DETECTORES DE RADIACION IONIZANTE Y SU APLICACIÓN EN DOSIMETRÍA CLÍNICA MARÍA CRISTINA PLAZAS, Ph.D Profesor Asociado, UNAL Física Médica Hospital Universitario Fundación Santa Fe de Bogotá Física Médica Hospital Universitario Fundación Santa Fe de Bogotá Universidad Nacional de Colombia MEDIPIX: DE LA FISICA DE ALTAS ENERGIAS A LAS APLICACIONES BIOMEDICAS - Oct

El Filósofo Alain decía: “La ciencia es una sensación. Conocerla es demostrar, es encontrarse en la búsqueda de lo que nosotros abordamos y de lo que nos aborda. Pero hay que saber sentir, agrega, a nuestros sentidos imperfectos, los detectores gracias a los cuales la radiación emitida en el corazón de la materia pierde su aspecto misterioso y se vuelve conocida de la misma forma que la luz, el sonido y el calor”

1897 Detector de la radiactividad construido por Pierre Curie y utilizado por Marie Curie

Detector formado por :Un electrómetro de cuadrante, un cuarzo piezoeléctrico, un condensador y la sustancia cuya ionización se deseaba determinar.

1908 Hans Geiger yErnest Rutherford 1928 Walther Müller 1947 Sidney H. Liebson

1.Transitorios (ionización de gases) cesan los efectos cuando se retira la fuente de radiación. 2. Permanentes ( Ej: Alteración química de una placa radiográfica) Los efectos de la radiación ionizante en los detectores pueden ser:

Instantáneos: Contadores Con memoria : Dosímetros TIPOS DE DETECTORES: A. Ionización Contador Geiger Müller Contador proporcional Dosímetro Cámara de ionización C. Excitación Atómica Dosímetros de centelleo Dosímetros Termoluminiscentes Dosímetros Semiconductores Dosímetros electrónicos Dosímetros ópticos B. Efectos Químicos Dosímetros Placas Fotográficas

CONTADORES GEIGER-MULLER Y PROPORCIONALES A. IONIZACION

Tubo cerrado que contiene un gas a baja presión. Un segundo electrodo en forma de hilo coaxial. Entre dos electrodos se establece una diferencia de potencial de cientos de voltios. CONTADOR GEIGER - MULLER

Los iones creados son acelerados por la diferencia de potencial y chocan con otras moléculas ionizándolas mediante el fenómeno llamado avalancha, produciendo pulsos de corriente que son los que finalmente se registran. Cuando un haz de radiación atraviesa las paredes del tubo, ioniza las moléculas del gas del interior.

A. IONIZACION DOSÍMETROS CÁMARA DE IONIZACIÓN

Cámara de Ionización

Tipo Pozo

Cámara de Ionización Tipo lápiz

DOSÍMETROS PELICULAS RADIOGRAFICAS B. EFECTOS QUÍMICOS

PELÍCULA FOTOGRÁFICA Emulsión (=20  m ) Base de la película Recubrimiento La emulsión gelatinosa, está compuesta de cristales microscópicos de haluros de plata (Bromuro de plata AgBr, Ioduro de plata AgI, etc), colocados sobre una película delgada de acetato de celulosa. Para proteger la emulsión de la luz, humedad o agentes químicos, se recubre con una envoltura de papel o plástico.

Respuesta de la película fotográfica a la Radiación La energía de la radiación incidente, es transferida a los cristales de bromuro de plata, aumentando la energía de los electrones que se encuentran en la banda de conducción del cristal. AgBr hv Ag + + Br 0 + Luego, son capturados por los centros de sensibilidad o las impurezas (iones positivos de plata), creando centros de carga negativa. e-

Los centros cargados negativamente atraen los iones positivos de la plata Ag i +, Imagen Latente Y mediante el proceso de revelado, se transforma en la imagen real y permanente. AgBr hv Ag + + Br 0 + e- Formando, la imagen latente (respuesta de la emulsión a la radiación incidente), Neutralizándolos en Ag 0, Ag i +  e- atrapado Ag 0 + trampa

Densitómetros

DENSIDAD ÓPTICA

DETECTORES DE CENTELLEO C. EXCITACIÓN ATÓMICA

Se basa en la propiedad que tienen algunos materiales centelladores ( Ej:NaI) de emitir destellos de luz cuando sobre ellos incide un haz de radiación ionizante.

