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 D.B. Feld 1 2008-10

resultados concordantes 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 resultados concordantes medición Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 2 2008-10

condiciones de medición 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 medio condiciones de medición instrumento ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ DFS, tamaño de campo, profundidad ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 3 2008-10

EJEMPLOS controles visuales mecánicos: interruptores de movimiento 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 …) Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 4 2008-10

CAMPO RADIANTE (R) VS. LUMINOSO (L) Tumor Ensayo descripto en las Normas IRAM 3682/97, Argentina Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 5 2008-10

¿MEDIR LA DOSIS ABSORBIDA? … NO ES POSIBLE EN FORMA DIRECTA distintos detectores miden distintos efectos radiantes carga eléctrica aumento de temperatura cambios químicos emisión de luz ennegrecimiento de películas radiográficas SE REQUIERE LA TRANSFORMACIÓN DE CADA CANTIDAD A DOSIS Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 6 2008-10

Dosímetros absolutos Dosímetros relativos 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 SÍ Dosímetro (para aplicaciones radiantes): Laboratorios primarios Laboratorios secundarios Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 7 2008-10

DOSÍMETROS PARA LABORATORIOS PRIMARIOS Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 8 2008-10

cámaras de ionización (CI) dosímetros químicos Fricke 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 Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 9 2008-10

▼ ▼ Calorimetría: técnica dosimétrica por excelencia porque ... mide energía de una manera muy directa la dosis absorbida en el volumen sensible del detector (Dabs) es  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 Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 10 2008-10

PATRONES DE DOSIS ABSORBIDA EN AGUA CI de grafito Calorímetro de grafito en fantoma de grafito Calorímetro de agua, determinación más directa de la dosis Referencia: TRS 398 Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 11 2008-10

DOSIMETRÍA POR IONIZACIÓN (CI) recomendada en dosimetría hospitalaria por su simplicidad y precisión Colimador Fuente emisora Fuente de alta tensión Electrodo colector Al circuito medidor de corriente L Anillos de guarda Volumen colector ABSOLUTA V CI de aire libre (o cilíndrica) ! 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). Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 12 2008-10

DOSIMETRÍA RELATIVA CI cilíndrica o dedal Medición: 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 Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 13 2008-10

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. Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 14 2008-10

CI de aire libre CI de cavidad Colecta los iones producidos en un volumen conocido de aire (V) de masa m. Se comportan como cavidades de aire que cumplen la teoría de cavidad de Bragg-Gray. X P cavidad de aire Son cámaras de gran tamaño, útiles para energías de rayos X < 300 keV La cavidad “VE” la misma fluencia () de electrones que el medio que rodea a la cavidad Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 15 2008-10

Cámaras tipo Farmer y caperuzas para EqE 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 Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 16 2008-10

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. Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 17 2008-10

CONDICIONES PARA EL TAMAÑO DEL FANTOMA ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ xP’ aire radiación incidente ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ x P ≥ 5 cm ≈ ≈ ≈ ≈ ≥ 10 cm DISPERSIÓN margen de 5 cm más allá del borde de campo, en todas direcciones profundidad > 10 cm más allá de la posición de la CI Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 18 2008-10

¿QUÉ CONDICIONES CONVIENE FIJAR PARA LA MEDICIÓN DE REFERENCIA? REFERENCIA: condiciones similares a las de tratamiento 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 del haz no sea muy pronunciada ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ x P Z ≈ Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 19 2008-10

Recomendaciones del CÓDIGO DE PRÁCTICAS PARA DOSIMETRÍA, IAEA, TRS 398 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 Fantoma de agua (o plástico para baja energía), CI de placas paralelas (o cilíndrica para altas energías) DFS = 100 cm profundidad (Z): Zref (TRS 398) tamaño de campo  10 x 10 cm2 (baja energía),  20 x 20 cm2 (alta energía) CI cilíndrica: centro de la cavidad, CI placas paralelas en la superficie interna de la ventana HACES DE FOTONES DE ALTA ENERGÍA Fantoma de agua, CI cilíndrica DFS o isocentro profundidad (Z) 5 o 10 cm, según la energía tamaño de campo 10 cm x 10 cm Zref = centro de la cavidad de la CI cilíndrica Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 20 2008-10

CONDICIONES DE REFERENCIA PARA RX DE ENERGÍAS MEDIAS 2 cm ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ xP aire ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ Profundidad de referencia: 2 cm Punto de referencia de la cámara: centro de la cavidad ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 21 2008-10

CANTIDADES DE INFLUENCIA 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 colección = ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ xP aire PERO ... 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 Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 22 2008-10

Dp, agua = LP . factor de calibración  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. Dp, agua = LP . factor de calibración ¿coinciden las condiciones de referencia clínicas y del laboratorio de calibraciones? SI NO COINCIDEN ... La lectura (LP) del dosímetro, debe ser corregida por los factores correspondientes a las distintas CANTIDADES DE INFLUENCIA. Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 23 2008-10

