PROTECCIÓN RADIOLÓGICA EN RADIOTERAPIA Parte 5 Radioterapia por haz externo Conferencia 2: Equipos. Diseño para la seguridad Parte 5: Radioterapia por Haz Externo Lección 2: Equipos Objetivos: Al terminar la lección, los estudiantes han de ser capaces de: Debatir sobre los aspectos de física y tecnología de los equipos para radioterapia por haz externo Comprender el diseño y funcionamiento de los equipos Comprender la importancia de normas internacionales tales como las IEC 601-2-1 para el diseño de los equipos Actividad: Conferencia(s) Duración: 3 horas

Objetivos Debatir sobre los aspectos de física y tecnología de los equipos para radioterapia por haz externo Comprender el diseño y funcionamiento de los equipos, incluyendo los auxiliares Comprender la importancia de normas internacionales tales como las IEC 601-2-1 para el diseño de los equipos Esta conferencia se complementa con la parte 10, conferencia 1.

Contenido 1. Equipo superficial / ortovoltaje 2. Unidades de tratamiento telecurie 3. Los aceleradores lineales (linacs) 4. Otros tipos de aceleradores 5. Equipos asociados La conferencia puede dividirse en tres partes - las secciones 1 y 2, la sección 3 y las secciones 4 y 5

1. Superficial y ortovoltaje Tubo “convencional” de rayos X, con electrones acelerados por un campo eléctrico Ánodo estacionario (en contraste con los tubos de diagnóstico que tienen un ánodo rotatorio para posibilitar un menor punto focal Filtración; muy importante Esta diapositiva es de la parte 2 – el conferencista puede señalar que; un punto focal grande permite un mayor rendimiento, pero hace que estas unidades resulten bastante inapropiadas para la formación de imágenes N. del T.- Sobre la figura: Ánodo de cobre Blanco de tungsteno Envoltura al vacío Cátodo de filamento de tungsteno calentado Fuente de Alto voltaje

Comparación de porciento de dosis en profundidad para fotones Haz superficial Haz de ortovoltaje Esta diapositiva se repite de una conferencia anterior, para poner las modalidades de tratamiento en contexto

Superficial y ortovoltaje 40 a 120kVp Pequeñas lesiones en la piel Tamaño máx. aplicador por lo general < 7cm Generalm. FSD < 30cm Calidad del haz medida en HVL de aluminio (0.5 a 8mm) Ortovoltaje 150 a 400kVp Lesiones en la piel, metástasis ósea Aplicadores o diafragma (colimador secundario) FSD 30 a 60cm Calidad del haz medida en HVL de cobre (0.2 a 5mm)

Tubo de rayos X; superficial (Philips RT 100) Imagen brindada por el fabricante... Tubo de rayos X Agua de enfriamiento Blanco Aplicador/ colimador

Uso de los conos: esencial Punto focal grande y distancia de tratamiento pequeña (Distancia foco - piel FSD por lo general 10cm o menos) significa que el haz ha de ser colimado sobre la piel Los conos son muy apropiados para esto. Se puede lograr blindaje adicional utilizando bloqueadores de plomo sobre la piel, según se detalla en la parte 10 del curso.

Rendimiento: En haces superficiales depende de: Efecto Encendido/Apagado (on/off) FSD (muy dependiente) > longitud del aplicador afecta significativamente el rendimiento Contaminación por electrones proveniente del aplicador (significativa para la dosis a la piel aprox. 100kVp) El efecto de Encendido/Apagado (on/off) se refiere al hecho que la unidad no comienza a irradiar inmediatamente después de ser encendida - hay un retraso entre el encendido y el establecimiento del alto voltaje. Lo mismo ocurre después de apagar la unidad. Ley del cuadrado inverso

Efecto on/off Tiempo Rendimiento off on La integral bajo la curva representa el rendimiento - es de señalar que en los tiempos de encendido/apagado el haz no es necesariamente estable y su energía no ha alcanzado el valor nominal. Por consiguiente, estrictamente hablando, se necesitaría aplicar también una corrección de energía. Pero en la realidad los efectos de on/off son del orden de segundos o menos y generalmente no se aplica una corrección de energía.