Gammacámaras

La luz es detectada por uno o varios fotomultiplicadores que la transforman en un impulso eléctrico.

DETECTORES USADOS EN LA FORMACIÓN DE IMÁGENES EN EL PET/CT

El PET utiliza radioisótopos de carbono, nitrógeno, oxígeno y flúor con período de vida media muy corto: 11 C 20 min 13 N 12 min 15 O 2 min 18 F 110 min Las cámaras de positrones están formadas por uno o varios anillos, cada uno de los cuales contiene un gran número de pequeños detectores de centelleo sólido. Estos detectores utilizan, cristales de germanato de bismuto u ortosilicato de gadolinio activado con cerio.

+ CTPET

DETECTORES EN TOMOGRAFÍA COMPUTARIZADA

TÉCNICAS Convencional vs. Helicoidal vs. Multidectores Emisión Rx helicoidal Rx y movimiento de la mesa simultáneo HAZ DE RX

Emisión en forma helicoidal Varias filas de detectores Emisión de Rx y movimiento de la mesa simultáneos TÉCNICA S Helicoidal vs. Multidectores

Detectores

DETECTORES TERMOLUMINISCENTES C. EXCITACIÓN ATÓMICA

CRISTALES TERMOLUMINISCENTES TLD Los cristales termoluminiscentes absorben y almacenan la energía cedida por la radiación y posteriormente la convierten en emisión de luz al ser calentados.

La asociación de la termoluminiscencia con la exposición de un material a las radiaciones emitidas por sales radioactivas, fue observada por: 1904 Marie Curie en el CaF Daniels y sus colaboradores, fueron los primeros en proponer el fenómeno de la termoluminiscencia como un medio para medir la exposición a las radiaciones, en especial para la dosimetría clínica.

CICLO DE LIMPIEZA DE LOS CRISTALES

LECTOR DE CRISTALES TERMOLUMINISCENTES

GLOW CURVE

IRRADIACIÓN CORPORAL TOTAL

Caracterización de Detectores Mosfet para Dosimetría In Vivo de Pacientes de Radioterapia Revista Colombiana De Física ISSN: , 2008 vol:40 Autores: ZULMA VALDERRAMA,MARIA CRISTINA PLAZAS, HAROLD MACHADO Dosimetría termoluminiscente con LiF en el estudio de las distribuciones de dosis para fuentes de Ir-192 en aplicaciones de Barquiterapia Intracavitaria Ginecológica Revista Colombiana De Física ISSN: , 1998 vol:30 Autores: LUIS ENRIQUE MATAMOROS y MARIA CRISTINA PLAZAS Caracterización dosimétrica de los detectores digitales de radiación DMC 2000X Revista Colombiana De Fisica ISSN: , 2006 vol:38 Autores: JHONNATAN OSORIO MORENO, MARIA CRISTINA PLAZAS y DIDIER PAUL Diseño y caracterización de un sistema de imágenes portales en tiempo real para radioterapia con fotones de 1.25 y 6 MeV Revista Colombiana De Cancerología ISSN: , 2002 vol:6 Autores: ALFONSO MEJIA MONTENEGRO y MARIA CRISTINA PLAZAS PUBLICACIONES

DETECTORES SEMICONDUCTORES C. EXCITACIÓN ATÓMICA

Los semiconductores son materiales sólidos o líquidos capaces de conducir la electricidad al ser sometidos a altas temperaturas y mezclados con impurezas. En presencia de luz o radiación, aumentan su conductividad significativamente.

