CALIBRACIÓN DE HACES DE FOTONES Y ELECTRONES

CALIBRACIÓN DE HACES DE CALIBRACIÓN DE HACES DE FOTONES Y ELECTRONESFOTONES Y ELECTRONES

Diana B. FeldComisión 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

MedirMedir implica comparar cantidad dada con otra considerada patrónpatrón. En radioterapia interesa conocer con precisiónprecisión tanto la cantidadcantidad tasa absoluta de dosis como las relaciones relativas de dosis (PDD, TMR, …) ► DOSIMETRÍA

cálculo

mediciónresultados concordantes


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 PORQUE la dosis debería ser administrada al volumen blanco con una exactitud de 5% 5% (tolerancia para la desviación entre la dosis prescripta y administrada)

ELECCIÓN

instrumentoinstrumento mediomedio condiciones de medicióncondiciones de medición

≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈

≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈

≈ ≈ ≈ ≈ ≈

DFS, tamaño de campo, profundidad≈ ≈ ≈ ≈ ≈≈ ≈ ≈ ≈ ≈≈ ≈ ≈ ≈ ≈


controles visuales

mecánicos: interruptores de movimiento

interruptores de radiación

coincidencias (ejes luminosos y radiantes, ángulos, escalas …)

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.

EJEMPLOSEJEMPLOS


Tumor

CAMPO RADIANTE (R) VS. LUMINOSO (L)

Ensayo descripto en las Normas IRAM 3682/97, Argentina


¿MEDIR LA DOSIS ABSORBIDA?¿MEDIR LA DOSIS ABSORBIDA?

… … NO ES POSIBLE EN FORMA DIRECTANO ES POSIBLE EN FORMA DIRECTA

distintos detectores miden distintos distintos detectores miden distintos efectos radiantesefectos radiantes

carga eléctrica

aumento de temperatura

cambios químicos

emisión de luz

ennegrecimiento de películas radiográficas

SE REQUIERE LA TRANSFORMACIÓN DE CADA CANTIDAD A DOSIS


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

Laboratorios primariosLaboratorios primarios Laboratorios secundariosLaboratorios secundarios

Dosímetro (para aplicaciones radiantes):


DOSÍMETROS PARA LABORATORIOS PRIMARIOS


DOSÍMETROS ABSOLUTOSDOSÍMETROS ABSOLUTOS

calorímetros cámaras de ionización (CI)

dosímetros químicos Fricke

PEROPERO……

SON ABSOLUTOS PARA DETERMINADA CONFIGURACIÓN Y CON CIERTAS

LIMITACIONES

TODOS LOS OTROS SISTEMAS DEBEN SER REFERENCIADOS A UN DOSÍMETRO

ABSOLUTO


Calorimetría:

técnica dosimétrica por excelencia porque ...porque ...

mide energía de una manera muy directa

la dosis absorbida en el volumen sensible del detector (Dabs) es

por la necesidad de medir T extremadamente pequeñas

▼ ▼ ▼▼la dosimetría calorimétrica se utiliza fundamentalmente en la dosimetría calorimétrica se utiliza fundamentalmente en

laboratorios primarioslaboratorios primarios

¿POR QUÉ?¿POR QUÉ?

TDabs

en principio, la dosimetría calorimétrica es simple.

en la práctica, es muy compleja


PATRONES DE DOSIS ABSORBIDA EN AGUA

CI de grafitoCalorímetro de grafito en fantoma de grafitoCalorímetro de agua, determinación más directa de la dosis

Referencia: TRS 398


DOSIMETRÍA POR IONIZACIÓN (CI) recomendada en recomendada en dosimetría hospitalaria por su simplicidad y precisióndosimetría hospitalaria por su simplicidad y precisión

ABSOLUTA

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).

!!!!

