Objetivos de la charla: Talk objectives: Getting to know the different types of radiation beam modifiers. Identify the most common use. Objetivos de la charla: Familiarización con los distintos tipos de modificadores de haces de radiaciones Identificar su uso más común.

Part No...., Module No....Lesson No Module title Accesorios para modificar la radiación Tino Romaguera, D.Sc., DABR Miami Cancer Institute Gracias al OIEA, al Laboratorio Nacional Argonne y en especial a Natalie Wren por los arreglos del viaje. Gracias a Francisco Aguirre por la invitación. Curso regional de capacitación sobre radioterapia moderna usando aceleradores lineales 26 a 30 de Octubre de 2015 IAEA – Argonne Training Course IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Part No...., Module No....Lesson No Module title Declaración: Algunas de las diapositivas que se presentarán provienen del material de entrenamiento del OIEA sobre Protección Radiológica en Radioterapia. “Radiation Protection in Radiotherapy”, Part 5, External Beam Radiotherapy, Lecture2: Equipment and safe design No endorso ni represento a ninguna firma comercial. IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Part No...., Module No....Lesson No Module title Los modificadores de haces de radiaciones se usan con el objetivo de lograr una distribución deseada de la dosis en el interior del paciente. En unidades de Co-60 encontramos: Utilización de bloques para proteger órganos y estructuras críticas, evitando la irradiación innecesaria de los tejidos que rodean una lesión Cuñas para compensar gradientes de dosis debido a la utilización de varios haces de radiación o/y a irregularidades en la anatomía del paciente Utilización de compensadores para contrarrestar los cambios en la distribución de dosis debido a irregularidades en la anatomía del paciente Utilización de “bolus” con el objetivo de aumentar la dosis en piel (correr las curvas de isodosis hacia la superficie) within the patient by inserting of material into the beam Modificadores que se encuentran tanto en unidades de Co-60 como en aceleradores lineales. IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Bloques personalizados fabricados a medida para limitar la forma geométrica de los campos de irradiación.

Proceso de fabricación de bloques usando films tomados durante la simulación convencional (pre-era “3D”), en la actualidad estos filmes se generan de forma digital

Los bloques de protección reducen la dosis a órganos críticos Ejemplo: Protección testicular para reducir la dosis al scrotum debido a la radiación dispersada 7

Consideraciones sobre los bloques: La radiación está compuesta por radiación primaria y radiación secundaria El objetivo primordial de los bloques es minimizar la radiación primaria Una transmisión del orden del 5% de la radiación primaria se considera aceptable Se usa como material una aleación de bajo punto de fusión: metal de LIPOWITZ (cerrobend) El cerrobend es una aleación bismuto, plomo, estaño y cadmio

Part No...., Module No....Lesson No Module title Tipos de cuñas en aceleradores lineales: Cuñas manuales. Consisten en dispositivos en forma de cuña de plomo o acero que se montan en el cabezal de la unidad de tratamiento (Co-60 o acelerador lineal). Las mismas inclinan las curvas de isodosis en un ángulo determinado (15, 30, 45 o 60 grados) Cuñas motorizadas . Es una cuña integrada al cabezal de tratamiento que se controla remotamente. Normalmente es de 60 grados. El efecto de cuñas de otros grados se logran combinando un campo con cuña con uno sin cuña. Cuñas dinámicas. El gradiente de dosis de logra mediante el movimiento gradual de uno de los colimadores mientras el haz está activo (“on”) IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Más sobre Cuñas Son un modificador ya standard del haz. Muy comunes en tratamientos de mamas y tumores de cabeza y cuello. Cuña dinámica Observaciones: “No” tienen peso Cualquier ángulo de cuña es posible Son difícil de comisionar

Part No...., Module No....Lesson No Module title Efecto de las cuñas sobre las curvas de isodosis α Un haz de radiaciones se caracteriza por medio de las curvas de PDD y los perfiles de dosis. El factor de cuña se define como : WF= (Dosis con cuña)/(Dosis sin cuña), a una profundidad definida en el eje central IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Ejemplos del uso de cuñas. Caso (a): Compensación de superficies obliquas. Dos cuñas de 15 grados se usan para compensar la disminución de espesor en la parte anterior del paciente. Caso (b): Tratamiento de lesiones superficiales. Un par de cuñas colocadas a 90 grados son usadas con el objetivo de compensar puntos calientes que aparecerían cerca de la superficie si se usaran campos abiertos (sin cuñas). Nota: La “X” indica la zona donde se enconrarían los puntos calientes x x

