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TEMA 1 DOSIMETRIA: DOSIMETRIA FISICA: Medición de parámetros de los que depende la irradiación DOSIMETRIA CLÍNICA: Planifica el tratamiento de radioterapia. Permite conocer la distribución de dosis dentro del paciente. 1.EQUIPOS DE MEDIDA DE LA RADIACIÓN: 1.1 FUNDAMENTOS FISICOS DE LA DETECCIÓN: E...

TEMA 1 DOSIMETRIA: DOSIMETRIA FISICA: Medición de parámetros de los que depende la irradiación DOSIMETRIA CLÍNICA: Planifica el tratamiento de radioterapia. Permite conocer la distribución de dosis dentro del paciente. 1.EQUIPOS DE MEDIDA DE LA RADIACIÓN: 1.1 FUNDAMENTOS FISICOS DE LA DETECCIÓN: Efectos que produce la radiación al atravesar la materia: • • • • Producción de carga Excitación Ionización Disociación de la materia. Cuando una radiación ionizante atraviesa un gas, provoca ionización de una parte de sus átomos y por consiguiente la liberación de iones positivos y negativos. El gas que primitivamente se comportaba como aislante ahora pasa a ser conductor. Midiendo la corriente eléctrica que circula por él, en determinadas condiciones, podemos deducir la intensidad de la radiación. Cuando una radiación ionizante atraviesa ciertos solidos transparentes, la excitación de sus átomos emite luz (fotones luminosos). La luz emitida es la que nos permite medir y analizar la radiación que la provoco. Las radiaciones ionizantes pueden atravesar la envoltura de una película fotográfica y ennegrecerla. Midiendo después la intensidad del ennegrecimiento, se puede deducir la dosis de radiación que ha alcanzado. El efecto final de la radiación es la aparición de carga eléctrica en el dispositivo. Cuando la radiación atraviesa el dispositivo y genera ionización gas o material presente, se crean iones positivos y negativos. Los positivos son atraídos hacia el electrodo negativo (Cátodo) y los negativos, que son en realidad electrones liberados, son atraídos el electrodo positivo (ánodo). en el iones iones hacia Como resultado se mide una corriente eléctrica que fluye entre cátodo y ánodo. La intensidad de esta corriente está directamente relacionada con la intensidad de la radiación ionizante que ha incidido en el dispositivo. pág. 1 En resumen, el dispositivo detecta la radiación al convertirla en una y corriente eléctrica mensurable y la cantidad de corriente está relacionada con la cantidad de radiación presente. 1.2 RENDIMIENTO DE LA DETECCION: En una muestra radiactiva, cada átomo desintegrado tiene como consecuencia la emisión de radiación ionizante (partículas cargadas o fotones), es deseable que cada una de ellas sea detectada por el equipo empleado, en especial muestras de baja actividad. Esta condición es difícil de cumplir y en estos casos se requiere definir un parámetro, el rendimiento de detección o eficiencia E, expresable en principio como la relación entre las tasas de acumulación de impulsos N y numero de eventos ionizantes que alcanzan el detector n0. 𝐸 = 𝑁/𝑛0 El rendimiento de detección se clasifica en dos variantes: • RENDIMIENTO ABSOLUTO: Cantidad de señales que realmente detectamos en comparación con la cantidad de partículas o fotones que la fuente emite. 𝐸 (𝑎𝑏𝑠) =Nºimpulsos registrados/nº partículas o fotones emitidos por la fuente. Esta magnitud depende de las propiedades intrínsecas del detector y de los detalles geométricos (distancia fuente/detector) • RENDIMIENTO INTRINSECO: Cantidad de señales detectadas en comparación con la cantidad de partículas o fotones que llegan al detector, sin tener en cuenta la distancia entre la fuente y el detector. E1= Nº impulsos registrados/ nº partículas o fotones incidentes en el detector. 1.3 PROPIEDADES DE LOS DETECTORES: RESOLUCION EN EL TIEMPO: Los detectores de radiación tienen una limitación en cuanto a la tasa máxima de recuento de partículas o fotones que puede registrar. Una desventaja de estos detectores es que dos eventos detectados deben estar separados por un tiempo mínimo para que ambos impulsos puedan ser detectados. A este tiempo mínimo lo llamamos tiempo de resolución (t). Si un evento se produce en el detector durante un tiempo de resolución de otro evento, el segundo de ellos no será registrado. La resolución de tiempo es imposible su eliminación así que se han desarrollado fórmulas de corrección que suministren el numero real de eventos, que conocemos como el numero de pulsos registrados y el tiempo de resolución del sistema. pág. 2 EXACTITUD Y PRECISION: EXACTITUD: Capacidad que tiene el detector de indicar la medida correctamente PRECISION: Reproducibilidad de los resultados de la