Formalismos de cálculo de unidades de monitor para haces de fotones de alta energía

1. Resumen
3. Generadores de haces de radiación
4. Conceptos básicos de dosimetría física y planificación de tratamientos
5. Cálculo de unidades de monitor para un acelerador lineal
6. Conclusiones
7. Bibliografía
8. Anexos

RESUMEN

La radioterapia es el uso con fines terapéuticos de las radiaciones ionizantes. El tratamiento de radioterapia, es un proceso que involucra una serie de procedimientos previos al tratamiento, siendo el fin primordial entregar la dosis de radiación máxima al volumen a tratar, y minimizar hasta donde sea razonablemente posible la dosis al tejido sano.

En radioterapia externa se han utilizado a lo largo de los años distintas fuentes de radiación. La dosis suministrada es un parámetro dosimétrico muy importante, debido a que la tasa de dosis varía con el equipo o máquina de tratamiento. En el caso de aceleradores lineales; no se habla de tiempo de irradiación sino de unidades de monitor (UM); para la entrega de una tasa de radiación al volumen a tratar el cálculo de UM, involucra muchos parámetros dosimétricos dependiendo de la técnica a utilizar.

En la actualidad, muchos autores han dado formalismos sobre el cálculo da las UM las cuales se han ido corrigiendo con el tiempo, ya que la dosis suministrada al tejido debe ser las más exacta posible; por lo que en el presente trabajo se da a conocer y presentar el formalismo de la European Society For Therapeutic Radiology And Oncology (ESTRO) para el cálculo de UM que son necesarias para dar una determinada dosis absorbida en un punto para una geometría concreta, pasando de la dosis de Unidad de Monitor en condiciones de referencia a la dosis por UM en las condiciones de tratamiento; para este paso de las condiciones de referencia a las condiciones de tratamiento es necesario realizar un gran número de medidas, que pueden ser diferentes según que método de los dos propuestos por la ESTRO se escoja.

Podemos decir en un mini-fantoma es útil para chequear nuestro procedimiento de medida. Por lo tanto las medidas en maniquíes o fantoma de agua grande se pueden combinar con valores tabulados que tengan en cuenta la influencia de la radiación dispersa solo en el fantoma y obtener así, unos factores de corrección debidos a la radiación dispersa únicamente en el cabezal del acelerador. Si posteriormente realizáramos una medida en un mini-fantoma que coincidiesen con las calculadas, podríamos concluir que nuestro procedimiento de medida es adecuado.

ABSTRACT

The radiotherapy is the use with therapeutic aims of the ionizing radiations. The radiotherapy treatment, is a process that involves a series of previous procedures to the treatment, being the fundamental aim to give the radiation dose Maxima to the volume to treat, and to diminish to where is reasonably possible the dose to the healthy weave. In external radiotherapy radiation sources have been used throughout the years different. The provided dose is a very important dosimeter parameter, because the rate of dose varies with the equipment or machine of treatment. In the case of linear accelerating; not speech of time of irradiation but of units of monitor (UM); for the delivery of a rate of radiation to the volume to deal with the calculation UM, it involves many dosimeter parameters depending on the technique to use. At the present time, many authors have given formalisms on the calculation gives the UM which have been corrected with time, since the dose provided to the weave must be most exact possible; reason why in the present work one occurs to know and to present/display the formalism of European Society For Therapeutic Radiology And Oncology (ESTRO) for the calculation of UM that are necessary to give a certain absorbed dose in a point for a concrete geometry, happening of the dose of Unit of Monitor in conditions of reference to the dose through UM in the conditions of treatment; for this passage of the conditions of reference to the conditions of treatment it is necessary to make a great number of measures, that can be different according to that method of both proposed by the ESTRO is chosen. We can say in a mini-fantomas is useful to check our procedure of measurement. Therefore the measures in dummies or fantoma of great water can be combined with values tabs that consider the influence of the radiation disperses single in fantoma and to obtain thus, factors of correction due to the radiation disperses solely in the mall pillow of the accelerator. If later we made a measurement in a mini-fantomas that agreed with the calculated ones, we could conclude that our procedure of measurement is adapted

INTRODUCCIÓN

Las Radiaciones ionizantes son capaces de separar electrones de los átomos con los que están en contacto; los procesos físicos consisten en la transferencia de energía. Es en donde los tratamientos radioterápicos se basan, debido a que la energía transportada por los haces de radiaciones ionizantes, es emitida por fuentes de radiación. Estas pueden ser isótopos radiactivos, los que se caracterizan por un periodo de semi-desintegración (tiempo que se necesita para que la actividad se reduzca a la mitad), como el tubo de rayos X, Co-60 y aceleradores lineales.

Los aceleradores lineales son capaces de proporcionar diferentes tipos de haces de radiación ionizante, para tratar a los pacientes, lo que implica una condición muy importante: caracterizar con el máximo de precisión la repartición de las dosis de radiación que se depositan en los tejidos expuestos.

El desarrollo de computadoras veloces han permitido trabajar en el cálculo tridimensional de distribución de energía. De esta manera es posible obtener de forma precisa la distribución de energía depositada dentro del cuerpo de cada paciente, que resulta de la combinación de los rayos X o Co-60 con que son tratados; estos son los llamados planificadores de tratamiento.

Los planificadores de tratamiento son muy importantes tanto para el calculo de UM como para obtener la curva de isodosis.

