimetría hospitalaria por su simplicidad y precisión
Volumen
colector
ABSOLUTA
Colimador
Fuente de
alta tensión
V
CI de aire libre
(o cilíndrica)
L
Fuente
emisora
Anillos de guarda
Electrodo colector
!
!
Al circuito medidor
de corriente
Las dimensiones de las cámaras desde el volumen colector (V) deben
ser  el alcance máximo de los electrones secundarios para asegurar el
equilibrio electrónico (EqE).
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DOSIMETRÍA RELATIVA
CI cilíndrica o dedal
7 mm
Medición:
el eje central de la cámara debe ser perpendicular al eje
del haz de radiaciones; se agrega caperuza de build-up
para energías ≥ Co-60
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CI DE PLACAS PARALELAS
0.1 mm
5,4 mm
5 mm
27 mm
electrodo colector
anillos de guarda
Recomendada para zonas con gradientes importantes de
dosis (build-up), para RX de baja energía y para haces de
electrones.
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CI de aire libre
Colecta los iones producidos en un
volumen conocido de aire (V) de
masa m.
Qcolectada Waire
K aire 

1  g 
m
Son cámaras de gran tamaño,
útiles para energías de rayos X
< 300 keV
CI de cavidad
Se comportan como cavidades de
aire que cumplen la teoría de cavidad
de Bragg-Gray.
XP
cavidad
de aire
La cavidad “VE” la misma fluencia ()
de electrones que el medio que rodea
a la cavidad
(m)  ( gas)
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Características de las cámaras de cavidad:
 cavidad pequeña, poco gradiente de dosis dentro de la misma
 material de la pared y electrodo central homogéneos, de
material equivalente al aire o al agua
 espesor de la pared lo más delgado posible, consistente con la
exigencia de robustez y aseguramiento del equilibrio electrónico.
Para cámaras “dedal” se agrega una caperuza para lograr EqE a
energías superiores para las que fue diseñada la CI
CI de placas paralelas con
cubierta de protección
Cámaras tipo Farmer y
caperuzas para EqE
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ELECCIÓN DEL MEDIO

fantoma de agua, recomendado para haces de
fotones y electrones
 fantomas de plástico que deben ser semejantes
al agua en cuanto a :
 densidad
 número de electrones / gramo
 número atómico efectivo (composición
atómica y calidad de la radiación)
Ejemplos de materiales plásticos usados para
fantomas: poliestireno, acrílico, agua sólida.
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CONDICIONES PARA EL TAMAÑO DEL FANTOMA
radiación incidente
≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≥ 5 cm
xP
≈≈≈≈≈≈≈≈ ≈ ≈
≈≈≈≈≈≈≈≈
≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈≈ ≈
≈≈≈
≈≈≈
xP’
≈ ≈ ≈ aire ≈ ≈ ≈
≈≈≈≈≈≈≈≈
≈≈≈≈≈≈≈≈
≥ 10 cm
D
IS
P
E
R
SI
Ó
N
 margen de 5 cm más allá del borde de campo, en
todas direcciones
 profundidad > 10 cm más allá de la posición de la
CI
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¿QUÉ CONDICIONES
CONVIENE FIJAR PARA LA
MEDICIÓN DE REFERENCIA?
 zona de equilibrio electrónico
 tamaño de campo representativo
de los campos
de tratamiento,
compatible con las dimensiones del
fantoma
 profundidad similar a las de ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈
≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈
tratamiento, donde la atenuación
xP
del haz no sea muy pronunciada
≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈
≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈≈
≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈
≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈≈
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Z
CONDICIONES DE REFERENCIA PARA
HACES DE Co-60 y RX y ELECTRONES DE
ALTA ENERGÍA
Recomendaciones del
CÓDIGO DE PRÁCTICAS
PARA DOSIMETRÍA, IAEA,
TRS 398
HACES DE ELECTRONES
HACES DE FOTONES DE ALTA
ENERGÍA
 Fantoma de agua (o plástico para baja
energía), CI de placas paralelas (o
cilíndrica para altas energías)
 Fantoma de agua, CI cilíndrica
 DFS = 100 cm
 DFS o isocentro
 profundidad (Z): Zref (TRS 398)
2 (baja