medida bajo condiciones iguales. Posibilidad de desviarse del valor al cual apunta. LINEALIDAD: Instrumentos de medida deberían tener una respuesta proporcional a la cantidad dosimétrica que se esta midiendo. Tener claro en qué rango de medida los instrumentos se comportan linealmente. DEPENDENCIA CON LA TASA DE DOSIS: En sistemas acumulativos de medida de dosis la lectura debería ser independiente de la tasa de dosis que reciben. Se debe conocer también el rango en el cual el comportamiento es correcto DEPENDENCIA CON ENERGIA: Los detectores están siempre calibrados bajo una calidad de haz muy concreta y la respuesta correcta solamente se obtiene en las mismas condiciones de calidad de haz. La respuesta del detector con la energía debería ser lo más plana posible, es decir, no se deberían introducir factores de corrección con el cambio de energía del haz medido. En muchos detectores esto no es así y se debe introducir un factor corrector dependiente de la energía para obtener la dosis. DEPENDENCIA DIRECCIONAL: Variación de la lectura del detector con la angulación que presenta frente al haz de radiación. Un detector puede mostrar lecturas diferentes dependiendo de su orientación con respecto al haz de radiación. La dependencia direccional varia según las particularidades de construcción del detector. Si no se coloca el detector en la orientación adecuada se pueden obtener resultados de medida muy dispares. RESOLUCION ESPACIAL: Suele estar relacionado con el tamaño del detector. La resolución espacial es la capacidad de discernir entre dos lecturas de dosis diferentes en puntos del espacio muy próximos entre sí. Es la menor distancia a la que pueden estar separadas dos fuentes radiactivas para verlas como dos lecturas de dosis diferentes. LA ELECCION DEL SISTEMA DOSIMETRICO SE DEBE RAZONAR JUCIOSAMENTE, TENIENDO EN CUENTA LOS REQUERIMIENTOS DE LA MEDIDA Y LAS CARACTERISTICAS QUE DEFINEN EL EQUIPO DOSIMETRICO. pág. 3 1.4 MODO DE FUNCIONAMIENTO: Los detectores pueden percibir los cambios físicos producidos por la radiación de dos formas diferentes: en modo pulso y modo corriente. A) MODO CORRIENTE: Miden la corriente promedio que está generando el detector debido a la interacción de varias partículas. Los que se utilizan en dosimetría física. VENTAJAS Rapidez y sencillez DESVENTAJAS No obtenemos información individual sobre cada uno de los sucesos que han originado la ionización. B) MODO PULSO: Se mide una señal de salida para cada pulso de corriente, que lleva información útil como la energía de las partículas que inciden sobre él. Como cada partícula registrada de lugar a un pulso, eso permite “contar” partículas individuales, por lo que también se los llama contadores. VENTAJAS Sensibilidad, es decir, permite detectar bajos niveles de radiación de fondo y la posibilidad de obtener información a partir de la amplitud de cada pulso individual. Un detector que funcione en modo pulso puede funcionar también en modo corriente, mediante la integración de los efectos individuales medidos de las partículas detectadas durante un periodo de tiempo concreto. Sin embargo, un detector que funcione en modo corriente nunca puede adaptarse para que funcione en modo pulso. 1.5 TIPOS DE DOSIMETRIA: A.IONIZACIÓN GASEOSA: Los detectores de ionización gaseosa están constituidos por recinto lleno de gas, a una determinada presión, en la que se disponen dos electrodos a los que se aplica una tensión de polarización, creando un campo eléctrico en el interior del volumen del detector. La radiación incidente ioniza el gas. Las cargas creadas son dirigidas a los electrodos generando una señal de corriente. DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA: La radiación provoca, al atravesar ciertos solidos transparentes, la excitación de una fracción de los átomos de la sustancia atravesada, los cuales se desexcitan inmediatamente emitiendo fotones luminosos. La luz emitida permite medir la radiación que lo provoco. Los efectos producidos por la cesión de energía de la radiación pueden dar lugar a disociaciones, proceso por el que rompen enlaces químicos produciendo alteraciones en la materia. Ej. Ennegrecimiento de las placas fotográficas. pág. 4 IONIZACIÓN GASEOSA: Los gases son aislantes no circula corriente eléctrica, pero si una partícula ionizante penetra el espacio entre los electrodos, esta interacción con el gas provoca la ionización, generando cargas eléctricas. Las cargas eléctricas generadas (iones y electrones) se desplazan hacia los electrodos con polaridades opuestas debido al campo eléctrico existente entre ellos. Este