La radioterapia es el uso de las radiaciones ionizantes para el tratamiento de enfermedades neoplásicas, se lleva a cabo a través de dos técnicas:

– Radioterapia externa; en la que se busca eliminar las células tumorales utilizando haces de radiación ionizante que se dirigen desde el exterior del cuerpo del paciente hacia el volumen de localización del tumor maligno, y a la vez se busca minimizar el daño al tejido sano que lo circunda; y la

– Braquiterapia; que consiste en el uso de fuentes radiactivas encapsuladas que se ubican en cavidades naturales (intracavitaria).

ESTRO ha desarrollado un formalismo para calcular las unidades de monitor (UM) para tratamientos de radiación con haces de fotones proporcionados por aceleradores lineales y unidades de Co-60. El formalismo es aplicable a la mayoría de situaciones practicas encontradas en radioterapia aplicando haces rectangulares, con bloques y con cuñas, todos bajo condiciones de distancia fuente – piel fija e isocéntricas.

La base para el procedimiento es la determinación de la dosis absorbida por UM bajo las condiciones de la referencia: 10 cm. de profundidad en agua, una distancia fuente – detector igual a la distancia isocéntrica (generalmente 100 cm) y en tamaño de campo 10 cm x 10 cm a esta distancia, la distancia fuente – piel regular (generalmente 100 cm.) y un tamaño de campo de 10 cm x 10 cm, a esta distancia. El cálculo de la UM tradicional usando cantidades dosimétricas referidas a la dosis máxima ha sido reemplazada por un formalismo que aplica las cantidades referentes a las medidas a 10 cm de profundidad para todas calidades de haces de fotones.

La razón para este cambio es que la máxima dosis depende del grado de contaminación del electrón que varía críticamente con el cambio en la geometría del haz.

El uso de los datos medidos en un mini-fantoma para las diversas geometrías de irradiación adicionales a medidas de fantoma de agua grande es recomendado. Es posible de esta manera separar la contribución de la dosis debido a la dispersión del cabezal del acelerador (o la unidad de Co-60) y debido a la dispersión en el fantoma de agua.

El punto inicial del formalismo es una calibración del haz en el punto de referencia. Luego los datos de medición obtenidos en el mini-fantoma o en el fantoma de agua grande en la geometría de referencia, son usados, ya sea en condiciones de distancia fuente – piel fija o isocéntrica. Consecuentemente cuatro grupos de ecuaciones se derivan su relación mutua se describe.

El presente formalismo nos proporciona la definición de las cantidades físicas así como las ecuaciones para el cálculo de la UM. Estas ecuaciones consideran todos los efectos físicos posibles que influyen en la entrega de la dosis en un punto específico. Sin embargo no se proporciona una información cuantitativa sobre la magnitud y variación de varias cantidades físicas, los factores de corrección y los factores de conversión. Algunas cantidades o factores de corrección son esenciales para el cálculo preciso del número de UM para una entrega de dosis especifica.

La idea principal, es presentar el formalismo de la ESTRO para los cálculos de UM a lo largo del eje del haz central para dar una determinada dosis absorbida en un punto para una geometría concreta, pasando de la dosis por UM en las condiciones de referencia a la dosis por UM en las condiciones de tratamiento.

El presente trabajo consta de tres capítulos:

– Capítulo I

Generadores de Haces de Radiación, que describe en forma general las características y uso del Acelerador Lineal así como la descripción de sus partes y componentes.

– Capitulo II

Conceptos básicos de Dosimetría Física y Planificación de Tratamientos, aquí se describe en forma breve y concisa los términos usados en el presente trabajo básicamente enfocados al sistema de Planificación, también se describe su uso en el tratamiento de pacientes.

-Capitulo III

Cálculo de Unidades de Monitor para un Acelerador Lineal, en donde se explica el formalismo tradicional teniendo en cuenta dos tipos de tratamiento: SSD con fotones y distancia isocéntrica con fotones. Además de formalismo ESTRO en donde explicamos las ecuaciones para el calculo de UM y algunas características de los haces de fotones.

CAPÍTULO I

I.- GENERADORES DE HACES DE RADIACIÓN

Durante el primer cuarto de siglo se fueron iniciando los usos clínicos de las radiaciones ionizantes. Las fuentes radiactivas ( 226Ra, 131I,137Cs,…) se comenzaron a usar en terapia, apareciendo también los primeros efectos nocivos. Los rayos X tuvieron un uso primordial con fines diagnósticos, aunque también se emplearon en terapia superficial y profunda según las distintas energías generadas por los tubos de voltaje. Sin embargo, el uso de estos aparatos quedaba restringido a energías medias ( 100 – 300 KeV ) ya que la obtención de haces más energéticos, y por lo tanto más penetrantes suponía un gran incremento en los costos sin obtener grandes diferencias en las características de estos.

De este modo se comienza a desarrollar máquinas capaces de generar mayores voltajes (por encima de 1 MeV ) que van a permitir tratar zonas más profundas del organismo debido a su mayor poder de penetración. La invención del acelerador lineal por Wideroe (1928) y el betatrón ideado por Kerst (1943), así como el desarrollo de otros aceleradores de partículas (ciclotrón) y las maquinas de isótopos, provoco un fuerte cambio en la práctica de la radioterapia. A partir de los años cuarenta las maquinas de isótopos (60Co, 137Cs) eran las principales fuentes de radiación. Con el desarrollo de los aceleradores estos las han ido sustituyendo (en la actualidad prácticamente no existen bombas de 137Cs) a la vez que se ha incorporado el uso de partículas diferentes a fotones y electrones en la terapia. Estas partículas (protones, neutrones…) son generados en ciclotrones y grandes aceleradores, aprovechando sus propiedades físicas.