Equipos de kilovoltaje (10 - 150 kVp) Se emplean filtros para eliminar la radiación X de baja energía no deseada (que solo contribuye a la dosis en la piel) Enclavamientos: han de garantizar que el filtro necesario está habilitado Se muestran filtros de una unidad Philips RT100

Equipos de kilovoltaje (10 - 150 kVp) La tasa de dosis es aprox. proporcional a kVpn dónde 2 < n < 3 La tasa de dosis es aprox. proporcional a la corriente de electrones (mA) Por tanto es importante que kVp y mA sean estables También es obviamente importante que el temporizador sea preciso y estable - y que se haya tenido en cuenta el efecto on/off

Equipos de kilovoltaje (10 - 150 kVp) El control de dosis se logra por un sistema temporizador dual - se debe contabilizar el tiempo, de forma progresiva y regresiva; en base al tiempo de tratamiento preestablecido Han de existir enclavamientos para evitar combinaciones incorrectas de kVp, mA, y filtración

Control del operador Indicador de irradiación ‘on’ Indicador de kV y mA Selección de filtro Indicador de irradiación ‘on’ Temporizador dual Llave para cerrar el equipo Botón de apagado por emergencia ‘off’ El conferencista puede señalar que el control/mando de una unidad del Cobalto y de una unidad del ortovoltaje parece similar - éste realmente es el mando de una unidad combinada ortovoltaje/superficial (Therapax 3)

Capa hemirreductora del haz (HVL) Posiblemente la prueba más importante para caracterizar la calidad del haz Verificaciones de si hay filtración suficiente en el haz de rayos X para eliminar la dañina radiación de baja energía Se necesita no solo un detector de radiaciones, sino también aluminio de alta pureza (grado 1100) - por lo general, el Al tiene altos niveles de impurezas de alto número atómico ej. Cu En la parte 10 del curso se incluye un ejercicio sobre medición de HVL

Medición de HVL Respuesta relativa mm Al Tener cuidado del fortalecimiento del haz (grafic. semi-log, no es una línea recta) La segunda HVL es por lo general mayor que la primera Usar puntos a cualquier lado del medio valor inicial Calcular HVL : (valor inicial = 9 50% de éste = 4.5, por tanto HVL = 2.6mm Al) Respuesta relativa mm Al

Unidades de ortovoltaje 120 a 400kVp Tubo convencional de rayos X Aplicaciones: Lesiones más profundas de la piel Metástasis ósea

Equipos de ortovoltaje (150 - 400 kVp) Diferentes aplicadores y filtros Filtros Aplicadores para diferentes tamaños de campo y distancias Conos y filtros para un Stabilipan Siemens – el conferencista puede señalar que las ventanas del lateral de los aplicadores son útiles para la instalación del paciente.

Unidades de ortovoltaje Por lo general usa conos Más recientemente también se ha añadido un diafragma con campo de luz. Se ha de tener cuidado de: Garantizar la distancia correcta Tener en cuenta una penumbra grande debido a un punto focal grande

Equipos de ortovoltaje (150 - 400 kVp) La ley del Cuadrado Inverso es importante Dosis en profundidad muy afectada por la FSD FSD 6cm, HVL 6.8mm Cu FSD 30cm, HVL 4.4mm Cu Esta diapositiva es similar a una de la conferencia anterior - sin embargo, el impacto de la FSD no debe ser sobreestimado. Éste es particularmente el caso de las unidades que utilizan la FSD como un medio para controlar las características de dosis en profundidad.

Pregunta rápida En la diapositiva anterior ¿por qué el haz con mayor capa hemirreductora HVL resulta aún menos penetrante que el otro haz?

Equipos de ortovoltaje (150 - 400 kVp) Panel de control Temporizador dual Selección de filtro y de kV Control de mA y de kV Botones de encendido y de parada de emergencia

Equipos de ortovoltaje (150 - 400 kVp) Resulta posible emplear una cámara de ionización de transmisión como el sistema primario de control de dosis, en lugar del tiempo de tratamiento. El sistema de control de dosis de apoyo (secundario) puede ser o bien un dosímetro integrador independiente o un temporizador La otra forma es el empleo de dos temporizadores, esto es lo más común en la actualidad

2. Unidades telecurie Fuente de muy alta actividad (>1000Ci) Casi todas Co-60 Algunas unidades viejas emplean Cs-137 Primer tratamiento a paciente en London, Ontario, Octubre 1951 . Véase también la diapositiva siguiente.

Sello conmemorativo del 50 aniversario de la radioterapia por haz externo con Co-60

Unidades telecurie Cs-137 Energía fotones 0.66 MeV Fuente relativamente grande para una actividad específica relativamente baja FSD media (aprox. 60 cm) Sin montaje isocéntrico - similar a equipos de ortovoltaje en su configuración Ya no se comercializan, y no deberían estar en operación Estas unidades implican problemas potenciales respecto a la evacuación de la fuente y a su hermeticidad - en particular los diseños más antiguos empleaban encapsulamiento simple del Cs - las fugas constituyen un problema y se deberían efectuar pruebas de frotis frecuentemente.