Part No...., Module No....Lesson No Module title Bolus Es un material con composición equivalente a tejido, que se coloca en contacto con la piel con dos objetivos fundamentales: incrementar la dosis en superficie y/o compensar la falta de tejido. Para incrementar la dosis en piel se utiliza una capa uniforme de material (0.5-1.5cm). Fundamentalme no se cambian la forma de las curvas de isodosis con la profundidad, si no que se “corren” hacia la superficie. Esto es útil a la hora de tratar lesiones superficiales. Para compensar la falta de tejido o una superficie inclinada, se utilizan bolus hechos a medida que se conforma a la piel del paciente y que de esta forma ofrece una superficie perpendicular al haz incidente. En este caso el material comunmente usado es cera Los bolus también encuentran utilización en la técnica de irradiación de cuerpo completo (total body irradiación, “TBI”) para compensar la falta de tejido en el cuello y en las extremidades en relación con el resto del cuerpo. En este caso se utilizan bolsas de arroz o sal Se usan bolus caseros Se usan bolus industriales como el superflab Deben comisionarse IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Part No...., Module No....Lesson No Module title Ejemplo de bolus comercial Es excepcionalmente elástico, flácido, por lo que se conforma muy bien a la superficie del paciente. El espesor se mantiene uniforme. Hecho de gel en base a aceite sintético. Puede cortarse con una tijera. Aprobado para uso humano Puede lavarse Superflab IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Compensadores Logran los mismos efectos que los bolus colocados sobre el paciente pero sin aumentar la dosis en piel. Pueden ser construídos de prácticamente cualquier material pero los de metal usando plomo por ejemplo, son más compactos y prácticos. Se colocan en el cabezal de tratamiento de la misma forma que se colocan los bloques de protección. El espesor del compensador se determina punto a punto de acuerdo a la disminución de la dosis requerida a cierta profundidad en el interior del paciente.

Diferencia entre un bolus y un compensador: Un bolus de cera se coloca sobre la piel produciendo una distribución de dosis como si la superficie fuera lisa. La protección de la piel se pierde. Con un compensador se logra la misma distribución de dosis al igual que con bolus. El mismo se constuye y se fija en el cabezal de tratamiento. Debido a la gran separación existente entre su posición y el paciente, la protección de la piel se mantiene.

Se utilizan para incrementar la dosis superficial. Spoilers: Se utilizan para incrementar la dosis superficial. Spoiler