Colimador

Fuente emisora

Fuente de alta tensión

Electrodo colector Al circuito medidor de corriente

L

Anillos de guarda

Volumen colector

V


DOSIMETRÍA RELATIVADOSIMETRÍA RELATIVA

CI cilíndrica o dedal

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

7 mm


CI DE PLACAS PARALELAS

Recomendada para zonas con gradientes importantes de dosis (build-up), para RX de baja energía y para haces de electrones.

anillos de guarda

0.1 mm 5,4 mm

electrodo colector

27 mm

5 mm


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.

g

W

m

QK airecolectada

aire

1X 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

)()( gasm 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

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

Cámaras tipo Farmer y caperuzas para EqE

CI de placas paralelas con cubierta de protección


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.


radiación incidente

≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈

x P≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈

≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈

≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈

xP’aire

CONDICIONES PARA EL TAMAÑO DEL FANTOMA

margen de 5 cm más allá del borde de campo, en todas direcciones

profundidad > 10 cm más allá de la posición de la CI

≈ ≈

≥ 5 cm

≥ 10 cmDISPERSIÓN

≈ ≈


REFERENCIA: condiciones similares a las de tratamiento

¿QUÉ CONDICIONES ¿QUÉ CONDICIONES CONVIENE FIJAR PARA LA CONVIENE FIJAR PARA LA

MEDICIÓN DE MEDICIÓN DE REFERENCIAREFERENCIA??

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≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈≈≈

≈≈


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

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

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


Profundidad de referencia: 2 cm

Punto de referencia de la cámara: centro de la cavidad

≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈

≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈

≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈

xPaire

2 cm

CONDICIONES DE REFERENCIA PARA RX DE ENERGÍAS MEDIAS


CANTIDADES DE CANTIDADES DE INFLUENCIAINFLUENCIA

presión, temperatura, humedad

incompleta colección de iones (recombinación)

polaridad

eficiencia de colección =

producidosionesN

colectadosionesN

º

º

≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈

≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈

≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈

xPaire

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

NO son el objeto de la medición pero condicionan el resultado de la misma


leídovalor

verdaderovalorncalibraciódefactor

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.

P

aguaP

L

Dncalibraciódefactor

,

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.

SI NO COINCIDEN ...


TRS 398, IAEAFormalismo muy simple para la obtención de la dosis en P en agua, en ausencia de la CI, habiendo medido L en el punto P

000 ,,, QwDQQagua NLD Q0 es la calidad de la radiación en el laboratorio de calibraciones

es el factor de calibración para la calidad Q0

0,, QwDN

se obtuvo para determinados valores de T, P, polaridad, ...0,, QwD

NPERO ...

0QL debe ser la lectura corregida por los factores de influencia para que sea válido

0,, QwDN


Si Q Si Q Q Q0 0

00 ,,,, QQQWDQQW kNLD : factor de calidad del haz0,QQ

k

por convención, si Q0 es Co-60, 0,QQkQk=

p

pWW

ss

Q

Q

Qaire

Qaire

Qairew

Qairew

QQk

000

0

,

,

,

Si se cumple la teoría de Bragg-Gray

donde pQ y pQ0 son los

únicos factores dependientes de la CI


CALIDAD DEL HAZ = CANTIDAD REPRESENTATIVA DE LA ENERGÍA ÍNDICE DE CALIDAD (IC)

CALIDAD DEL HAZ = CANTIDAD REPRESENTATIVA DE LA ENERGÍA ÍNDICE DE CALIDAD (IC)

para haces monoenergéticos de fotones IC = energía de los fotones

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

Tubo de RX

filtro

láminas de Al o Cu

AIRE

CI≥ 50 cm


z=20 cmz=10 cm

F

10 cm

X P

Distancia Fuente-Cámara = F

cmzxTPR

cmzxTPRTPR

10,1010

20,101020

10

para electrones

IC = espesor del hemivalor,

R50

CALIDAD DEL HAZ (IC) para ALTA ENERGÍACALIDAD DEL HAZ (IC) para ALTA ENERGÍA

para RX de alta energía

IC = TPR

20

10


RECORDATORIO …

Para calidades Q Q0

00 ,,,, QQQWDQQW kNLD : factor de calidad del haz

0,QQk

por convención, si Q0 es Co-60, 0,QQkQk=

p

p

W

W

s

skQ

Q

Qaire

Qaire

Qairew

Qairew

QQ

000

0

,

,

,

Si se cumple la teoría de Bragg - Gray

dónde pQ y pQ0 son los

únicos factores dependientes de la CI


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.