tamaño
de
campo

10
x
10
cm
 profundidad (Z) 5 o 10 cm, según
energía),  20 x 20 cm2 (alta energía)
la energía
 CI cilíndrica: centro de la cavidad, CI
 tamaño de campo 10 cm x 10 cm
placas paralelas en la superficie interna de
 Zref = centro de la cavidad de la CI la ventana
cilíndrica
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CONDICIONES DE REFERENCIA
PARA RX DE ENERGÍAS MEDIAS
2 cm
≈ ≈ ≈ airexP ≈ ≈ ≈
≈≈≈
≈≈≈
≈≈≈≈≈≈≈≈
≈≈≈≈≈≈≈≈
Profundidad de referencia: 2 cm
Punto de referencia de la cámara:
centro de la cavidad
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NO son el objeto de la
medición pero condicionan
el resultado de la misma
CANTIDADES DE
INFLUENCIA
 presión, temperatura,
humedad
 incompleta colección de iones
(recombinación)
 polaridad
eficiencia de N º iones colectados
colección =
N º iones producidos
PERO ...
≈≈≈
≈≈≈
xP
≈ ≈ ≈ aire ≈ ≈ ≈
≈≈≈≈≈≈≈≈
≈≈≈≈≈≈≈≈
la lectura (LP) NO es dosis (D), el
dosímetro debe ser calibrado en un
laboratorio de calibraciones dosimétricas
para transformar LP en D a través de un
FACTOR DE CALIBRACIÓN
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valor verdadero
factor de calibración 
valor leído
 El factor de calibración transforma la lectura en P (LP) en “el
valor verdadero”, en este caso la dosis absorbida en agua en el
punto P (Dagua, P) en ausencia de la CI, si se cumplen las mismas
condiciones para las cuales fue obtenido el factor de calibración.
factor de calibración 
SI NO COINCIDEN ...
DP , agua
LP
Dp, agua = LP . factor de calibración
¿coinciden las condiciones
de referencia clínicas y del
laboratorio de calibraciones?
La lectura (LP) del dosímetro, debe ser corregida por los factores
correspondientes a las distintas CANTIDADES DE INFLUENCIA.
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TRS 398, IAEA
Formalismo muy simple para la obtención de la dosis en P en
agua, en ausencia de la CI, habiendo medido L en el punto P
Dagua ,Q0  LQ0  N D,w,Q0
PERO ...
N D , w ,Q
0
LQ0
Q0 es la calidad de la radiación en
el laboratorio de calibraciones
el
factor
de
N D,w,Q0 es
calibración para la
calidad Q0
se obtuvo para determinados
valores de T, P, polaridad, ...
debe ser la lectura corregida por los
factores de influencia para que sea válido
N D , w ,Q
0
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Si Q  Q0
DW ,Q  LQ  N D,W ,Q0  kQ,Q0
k
por convención, si Q0 es Co-60,
Si se cumple la teoría
de Bragg-Gray
donde pQ y pQ0 son los
únicos
factores
dependientes de la CI
kQ , Q0
Q ,Q0
: factor de calidad
del haz
kQ,Q0 = kQ
s  W 


s  W 
w, aire Q
aire Q
w, aire Q
0
aire Q0
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p

p
Q
Q0
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CALIDAD DEL HAZ = CANTIDAD REPRESENTATIVA
DE LA ENERGÍA  ÍNDICE DE CALIDAD (IC)
 para haces monoenergéticos de fotones
IC = energía de los fotones
Tubo de RX
filtro
 para Rayos X de energías
medias y bajas
IC
=
CHR
(Capa A
Hemirreductora o HVL)
I
2 haces tienen la
misma energía efectiva
si ambos tienen la
misma CHR
R
E
láminas
Al o Cu
≥ 50 cm
CI
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de
CALIDAD DEL HAZ (IC) para ALTA ENERGÍA
 para RX
energía
de
Distancia Fuente-Cámara = F
alta
F
20
IC =
20
10
TPR

TPR
10
TPR10x10, z  20 cm
TPR10x10, z  10 cm
z=10
cm
z=20 cm
X
P
10
cm
 para electrones
IC = espesor del hemivalor,
R50
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RECORDATORIO …
Para calidades Q  Q0
DW ,Q  LQ  N D,W ,Q0  kQ,Q0
kQ,Q0
por convención, si Q0 es Co-60,
Si se cumple la teoría
de Bragg - Gray
dónde pQ y pQ0 son
los únicos factores
dependientes de la CI
k
Q , Q0
:
factor
de
calidad del haz
kQ,Q0 = kQ
s  W 


s  W 
w , aire Q
aire Q
w , aire Q0
aire Q0
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p

p
Q
Q0
PERO ...
DW ,Q  LQ  N D,W ,Q0  kQ,Q0
NO SE CUMPLE PARA RX DE ENERGÍAS MEDIAS Y BAJAS
RX ↓ no cumplen los requisitos para que la teoría Bragg-Gray sea
aplicable
ND,W,Q o kQ,Q se deben medir directamente para cada cámara
SI el Laboratorio NO calibra en agua para estas energías, el factor
de calibración será NK en términos de Kerma en aire.
agua
  en 



en

 NK 
 pu 


 aire
  aire

agua
Dagua  Lagua
pu
coeficiente másico de
absorción del agua real al
aire
factor de perturbación por la
inserción de la cavidad de
aire en el medio
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CONDICIONES DISTINTAS A
LAS DE REFERENCIA
Variación en:
 tamaño de campo
►► factor de campo
 DFS
 profundidad
►► PDD, TMR, TAR, TPR
 cuñas
►► factor de cuña
 accesorios
►► factores para cada
accesorio
cantidades relativas normalizadas a las
condiciones de referencia medidas durante el
proceso de COMISIONAMIENTO
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FACTOR DE CAMPO
La dosis ↑ con el tamaño de campo por el aumento de la
radiación secundaria generada en el colimador y
accesorios, y en el fantoma