movimiento de cargas genera una corriente eléctrica en el circuito de detección. Esta corriente resultante puede ser medida y cuantificada. La magnitud del impulso está directamente relacionada, con la cantidad de radiación ionizante que llega al detector. Existen tres tipos de detectores de ionización gaseosa: • • • Cámaras de ionización Contador proporcional Contador Geiger-Müller. CÁMARA DE IONIZACIÓN: La tensión de polarización aplicada produce un campo eléctrico suficiente para que sea posible la captación de toda la carga generada por la radiación incidente. Como la corriente generada en la cámara es muy pequeña para que pueda ser medida necesitamos un amplificador. Las cámaras de ionización se clasifican, atendiendo a la forma de los electrodos: • • Cámaras planas= electrodos planos-paralelos Cámaras Cilíndricas= Electrodo en forma de cilindro hueco, con otro como varilla central. La pared exterior de la cámara no muy gruesa para que pueda ser atravesada por la radiación que se quiera detectar. Preferentemente para detectar radiación x y radiación gamma y radiación beta. DETECCION DE RADIACION ALFA De muy corto alcance en la materia, es necesario que la fuente radiactiva se situé en el interior de la cámara, sobre uno de los electrodos (cámara plana) DETECCION PARTICULAS BETA Desde fuentes externas a través de ventanas suficientemente delgadas, dado su mayor poder penetración. La cámara de ionización se coloca dentro del bunker. La cámara cilíndrica mide fotones y cámara planoplanar mide electrones. RENDIMIENTO DE LA DETECCION: Número de partículas detectadas por cada 100 partículas incidentes, se aproxima al 100% para partículas alfa y pág. 5 beta que alcancen el volumen sensible de la cámara. Para fotones solo logra un rendimiento del 1%. Las cámaras se conectan a un electrómetro que es instrumento amplificador y de medida de la corriente proporcionada por la cámara. En el electrómetro se integra un display analógico o digital para la lectura visual directa en unidades apropiadas. ELECTROMETRO: La sensibilidad de los electrómetros es muy alta, de manera que se pueden medir corrientes muy pequeñas. Medir dosis muy precisa. Pueden medir en modo tasa o en modo integrado. El modo tasa muestra la corriente generada en la cámara a cada instante, es decir, mide la intensidad. El modo integrado, mide la cantidad de carga eléctrica total liberada en la cámara de ionización durante un periodo de tiempo concreto, dándonos la dosis total acumulada. El conjunto de cámara de ionización junto con su electrómetro constituye un sistema dosimétrico muy robusto, por lo que suele ser el estándar de referencia o patrón local de dosis absoluta de la mayoría de los centros de radioterapia. CÁMARAS POZO: Emplearse en braquiterapia. Tiene una tasa de dosis muy baja, por lo que precisa un volumen muy grande de detector para obtener una lectura suficiente con el electrómetro. Aptas para medir fuentes de tamaños y formas muy diferentes. CÁMARAS DE EXTRAPOLACIÓN: Cámaras planoplanares. Su volumen sensible es variable. Se usan en medidas especiales, sobre todo en las que se pretende conocer las dosis cercanas a la superficie del medio. CONTADOR PROPORCIONAL: Es un detector de gas en cual la tensión aplicada se sitúa en la zona proporcional. MULTIPLICACION DE LA CARGA Fenómeno que se produce al aumentar la tensión de una cámara de ionización. Se produce una ionización secundaria originada por los electrones que, acelerados hacia el ánodo, ganan suficiente energía para ionizar, por impacto moléculas de gas neutro FOTOMULTIPLICACION GASEOSA Al producirse multiplicación de la carga y aumentar tamaño del impulso se produce este fenómeno debido al numero de nuevos pares de iones producidos por cada electrón primario. El contador proporcional trabaja como electrómetro siempre y cuando: 1. La partícula ionizante libere la totalidad de su energía dentro del volumen sensible del detector, ya que entonces el tamaño de los impulsos es proporcional a la energía de la partícula. 