Cobalto - 60 Energía fotones aprox. 1.25 MeV 2 líneas a 1.17 MeV y 1.33 MeV La imagen muestra una unidad de Co de diseño Checo

Cobalto - 60 El esquema de decaimiento muestra las dos líneas mencionadas anteriormente.

Cobalto - 60 Energía fotones aprox. 1.25MeV Actividad específica suficientemente grande para FSD de 80 cm o incluso 100 cm Por tanto resulta posible configuración isocéntrico Una unidad Theratronix con FSD 80cm

Equipos para Cobalto - 60 La configuración isocéntrica posibilita el movimiento de todos los componentes alrededor de un mismo centro colimador brazo camilla

Comparación de porciento de dosis en profundidad para fotones Haz de Co-60

Área de control de una unidad de Co-60 Control con temporizador dual Monitoreo del paciente Vidrio plomado Sistema de video

Efecto encendido/apagado (on/off) Rendimiento Obturador abre Obturador cierra Similar a las unidades superficial/ortovoltaje - aquí el efecto on/off es debido al movimiento del obturador Tiempo

Equipos para irradiación gamma Unidad reciente de Co-60 Unidad Theratronix

Equipos para irradiación gamma Cabezal y mecanismo de traslado de la fuente Existen múltiples tipos/diseños disponibles de mecanismos del obturador – éste se basa en un porta fuente. N. del T.- Sobre la figura: Uranio empobrecido Fuente (haz apagado) Indicador de posición de la fuente Funda de la fuente Blindaje de plomo

Equipos para irradiación gamma Otros mecanismos de transferencia del porta fuente Funda de fuente rotatoria Diafragmas móviles N. del T.- Figura superior: Mecanismo de rueda rotatoria La fuente se muestra en la posición ‘off’ Fuente Figura inferior: Obturador de mercurio Mercurio Conexión al recipiente Bomba Obturador de mercurio (empleado en la primera unidad de Co-60 en 1951)

Equipos para irradiación gamma Conjunto de la fuente: La fuente ha de estar sellada de forma tal que pueda resistir las temperaturas probables en incendios de la edificación Para evitar las fugas se recomienda doble encapsulado N. del T.- Sobre la figura: Soldadura bajo atmósfera de helio Procedimiento de ensamblaje especial garantiza densidad uniforme de la fuente Pastillas de Co-60 enchapadas en níquel Pastillas de Co-60 de alta actividad específica Espaciadores de acero inoxidable adaptados al volumen de la fuente Doble encapsulado de acero inoxidable de bajo contenido de carbono

Diseño de la fuente de Cobalto La imagen muestra un portafuentes internacional - su forma de ensamblaje se muestra en la diapositiva siguiente. N. del T.- Roscado estándar Tapa de la capsula interior de acero inoxidable Junta de sellaje para llenar espacio Orificios para accionar con la herramienta Cápsula exterior Cápsula interior de acero inoxidable Manguito de tungsteno Metal pesado Sellaje por soldadura (de arco eléctrico bajo atmósfera de gas inerte) de las cápsulas interior y exterior Tapa de la cápsula exterior Aro de resorte

Ensamblaje de la fuente N. del T.- Sobre la figura, en orden descendente.- Tapa roscada del portafuente Resorte sostenedor de la fuente Arandela de presión de la tapa roscada Tapa extrema de la capsula exterior Tapa extrema de la cápsula interior Blindaje de tungsteno Pieza fundida de cobalto Cápsula interior Cápsula exterior Portafuente internacional

Equipos para irradiación gamma Período de semidesintegración relativamente corto: Co-60 5.26 años Se recomienda cambiar la fuente cada 5 años para mantener el rendimiento Contenedor de transporte de la fuente Cabezal de la unidad de tratamiento

Imagen de un cambio de fuente de Co Escudo del haz Monitor de radiaciones Contenedor de transporte Cabezal de tratamiento N. del T.- Beam stopper.- Escudo del haz Transport container.- Contenedor de transporte Radiation survey meter.- Monitor de radiaciones Treatment head.- Cabezal de tratamiento

Equipos para irradiación gamma Indicador mecánico de posición de la fuente Indispensable para: indicar si la fuente no está segura por lo general acoplado a un dispositivo mecánico para empujar la fuente de vuelta si se traba El indicador mecánico de la fuente depende del diseño del mecanismo de exposición de ésta. Constituye una característica de seguridad muy importante puesto que solo responde a la posición mecánica de la fuente.