SC = factor de dispersión del colimador =
SP = factor de dispersión del fantoma =
Daire , LxL
Daire ,10 x10
D
z ref , LxL
D
z ref , 10 x 10
sólo por variación
del volumen del
maniquí irradiado
zref
aire
FC = SC x SP
agua
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VARIACIÓN DEL FACTOR DE CAMPO CON
EL ÁREA, RELATIVO AL CAMPO DE
REFERENCIA
D/Dref
1
10x10
área del campo (cm2)
para campo grandes, la contribución de las zonas alejadas
del centro es cada vez menor
►
la curva se aplana
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PDD VARIACIÓN CON
EL TAMAÑO DE CAMPO
Dosis relativa (%)
PDD 6MV DFS = 100 cm
120
100
80
4 cm x 4 cm
20 cm x 20 cm
60
40
20
0
0
10
20
30
La dosis
aumenta con el
tamaño de
campo por la
contribución de
la radiación
secundaria
40
profundidad (cm)
Para campos grandes Zmáx puede desplazarse hacia la
superficie
por el incremento de fotones y electrones
secundarios generados en el colimador y en el filtro
aplanador (linacs)
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PDD
VARIACIÓN CON LA ENERGÍA
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FACTOR DE CUÑA
El factor de cuña (FC) se obtiene como la relación entre la dosis en un
punto en agua para un campo con una cuña interpuesta y la dosis para
el mismo campo sin cuña. Es poco dependiente del tamaño de campo
detector
 Dcuña a 90 º  Dcuña a 270 º

2
FC  
Ds / cuña



compensa errores de
posicionamiento
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ACCESORIOS
Las bandejas “porta-bloques” y/o cualquier accesorio
interpuesto entre el haz y el fantoma o paciente provoca
una atenuación del haz.
1 factor de atenuación para cada
accesorio,
medido sobre el eje del haz
D
Factor 
D
con accesorio
s / accesorio
El factor de atenuación es poco dependiente del tamaño
de campo.
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COLIMADORES MULTI-LÁMINA
(MLC)
Se
debe
medir
la
transmisión de las láminas
así como la pérdida entre
láminas adyacentes y entre
láminas opuestas
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CORRECIÓN POR APERTURA Y CIERRE EN EL
TEMPORIZADOR DE UNA UNIDAD DE CO-60
2
D

D
D 
t
Irradiación sin corte
sin
con
máx

D
f
máx
D D
DD


t
t
D
t

D
sin
t
tf
t0
D
con
prescripta
Irradiación con corte
calculado
máx

D
máx
t administrado = tcalculado + 
t0
tf
t0
tf
t
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CAMPO RADIANTE:
TAMAÑO, PENUMBRA,
DISTRIBUCIÓN DE DOSIS EN UN
PLANO
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CAMPO RADIANTE
Lr = Lado del campo radiante
Dosis
D.E. = dosis en el eje
eje del campo (X o Y)
Lder
Lizq
Li = Lado del campo luminoso
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PENUMBRA RADIANTE
Dosis
eje del campo (X o Y)
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PLANICIDAD
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2008-10
SIMETRÍA
eje del campo (X o Y)
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CALIBRACIÓN IMPLICA
CONTROLES PERIÓDICOS EN:
 instrumentos
 accesorios
 equipos de tratamiento
 equipos de simulación
ESTABLECER
 frecuencias
 tolerancias
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2008-10
CAMPO RADIANTE vs. CAMPO
LUMINOSO
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2008-10
Controles mecánicos y radiantes
en un equipo de alta energía
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BIBLIOGRAFÍA
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 BRITISH JOURNAL OF RADIOLOGY
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Suppl. 17, (1983).
- Central Axis Depth Dose Data for use in Radiotherapy,
Suppl. 25, (1996).
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BIOLOGY,
- The IPEMB Code of Practice for Electron Dosimetry for
radiotherapy beams of initial energy from 2 to 50 MeV based on
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- The IPEMB code of practice for the determination of absorbed
dose for X-rays below 300 kV generating potential (0,035 mm
Al-4 mm) Cu HVL; 10-300 kV generating potential), Phys. Med.
398, IAEA, Vienna (2000)
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Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones
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