u

agua

aire

enKaguaagua pNLD

agua

aire

en

up

coeficiente másico de absorción del agua real al aire

factor de perturbación por la inserción de la cavidad de aire en el medio

PERO ...00 ,,,, QQQWDQQW kNLD


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 accesoriocantidades relativas normalizadas a las condiciones de referencia medidas durante el proceso de COMISIONAMIENTO


FACTOR DE CAMPO

SC = factor de dispersión del colimador =

SP = factor de dispersión del fantoma =

1010,

,

xaire

LxLaire

D

D

1010,

,

xz

LxLz

ref

ref

D

D sólo por variación del volumen del maniquí irradiado

aire agua

zref

La dosis ↑ con el tamaño de campo por el aumento de la radiación secundaria generada en el colimador y accesorios,

y en el fantoma

FC = SC x SP


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


PDD VARIACIÓN CON

EL TAMAÑO DE CAMPO

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)

La dosis aumenta con el

tamaño de campo por la

contribución de la radiación secundaria

PDD 6MV DFS = 100 cm

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40

profundidad (cm)

Do

sis

rela

tiva

(%

)

4 cm x 4 cm

20 cm x 20 cm


PDD

VARIACIÓN CON LA ENERGÍA


FACTOR DE CUÑAEl 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

cuñas

acuñaacuña

D

DD

FC/

º270º90

2

compensa errores de posicionamiento


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

accesorios

accesoriocon

D

DFactor

/

El factor de atenuación es poco dependiente del tamaño de campo.


COLIMADORES MULTI-LÁMINA (MLC)

Se debe medir la transmisión de las láminas así como la pérdida entre láminas adyacentes y entre láminas opuestas


tft0 t

Dmáx

D

Dmáx

tft0tft0 t

CORRECIÓN POR APERTURA Y CIERRE EN EL TEMPORIZADOR DE UNA UNIDAD DE CO-60

Irradiación sin corte

Irradiación con corte

f

con

máx tDD

D sin

2

tD

tDD

con sin

máx

prescripta

calculado D

Dt

t administrado = tcalculado +


CAMPO RADIANTE:

TAMAÑO, PENUMBRA, DISTRIBUCIÓN DE DOSIS EN UN

PLANO


Lder Lizq

D.E. = dosis en el eje

Li = Lado del campo luminoso

Lr = Lado del campo radiante

CAMPO RADIANTECAMPO RADIANTE

Dosis

eje del campo (X o Y)


PENUMBRA RADIANTE

Dosis



PLANICIDADPLANICIDAD


SIMETRÍASIMETRÍA



CONTROLES PERIÓDICOS EN:

instrumentos

accesorios

equipos de tratamiento

equipos de simulación

ESTABLECER frecuencias

tolerancias

CALIBRACIÓN IMPLICA


CAMPO RADIANTE vs. CAMPO LUMINOSO


Co

ntr

ole

s m

ecán

ico

s y

rad

ian

tes

en u

n e

qu

ipo

de

alta

en

erg

ía


BIBLIOGRAFÍA American Association of Physicists in Medicine (AAPM). A

protocol for the determination of absorbed dose from high-

energy photon and electron beams, TG 21, Med. Phys. 10

(1983).

AAPM, TG 51 for clinical reference dosimetry of high-energy

photon and electron beams, Med. Phys. 26 (1999)

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- Central Axis Depth Dose Data for use in Radiotherapy,

Suppl. 17, (1983). - Central Axis Depth Dose Data for use in Radiotherapy, Suppl. 25, (1996).


BIBLIOGRAFÍA

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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 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).

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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,

BIBLIOGRAFÍA


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