Cabezal de unidad de cobalto con porta fuente rotatorio Indicador de haz ‘on’ Si la sección roja del círculo indica hacia abajo resulta visible a través de una abertura en la cubierta de la unidad. Esto indica que la fuente está expuesta

Equipos para irradiación gamma El mecanismo de control del haz ha de ser de diseño de 'fallo seguro'. Esto significa que la fuente volverá a la posición segura ('Off') en caso de: Terminación de la exposición normal Cualquier situación de avería Interrupción de la fuerza que mantiene el mecanismo de control del haz en la posición de exposición ('On'), por ejemplo el fallo del suministro eléctrico o neumático El término fallo seguro se discutirá en mayor detalle en la parte 10 del curso puesto que forma parte del tema de diseño para la seguridad. Se menciona aquí en el contexto de los mecanismos de exposición de la fuente de las unidades de Co-60.

Equipos para irradiación gamma Por lo general se debería emplear el 'fallo seguro' con redundancia - concepto de 'defensa en profundidad' En caso de que la fuente no retorne a la posición de seguridad, debería resultar posible interrumpir la exposición por otros medios, por ejemplo, un sistema del retorno manual Diapositiva oculta - es la repetición de una con una redacción ligeramente diferente. El conferencista puede escoger cuál utilizar.

Equipos para irradiación gamma Penumbra geométrica por lo general amplia puesto que el diámetro de la fuente es grande (>2cm) Esta es una imagen de la penumbra geométrica en el equipo con una fuente de tamaño relativamente grande - lo mismo puede decirse de las unidades del ortovoltaje si se emplea un diafragma (colimador secundario) a cierta distancia del paciente para colimar el haz. La penumbra es simplemente un problema geométrico que se explica en la diapositiva. N. del T.- Sobre la figura: 4.12 Diagrama para determinar la penumbra geométrica Colimador Eje Central Piel

Equipos para irradiación gamma Para reducir la amplitud de la penumbra se pueden emplear barras de recorte de penumbra El conferencista podría señalar que el concepto es similar al de los aplicadores de electrones que se debatirán más tarde - sin embargo, la razón física para el aumento de la penumbra con la distancia es diferente. Co-60 penumbra geométrica Electrones - dispersión en aire.

Equipos para irradiación gamma Rotación del brazo Para todos los movimientos mecánicos debería haber dos vías independientes de lectura: Electrónica en la consola y/o monitor en la sala de tratamiento Mecánica Segundo eje no isocéntrico para la fuente de Co-60 La fotografía también muestra que esta (y otras) unidad(es) de cobalto emplea(n) un segundo eje rotatorio para el colimador. Esto es por lo general importante para el cambio de la fuente pero no debería usarse en los tratamientos isocéntricos puesto que interfiere con la isocentricidad de la unidad.

Equipos para irradiación gamma Fugas desde el cabezal con la fuente en posición segura ('Off') max. 10 Gy h-1 a 1 metro de la fuente max. 200 Gy h-1 a 5 cm de la cubierta Estas pueden contribuir una porción significativa a la dosis máxima permisible para el personal

Pregunta rápida Por favor estimar la dosis a un miembro del personal que posiciona a los pacientes en la unidad Co-60.

Dosis anual al personal Asumir: 200 días al año, jornada de 8horas por día 10% de este tiempo en la sala de tratamiento 3 Gy h-1 dosis típica promediada para todos los locales del personal en la sala de tratamiento Dosis = 200  8  0.1  3 Gy  0.5m Gy/año (mitad del límite de dosis para el público)

Equipos para irradiación gamma Para la puesta en servicio han de examinarse las especificaciones del cabezal para identificar locaciones en que la fuga de radiación pudiera ser un problema. Deben efectuarse lecturas precisas de cámara de ionización en la ubicación de cualesquiera puntos calientes, así como en un patrón uniforme alrededor del cabezal. Pueden usarse las técnicas de envoltura de placas para identificar posiciones de ‘puntos calientes'. La figura ilustra el planteamiento de que existe diversidad de diseños de cubiertas de fuentes.

Técnica de envoltura de placas Se muestra aquí con una sola placa en un linac En la práctica la placa se puede envolver alrededor del cabezal de tratamiento Esta técnica también es útil para otras unidades de tratamiento como superficial y ortovoltaje. ¡No olvidar nunca marcar y etiquetar la placa!

Equipos para irradiación gamma Inicialmente se deberían efectuar pruebas de frotis durante la instalación, y después a intervalos periódicos, para verificar si existe contaminación superficial. Esta prueba no necesita ser realizada directamente sobre la superficie de la fuente sino puede llevarse a cabo en una superficie que entre en contacto con la fuente durante el funcionamiento normal del equipo.