Electron Accelerators Part No...., Module No....Lesson No Module title Electron Accelerators Modern accelerators have a lot of treatment options, for example X Rays or electrons (dual mode) multiple energies 2 X Ray energies 5 or more electron energies Como ejemplo se muestra un acelerador Varian con dos energías de fotones y 5 de electrones. Part 5, lecture 2 (cont.): Equipment - linacs IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Part No...., Module No....Lesson No Module title Treatment head Se muestra el recorrido del haz de radiaciones hasta su incidencia en el paciente. Part 5, lecture 2 (cont.): Equipment - linacs IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Photon percentage depth dose comparison Part No...., Module No....Lesson No Module title Photon percentage depth dose comparison PHOTONS ELECTRONS Curvas de porciento de dosis (PDD). Linac beams Part 5, lecture 2 (cont.): Equipment - linacs IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Part No...., Module No....Lesson No Module title Ilustración del efecto del bolus sobre las curvas de isodosis en fotones Bolus Ilustración del efecto del bolus sobre las curvas de isodosis en fotones IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Part No...., Module No....Lesson No Module title Ilustración del efecto del bolus sobre las curvas de isodosis en electrones Bolus Ilustración del efecto del bolus sobre las curvas de isodosis en electrones IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Part No...., Module No....Lesson No Module title Accesorios importantes de los aceleradores. Cuñas Cuñas dinámicas Bloques Colimador Multihoja (Multileaf Collimator, MLC) Portal electrónico de imágenes (EPID)   Papel del EPID en el posicionamiento del paciente (casi standard) CBCT IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Electron Accelerators Part No...., Module No....Lesson No Module title Electron Accelerators X Ray Collimators may be (1) rectangular (conventional) the transmission through the collimators should be less than 2% of the primary (open) beam Ilustración de dos juegos de colimadores. Mayoritariamente están construídos de tungsteno y tienen 10 cm de espesor Part 5, lecture 2 (cont.): Equipment - linacs IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Electron Accelerators Part No...., Module No....Lesson No Module title Electron Accelerators Asymmetric collimator Los dos colimadores pueden moverse de forma independiente Part 5, lecture 2 (cont.): Equipment - linacs IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Electron Accelerators Part No...., Module No....Lesson No Module title Electron Accelerators Dynamic wedge Part 5, lecture 2 (cont.): Equipment - linacs IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Electron Accelerators Part No...., Module No....Lesson No Module title Electron Accelerators X Ray Collimators may be (2) Multi-Leaf collimators (MLC) the transmission through the collimators should be less than 2% of the primary (open) beam The transmission between the leaves should be checked to ensure that it is less than the manufacturer’s specification Siemens MLC Part 5, lecture 2 (cont.): Equipment - linacs IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Multileaf Collimator (MLC) Part No...., Module No....Lesson No Module title Multileaf Collimator (MLC) Used to define any field shape for radiation beams Several variations to the theme: different leaf widths (1cm to 0.4cm) replaces collimators or additional to normal collimators Part 5, lecture 2 (cont.): Equipment - linacs IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Part No...., Module No....Lesson No Module title Linac mounted MLC El diseño en forma de lengua y surco (“tongue and groove”) reduce la radiación entrehojas. Part 5, lecture 2 (cont.): Equipment - linacs IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Part No...., Module No....Lesson No Module title MLC The quality of the field definition depends on the width of the leafs There is always some interleaf leakage Typically the transmission through the MLC is larger than through a standard collimator A picture from a Varian linac comparison of 80 leaf MLC (1cm projected width at isocentre) and 120 leaf MLC (0.5cm projected width). Part 5, lecture 2 (cont.): Equipment - linacs IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Multileaf Collimator (MLC) Part No...., Module No....Lesson No Module title Multileaf Collimator (MLC) This picture illustrates the variations in field size possible with MLCs - combined all these segments allow intensity modulation. Part 5, lecture 2 (cont.): Equipment - linacs IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Resultado: Radiación por Intensidad Modulada (IMRT) MLC dinámico Concepto similar al de la cuña dinámica. Cuando el Colimador Multihoja se mueve durante el tratamiento, diferentes partes del campo se van bloqueando alternativamente, resultando en niveles de radiación diferentes en el interior del haz. Resultado: Radiación por Intensidad Modulada (IMRT)

Part No...., Module No....Lesson No Module title Intensity Modulation MLC pattern 1 MLC pattern 2 Achieved using a Multi Leaf Collimator (MLC) The field shape is altered step-by-step or dynamically while dose is delivered MLC pattern 3 In practice, there will be often more than 50 subfields or segments. Intensity map Part 5, lecture 2 (cont.): Equipment - linacs IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Comentarios acerca del IMRT Ofrece la mejor distribución de dosis usando fotones No existe una conexión instuitiva entre los parámetros de control del MLC, las unidades monitoras y la distribución final de la dosis Imposible de implementar sin computadoras en cualquiera de las fases del diagnóstico, planificación o tratamiento. Requiere procedimientos de calidad difíciles y exhaustivos

Part No...., Module No....Lesson No Module title Binary MLC Components of Helical Tomotherapy Helical Scanning Ring detector at exit side Part 5, lecture 2 (cont.): Equipment - linacs IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Part No...., Module No....Lesson No Module title Colimador multihoja montado en una unidad de Co-60 Recientemente Theratronics ha desarrollado un Colimador Multihoja para unidades de Cobalto. Equinox 100 IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Características del colimador multihoja para Co-60 de la firma “Best”

Ventajas de los colimadores multihojas en comparación con los bloques de protección tradicionales: Se elimina el proceso de construcción de los bloques Se elimina el tiempo necesario para la inserción de los bloques en el cabezal de la unidad de tratamiento Permite el uso de múltiples campos de manera mas eficiente Decrece la dosis sobre piel y la dosis fuera de campo de tratamiento en determinados casos debido a la disminución de la radiación dispersa ocurrida en los bloques e protección tradicionales (ejemplo: dosis al seno contralateral en tratamiento de mamas) Pueden ser usados como compensadores y cuñas dinámicas Tratamientos modernos como la terapia conformada “3D” y la terapia de intensidad modulada (IMRT) están basadas en ellos