Un Diodo semiconductor es una unión pn, que permite el flujo de corriente en un solo sentido. Los semiconductores más comunes son elementos químicos como: Silicio, Germanio, Selenio, Arseniuro de galio, Seleniuro de Zinc y el Telurio de plomo. El método más utilizado para añadir impurezas al semiconductor es doparlo.

Semiconductor Tipo n: La matrix de Silicio, es dopada con impurezas de electrones donantes de: P, As, Se. Semiconductor Tipo p: La matrix de Silicio, es dopada con impurezas de electrones donantes de: Ga, In, Se.

RESPUESTA EN FUNCIÓN DE LA DOSIS ´

DETECTORES ELECTRÓNICOS C. EXCITACIÓN ATÓMICA

TRANSISTORES Los transistores más empleado en la industria microelectrónica, son los de efecto de campo metal-óxido-semiconductor MOSFET, Metal Oxide Field Effect Transistor.

Los MOSFET contienen regiones de tipo n, llamadas fuente y drenaje y una región de tipo p llamada canal.

Dosímetros Electrónicos Digitales

Dosímetros DMC 2000 X MGP instruments.

Los detectores electrónicos son utilizados para obtener imágenes de haces de radiación de alta energía (MeV) y permiten reconstruir imágenes tipo radiografías o CT. Además permiten realizar el control de calidad en técnicas de Radioterapia como IGRT O IMRT. E P I D

Electronic Portal Imaging Device - EPID Sistema Electrónico de Imágenes Portales EPID

DETECTORES ÓPTICOS C. EXCITACIÓN ATÓMICA

RPL Glass Dosimetry se basa en el principio de la the Radio Photo Luminescence

OSL OPTIC SENSOR LIGHT DETECTOR - OSL

Active Sensor Glass 1 + Fused Silica Fiber Stem (pigtail) Polymer Cladding Tefzel Polymer Jacket Nylon Jacket Titanium Dioxide Cu

SiO 2 Cu +1 *Cu +1 OSL/TL/Scintillation Cu +2 Cu +1 Cu +2 + e t radiation detrapping

MONITOR UNIT VARIATION (300 D/R - 25X25 CM FIELD SIZE) Counts y = x R= MU

DOSIMETRÍA BIOLÓGICA

Eritema: La Dosis Eritema DE, se define como la dosis requerida para alcanzar un enrojecimiento claramente detectable en la piel. Existen tablas de dosis en función del enrojecimiento de la piel, establecidas por : Feather et al. 1988, 1989, Denham et al Aberraciones Cromosómicas o Biodosimetría: Por éste método, se puede quantificar la dosis de una persona expuesta a una irradiación corporal total. En general, este análisis se utiliza en accidentes por radiación.

BIODOSIMETRIA

MICRONUCLEO no Material genético que no se incorpora adecuadamente al núcleo de la célula hija por daño en la estructura del ADN.

DETECTORES DE NEUTRONES

Las fuentes más comunes de neutrones, se basan en inducir una reacción nuclear cuyo producto sea un neutrón. Ejemplos : FUENTES DE NEUTRONES 9 Be +  12 C + n (5.704 MeV) 9 Be +  8 Be + n ( MeV) 2 H +  1 H + n ( MeV) 3 H + 2 H 4 He + n ( MeV) 2 H + 2 H 3 He + n (3.226 MeV)

Interacción: Neutrón - Materia 1.La dispersión elástica 2. La reacción nuclear (que incluye la dispersión inelástica, la captura radiactiva y la fisión nuclear).

Parafina con resina epóxica (moderación): Buen moderador. Polietileno (moderación): Buen moderador, baja durabilidad. Parafina boratada (absorción): Se puede emplear bórax ó ácido bórico. Boral (carbonato de boro)

¿Cómo aplicar los Medipix o esta tecnologia en Dosimetria Clinica?