2. Requiere de amplificación de señal 3. Trabajan en modo pulso. pág. 6 CONTADOR GEIGER-MÜLLER: Trabajan en modo pulso Contadores de partículas ionizantes que alcanzan el volumen sensible del detector. La tensión de polarización es suficientemente alta para que los impulsos medidos alcancen todos la misma amplitud, independientemente de la ionización primaria producida por la radiación. No necesitan amplificación. No dan información sobre la naturaleza de la radiación incidente (la que impacta sobre el detector). Fenómeno Avalancha: Debido a que aumenta la multiplicación de la carga VENTAJA Mayor sensibilidad DESVENTAJA Tiempo muerto prolongado. Rendimiento de la detección (Número de partículas detectadas por cada 100 partículas incidentes): • • Para particulas alfa y beta se aproxima al 100% Para fotones el 1%. B.DOSIMETRIA POR PELICULA: ESTAN EN DESUSO • PELICULA RADIOGRAFICA: Utiliza sales de plata. Se basa en la exposición de una emulsión fotográfica a la radiación más revelado y evaluación del grado de ennegrecimiento mediante densitómetro. El grado de ennegrecimiento nos permite evaluar la dosis absorbida tras un calibrado preciso para cada tipo película. Se utilizan para dosimetría personal. Función principal es medir distribuciones de dosis relativa. • PELICULA RADIOCROMICA: VENTAJA Su capa de emulsión sensible tiene una composición muy cercana al tejido muscular lo que la hace muy indicada para la dosimetría cuantitativa. La capa sensible consiste en un polímero que reacciona con la radiación incidente y se vuelve opaco. Esta opacidad se puede medir del mismo modo que la DO (densidad óptica) y obtener una lectura de dosis absorbida tras pasar por un proceso de calibrado. Autorrevelable. Son muy indicadas para medidas con energías de radioterapia, pero cuando la energía del haz es baja (de 25 keV o menos) pierden mucha sensibilidad y las películas radiográficas pasan a ser más adecuadas. C.DOSIMETRIA condiciones: pág. 7 POR LUMINISCENCIA: Cumplir una serie de 1. Coeficiente de conversión luminiscente: La fracción de energía cedida por la partícula o fotón primario que se convierte en energía luminosa, debe ser los más elevado posible 2. Cristal luminiscente: Lo más transparente posible a la propia luz emitida, por lo cual se monocristales de tamaño adecuado. 3. Longitud de onda: Dominante de los fotones luminiscentes no siempre corresponde con la zona espectral de máxima sensibilidad del fotomultiplicador. 4. Espesor: Debe ser en lo posible igual al alcance máximo si se trata de partículas cargadas. En el caso de la radiación gamma debe tener el mayor alcance posible y poseer un numero atómico lo más elevado posible, para favorecer la absorción de energía. Sustancias fluorescentes más empleadas: • • Sulfuro de zinc activado con plata (SZn (Ag)) Ioduro sódico activado con talio NaL(Ti). Detector poco sensible para partículas beta o radiación gamma. Para la detección de radiación gamma el NaL (Ti) constituye el cristal inorgánico mas utilizado, dada su transparencia en la banda de emisión luminiscente. • DETECTORES DE TERMOLUMISCENCIA: Utilizan materiales que presentan, en la zona prohibida entre las bandas de valencia y conducción, una alta densidad de centros de captura o “trampas” que pueden retener, según su clase, huecos o electrones. Para su lectura se introducen en un dispositivo con una atmosfera de nitrógeno y se calientan hasta los 300ºC. En ese momento las trampas comienzan a desexcitarse y liberan energía acumulada en forma de luz. La cantidad de luz liberada se mide en un tubo fotomultiplicador que la transforma en una señal de corriente. La cantidad de luz es proporcional a la dosis absorbida por el dosímetro TDL. Son reutilizables y se emplean habitualmente en dosimetría in vivo. D. DOSIMETRIA SEMICONDUCTORES DE SILICIO E. DISPOSITIVOS MOSFET F. DOSIMETROS DE DIAMANTE G. DOSIMETRIA POR GEL H. DISPOSITIVOS DE MULTIPLES DETECTORES: Se utiliza para evaluar diariamente la constancia de algunos parámetros dosimétricos. pág. 8 Gran robustez y fácil manejo. Formados por un conjunto de cámaras de ionización o semiconductores dispuestos en forma de caja o de matriz, donde la relación entre sus medidas proporciona de forma automática los resultados dosimétricos buscados. Los sistemas de detección tienen formas y características muy variadas. Por ello y por el gran número de principios físicos sobre los que se basan se debe tener especial cuidado a la hora de elegir uno para realizar la medida. De la elección de un sistema adecuado depende la calidad y la utilidad de la medida. Por eso antes que nada siempre debemos de saber que medida vamos a realizar y que material y recursos disponemos. 2.DOSIMETRIA ABSOLUTA: Se registra la dosis absorbida en Gy Se realiza en condiciones de referencia y todas las demás mediciones posteriores se comparan con esta dosis conocida. Para cada calidad de radiación se requiere un valor de dosimetría absoluta. La dosis absorbida se determina en un punto de referencia en un maniquí. La geometría tiene que estar bien definida ej: para acelerador lineal campo 10*10cm2, profundidad 10cm e isocentro de 10 Si la dosimetría absoluta posterior es incorrecta. es incorrecta, la dosimetría relativa La medición de la dosis absoluta también se denomina calibración. 