Part No...., Module No....Lesson No Module title Chequeos y tolerancia para los collimadores multihojas (MLC), Reporte del grupo de trabajo 142, Asociación Americana de Físicos Médicos, publicado en Medical Physics, Vol.36, No.9, Sept 2009 Francisco Aguirre es uno de los participantes en el TG 142 IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Ilustración del uso combinado de cuñas y colimador multihoja

Estos bloques pueden ser construidos de forma tradicional. Uso de radiografías digitales reconstruidas (DRR) para el diseños de bloques de protección. Estos bloques pueden ser construidos de forma tradicional. Actualmente en la mayoría de los casos, se usan los colimadores multihojas en lugar de los bloques tradicionales. Sistema de planificación “Pinnacle³”

Ilustración del uso de “puntos de control”, punto 1

Punto de control 2

Punto de control 3

Part No...., Module No....Lesson No Module title Electron beams Electron Beam Primary Collimator No target required Scattering foil used to produce larger beam - alternative would be to scan the pencil beam using electromagnetic fields Applicator required to produce good field delineation on the patient Scattering Foil Ion Chamber Secondary Collimator Electron applicator Patient Part 5, lecture 2 (cont.): Equipment - linacs IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Electron applicator on a modern Varian linear accelerator Part No...., Module No....Lesson No Module title Electron applicator on a modern Varian linear accelerator Part 5, lecture 2 (cont.): Equipment - linacs IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Modificadores para haces de electrons. El rango más util de energía para uso clínico se encuentra entre 6 y 20 MeV Se utilizan para tratar lesiones superficiales o en lesiones no muy profundas (lesiones en piel, refuerzos ,”boost” en tratamientos de mama, etc) Para modificar el haz se utilizan: Insertos en los conos de tratamientos Blindajes terciarios (se colocan en contacto con el paciente) Blindajes internos (tratamientos de párpados, labios, etc.) La dosimetría de electrones tiene sus particularidades propia y debe ser tratada con mucho cuidado !!!

Film dosimetría usando “RIT” software Electrones Blindaje Film 9MEV

15 MeV Consideraciones al bloquear campos de electrones: Si se desea una penumbra estrecha : usar colimación terciaria Es difícil predecir el cambio de la penumbra con la profundidad. En casos críticos, la medición es la mejor solución práctica La dosimetría fílmica es muy útil en estos casos 15 MeV

Part No...., Module No....Lesson No Module title Conclusiones: La utilización de modificadores de radiaciones permiten conformar los haces de radiaciones a las necesidades particulares de cada paciente. Esto incluye: Proteger partes y órganos. Compensar por irregularidades en las superficies del paciente. Modificar las curvas de isodosis a conveniencia. Variar la intensidad de la radiación por “segmentos”, para lograr distribuciones de dosis más conformadas al blanco de tratamiento y de esta forma lograr una mejor relación terapéutica. El advenimiento de los aceleradores lineales y computadoras más potentes trajeron consigo el desarrollo y la construcción de los colimadores multihojas (MLC), los cuales se han convertido en el modificador más importante de los haces de radiaciones (fotones) y en la base tecnológica para el desarrollo de la terapia por radiación modulada (IMRT). Los modificadores se usan para aumentar la dosis en piel. Los MLC son las base tecnológica para el IMRT. La terapia conformal “3D” se facilita haciendo uso de ellos. IAEA Post Graduate Educational Course in Radiation Protection and Safe Use of Radiation Sources

Gracias ! Thank you!

Bibliografía: 1. IAEA Training Material on Radiation Protection in Radiotherapy Part 5 External Beam Radiotherapy Lecture 2 (cont.): Equipment and safe design 2. Radiación Oncology Physics : A Handbook for Teachers and Students, International Atomic Energy Agency, Vienna, 2005 3. Practical Radiation Oncology Physics: A Companion to Gunderson & Tepper's Clinical Radiation Oncology, Elsevier, 2016 4. Best Theratronics, http://www.theratronics.ca/# 5. Pinnacle Treatment planning system, Philips, http://www.healthcare.philips.com/main/products/ros/products/pinnacle3_98/ 6. Radiological Imaging Technology, Inc., http://www.radimage.com/