Calibracion_de_equipos.ppt

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

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
medición
resultados 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 la dosis debería ser administrada al volumen blanco con una
exactitud de  5% (tolerancia para la desviación entre la dosis prescripta y
administrada)
ELECCIÓN
instrumento medio condiciones 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.
EJEMPLOS

Tumor
CAMPO RADIANTE (R) VS. LUMINOSO (L)
Ensayo
descripto en
las Normas
IRAM 3682/97,
Argentina

¿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

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 primarios Laboratorios secundarios
Dosímetro (para aplicaciones radiantes):

DOSÍMETROS PARA
LABORATORIOS PRIMARIOS

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

Calorimetría:
técnica dosimétrica por excelencia porque ...
 mide energía de una manera muy directa
 la dosis absorbida en el volumen sensible del detector
(Dabs) es
por la necesidad de medir DT extremadamente pequeñas
▼ ▼
la dosimetría calorimétrica se utiliza fundamentalmente en
laboratorios primarios
¿POR QUÉ?
T
Dabs
D

 en principio, la dosimetría calorimétrica es simple.
 en la práctica, es muy compleja

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

DOSIMETRÍA POR IONIZACIÓN (CI) recomendada en
dosimetría 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 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
Q
K aire
colectada
aire



1
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
)
(
)
( gas
m 



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 cm
D
IS
P
E
R
SI
Ó
N
≈ ≈

¿QUÉ CONDICIONES
CONVIENE FIJAR PARA LA
MEDICIÓN DE REFERENCIA?
 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
≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈
≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈
≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈
≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈
xP
aire
2 cm
CONDICIONES DE REFERENCIA
PARA RX DE ENERGÍAS MEDIAS

CANTIDADES DE
INFLUENCIA
 presión, temperatura,
humedad
 incompleta colección de iones
(recombinación)
 polaridad
eficiencia de
colección =
producidos
iones
N
colectados
iones
N
º
º
≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈
≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈
≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈
≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈
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
NO son el objeto de la
medición pero condicionan
el resultado de la misma

leído
valor
verdadero
valor
n
calibració
de
factor 
 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
agua
P
L
D
n
calibració
de
factor
,
 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, 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
0
0
0 ,
,
, Q
w
D
Q
Q
agua N
L
D 
 Q0 es la calidad de la radiación en
el laboratorio de calibraciones
es el factor de
calibración para la
calidad Q0
0
,
, Q
w
D
N
se obtuvo para determinados
valores de T, P, polaridad, ...
0
,
, Q
w
D
N
PERO ...
0
Q
L debe ser la lectura corregida por los
factores de influencia para que sea válido
0
,
, Q
w
D
N

Si Q  Q0
0
0 ,
,
,
, Q
Q
Q
W
D
Q
Q
W k
N
L
D 

 : factor de calidad
del haz
0
,Q
Q
k
por convención, si Q0 es Co-60, 0
,Q
Q
k Q
k
=
 
 
 
  p
p
W
W
s
s
Q
Q
Q
aire
Q
aire
Q
aire
w
Q
aire
w
Q
Q
k
0
0
0
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)
 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
A
I
R
E
CI
≥ 50 cm

z=20 cm
z=10
cm
F
10
cm
X
P
Distancia Fuente-Cámara = F
 
 
cm
z
x
TPR
cm
z
x
TPR
TPR
10
,
10
10
20
,
10
10
20
10



 para electrones
IC = espesor del hemivalor,
R50
CALIDAD DEL HAZ (IC) para ALTA ENERGÍA
 para RX de alta
energía
IC = TPR
20
10

RECORDATORIO …
Para calidades Q  Q0
0
0 ,
,
,
, Q
Q
Q
W
D
Q
Q
W k
N
L
D 

 : factor de
calidad del haz
0
,Q
Q
k
por convención, si Q0 es Co-60, 0
,Q
Q
k Q
k
=
 
 
 
  p
p
W
W
s
s
k
Q
Q
Q
aire
Q
aire
Q
aire
w
Q
aire
w
Q
Q
0
0
0
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
en
K
agua
agua p
N
L
D 











agua
aire
en








u
p
coeficiente másico de
absorción del agua real al
aire
factor de perturbación por la
inserción de la cavidad de
aire en el medio
PERO ... 0
0 ,
,
,
, Q
Q
Q
W
D
Q
Q
W k
N
L
D 



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

FACTOR DE CAMPO
 SC = factor de dispersión del colimador =
SP = factor de dispersión del fantoma =
10
10
,
,
x
aire
LxL
aire
D
D
10
10
,
,
x
z
LxL
z
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)
Dosis
relativa
(%)
4 cm x 4 cm
20 cm x 20 cm

PDD
VARIACIÓN CON LA ENERGÍA

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
cuña
s
a
cuña
a
cuña
D
D
D
FC
/
º
270
º
90
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
accesorio
s
accesorio
con
D
D
Factor
/

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

tf
t0 t
Dmáx

D

Dmáx

tf
t0
tf
t0 t
CORRECIÓN POR APERTURA Y CIERRE EN EL
TEMPORIZADOR DE UNA UNIDAD DE CO-60
Irradiación sin corte
Irradiación con corte
f
con
máx
t
D
D
D

 sin
2

t
D
t
D
D con
D


 sin

máx
prescripta
calculado
D
D
t


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 RADIANTE
Dosis
eje del campo (X o Y)

PENUMBRA RADIANTE
Dosis

PLANICIDAD

SIMETRÍA

CONTROLES PERIÓDICOS EN:
 instrumentos
 accesorios
 equipos de tratamiento
 equipos de simulación
ESTABLECER
 frecuencias
 tolerancias
CALIBRACIÓN IMPLICA

CAMPO RADIANTE vs. CAMPO
LUMINOSO

Controles
mecánicos
y
radiantes
en
un
equipo
de
alta
energía

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)
 BRITISH JOURNAL OF RADIOLOGY
- 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
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.

 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,
BIBLIOGRAFÍA

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