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 Q0 es la calidad de la radiación en el laboratorio de calibraciones es el factor de calibración para la calidad Q0 PERO ... se obtuvo para determinados valores de T, P, polaridad, ... debe ser la lectura corregida por los factores de influencia para que sea válido Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 24 2008-10

Si Q  Q0 = : factor de calidad del haz 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 Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 25 2008-10

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 láminas de Al o Cu AIRE CI ≥ 50 cm para Rayos X de energías medias y bajas IC = CHR (Capa Hemirreductora o HVL) 2 haces tienen la misma energía efectiva si ambos tienen la misma CHR Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 26 2008-10

CALIDAD DEL HAZ (IC) para ALTA ENERGÍA Distancia Fuente-Cámara = F para RX de alta energía IC = z=20 cm z=10 cm F 10 cm X P para electrones IC = espesor del hemivalor, R50 Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 27 2008-10

RECORDATORIO … Para calidades Q  Q0 = : factor de calidad del haz 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 Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 28 2008-10

PERO ... 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. coeficiente másico de absorción del agua real al aire factor de perturbación por la inserción de la cavidad de aire en el medio Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 29 2008-10

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 Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 30 2008-10

FACTOR DE CAMPO agua aire 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 = sólo por variación del volumen del maniquí irradiado zref FC = SC x SP agua aire Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 31 2008-10

VARIACIÓN DEL FACTOR DE CAMPO CON EL ÁREA, RELATIVO AL CAMPO DE REFERENCIA D/Dref área del campo (cm2) 1 10x10 para campo grandes, la contribución de las zonas alejadas del centro es cada vez menor ► la curva se aplana Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 32 2008-10

PDD VARIACIÓN CON EL TAMAÑO DE CAMPO La dosis aumenta con el tamaño de campo por la contribución de la radiación secundaria 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) Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 33 2008-10

VARIACIÓN CON LA ENERGÍA PDD VARIACIÓN CON LA ENERGÍA Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 34 2008-10

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 compensa errores de posicionamiento Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 35 2008-10

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 El factor de atenuación es poco dependiente del tamaño de campo. Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 36 2008-10

COLIMADORES MULTI-LÁMINA (MLC) Se debe medir la transmisión de las láminas así como la pérdida entre láminas adyacentes y entre láminas opuestas Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 37 2008-10

CORRECIÓN POR APERTURA Y CIERRE EN EL TEMPORIZADOR DE UNA UNIDAD DE CO-60 Irradiación sin corte t0 tf t Irradiación con corte t administrado = tcalculado + e t0 tf t0 tf t Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 38 2008-10

TAMAÑO, PENUMBRA, DISTRIBUCIÓN DE DOSIS EN UN PLANO CAMPO RADIANTE: TAMAÑO, PENUMBRA, DISTRIBUCIÓN DE DOSIS EN UN PLANO Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 39 2008-10

CAMPO RADIANTE Lr = Lado del campo radiante D.E. = dosis en el eje Li = Lado del campo luminoso Lr = Lado del campo radiante D.E. = dosis en el eje Dosis eje del campo (X o Y) Lder Lizq Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 40 2008-10

PENUMBRA RADIANTE Dosis eje del campo (X o Y) Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 41 2008-10

PLANICIDAD Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 42 2008-10

SIMETRÍA eje del campo (X o Y) Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 43 2008-10

CALIBRACIÓN IMPLICA ESTABLECER CONTROLES PERIÓDICOS EN: instrumentos accesorios equipos de tratamiento equipos de simulación ESTABLECER frecuencias tolerancias Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 44 2008-10

CAMPO RADIANTE vs. CAMPO LUMINOSO Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 45 2008-10

Controles mecánicos y radiantes en un equipo de alta energía Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 46 2008-10

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BIBLIOGRAFÍA INSTITUTE OF PHYSICS AND ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY, - The IPEMB Code of Practice for Electron Dosimetry for radiotherapy beams of initial energy from 2 to 50 MeV based on air-kerma calibrations. Phys. Med.Biol. 41 (1996) - 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) Handbook Of Radiotherapy Physics, CRC Press, Boca Raton, FL Mayles, P., Nahum, A., Rosenwald J.C., (2007). Normas IRAM 3682, Argentina, 1997. Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 48 2008-10

BIBLIOGRAFÍA INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY (IAEA) - Calibration of Dosimeters used in Radiotherapy, TRS 374, IAEA, Vienna (1994). - Absorbed dose determination in Photon and Electron Beams, TRS 277, IAEA, Vienna (1997). - The use of Plane Parallel Ionization Chambers in High Energy Electron and Photon Beams, TRS 381, IAEA, Vienna (1997) - Absorbed Dose Determination in External Beam Radiotherapy, Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 7 : Calibración de haces de fotones y electrones D.B. Feld 49 2008-10