3.DOSIMETRIA RELATIVA: Se comparan dos lecturas de dosímetro, una de las cuales es la efectuada en condiciones de referencia. Correlaciona la dosis bajo condiciones de no-referencia con la dosis en profundidad. No requiere el empleo de coeficientes de conversión o de factores de corrección ya que solo se comparan dos lecturas de dosímetro, una de las cuales realizada bajo condiciones de referencia. 4.PRUEBAS DE CALIBRACION: La medida de una cantidad dosimétrica es el proceso mediante el que se obtiene experimentalmente el valor de la cantidad de radiación usando sistemas dosimétricos. El resultado de la medida se expresará como un valor numérico seguido de la unidad apropiada y, dependiendo del tipo de medida, se elegirá sist dosimétrico u otro, teniendo en cuenta las pág. 9 características de los detectores. Una característica que deben tener bien definida los detectores su factor de calibración. Los dosímetros no miden dosis directamente, sino que miden el cambio de una característica física producido por la radiación y luego aplicando ciertas correcciones, estiman la dosis absorbida. El efecto conjunto de todas esas correcciones constituye el factor de calibración del sistema dosimétrico. El factor de calibración se obtiene por comparación de los resultados proporcionados por el sistema dosimétrico con un patrón establecido. El hecho de comparar un dispositivo de medida con un patrón y establecer un factor de corrección sobre el resultado de la medida para que sea lo mas exacto posible se llama “calibración”. En la calibración se deben establecer unas condiciones de referencia para reproducir las medidas en condiciones determinadas y luego comparar los resultados con el sistema dosimétrico de referencia. La trazabilidad es la propiedad por la que todas las medidas pueden ser relacionadas por una cadena de comparaciones con la medida del laboratorio primario. Cada vez que el factor de calibración se transfiere de la calibración de un laboratorio a otro la incertidumbre de la dosis absorbida se incrementa. Los servicios de oncología radioterápica suelen tener al menos un sistema dosimétrico calibrado en un laboratorio secundario (se llama sistema estándar o patrón local) sobre el cual se calibran, por comparación, el resto de los dosímetros del centro. Estos últimos dosímetros suelen llamarse “detectores de campo”. Se debe calibrar periódicamente para mantener su exactitud dentro de los márgenes requeridos (2mm o 2%). 5.MANIQUIES Y FANTOMAS Para asegurar la calidad de los tratamientos de radioterapia y determinar con precisión la dosis absorbida por los pacientes, es conveniente realizar las medidas de dosis en unas condiciones lo más parecidas a las de la irradiación. Esto supone simular los efectos de la radiación en los medios materiales que atraviesa y recoger y valorar su efecto. Para ello utilizamos maniquíes que son dispositivos construidos por materiales muy concretos y con formas muy definidas que hacen las veces de símil de paciente. MANIQUIES DE AGUA: Es uno de los maniquíes más adecuados para la medida de dosis absorbida. Tanto su número atómico como su densidad se parecen mucho a los tejidos humanos. Uno de los maniquíes más útiles es el sistema automático analizador de haces: permite realizar medidas de dosis de forma automática a lo largo de las tres dimensiones dentro de un maniquí de agua. MANIQUIES SOLIDOS: Para las verificaciones rutinarias utilizaremos maniquíes solidos como alternativa ya que son más fáciles de montar. La composición de los materiales que forman esta clase de maniquíes pág. 10 se debe tener en cuenta a la hora de realizar la dosimetría, puesto que composiciones con un numero atómico efectivo muy diferente al del agua resultarían en unas medidas muy diferentes a las esperadas. La cantidad de materiales que usan para dosimetría física es muy variada, pero se intenta que su número atómico efectivo sea muy similar al del agua. Existen, por ejemplo: Poliestireno, acrílico, Perspex, Lucita, polimetilmetacrilato (PMMA) y algunas resinas que se llaman “agua sólida”. MANIQUIES ANTROPOMORFICOS: Maniquíes mas sofisticados que intentan reproducir con gran exactitud las características dosimétricas y geométricas de un cuerpo estándar. Difícil acoplarles cualquier dosímetro y las medidas de dosis son más complicadas. Se utilizan para estudios concretos sobre tratamientos específicos, pero no sirven para caracterizar el haz de radiación. (Dosimetria in vivo) pág. 11