Presentado en la 4ta Jornada sobre Proteccion Radiologica del Paciente. Arequipa, 9 de noviembre 2013

1. MANIQUÍES DE SEGURIDAD
EN EL TRATAMIENTO CON
RADIACIONES IONIZANTES
UNIVERSIDAD NACIONAL SAN AGUSTÍN
FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y FORMALES,
ESCUELA PROFESIONAL DE FÍSICA, ÁREA DE FÍSICA MEDICA
Dr. José Vega Ramírez
josevegaramirez@yahoo.es

2. MOTIVACIÓN:
hueso
Corazón
Pulmón
Hígado
Colon
Propiedades físicas equivalentes a Los órganos internos

3. Objetivo Geral
Maniquís como una forma de protección al paciente
Objetivos Específicos
Conocimiento de los maniquís
Propiedades de los maniquís
Construcción de los maniquís
Diferentes estudios con maniquís

4. Efectos de la radiación en los seres humanos
La radiación actúa directamente sobre la molécula de ADN.
La radiación actúa indirectamente sobre la molécula de ADN a través de los
productos de transformación del agua (radicales libres).

5. Maniquí o Objeto Simulador
Hueso = simulador hueso
Tejido blando = acrílico
Pulmon = corcho
Materiales externos pueden estar presentes
5/51
Prótesis = titánio

6. Objeto Simulador
Homogeneo (padrón)
Antropomórfico
Heterogeneo
Água=Acrílico=Água sólida
6/51
cabeza

7. MANIQUÍS
•Maniquís físicos
Los más utilizados son hecho de
acrílico, agua y otros materiales.
•Maniquís matemático
Representan planos,
cilindros, elipsoides o
esferas

8. Objeto Simulador
Objetos Simuladores pueden ser desarrollados:
Equivalencia elemental Wi: debe tener la misma composición química =
Ti
Número atômico efetivo Z: caracteriza las magnitudes de las interacciones
Coeficiente másico de atenuación de um compuesto o mistura química
( µ ρ )a b s
=
∑
N
A
(W i
Ai )σ
to t ,i
=
i
∑
i
sección de choque
σ to t = σ co e + σ in c + τ + κ + σ
fm
8/51
wi (µ ρ
)
i

9. Procesos de transferencia de energía
Efecto Fotoeléctrico
Dispersión Compton
Producción de pares

10. ARTÍCULOS

11. Proceso
Se realizan las muestras físicas, para la creación de un maniquí

12. Materiales
CONSTRUCIÓN DEL OBJETO SIMULADOR - hueso
33,00±0,01 g de CaCO3
169,00±0,01 g de hueso polvo
12/51
Mesclados con resina epóxi

13. Materiales
CONSTRUCIÓN DE OBJETO SIMULADOR - Hueso
Placas de hueso
ρ= 1,68 g/cm 3
HU = 787,5 Unidades Hounsfield
DO= densidad óptica
Valores de wi analisadas por la EDS
13/51

14. Materiais
CONSTRUÇÃO DO OBJETO SIMULADOR –Agua sólida-pulmón
Placas de pulmón
HU = 787,5 Unidades Hounsfield
Placas de agua sólida
Ρ=1,03 g/cm3
Valores de wi analisadas por la EDS
14/51

15. Materiales Utilizados
Composición porcentual por masa
Material
Densidad
g/cm3
Composición (% en masa)
Acrílico
1,19
H(8);C(60,00);O(32,00)
Pulmón (ICRU)
0,30
C(60,08);O(23,04);H(8,33);N(2,73);Mg(4,8);Cl(1,02)
Corcho
0,32
C(65,446);O(34.554)
Hueso (ICRU)
1,85
C(30,11);O(33,55);H(3,73);N(1,08);Ca(21,57);
P(7,83);Mg(2,09);Cl(0,04)
O.S. Hueso
1,68
C(15.447); O(37,901);Na(0,638); Mg(0,422); Al(0,127);
P(15,790); Ca(29,675)
Titánio
4,54
Ti(100)
15/51
White D. 1978,ICRU 44 1989; Salvat. et al 2008

16. Propiedades
Caracterización de materiales equivalentes
10
4
10
3
10
2
10
1
10
0
µ /ρ
m a t e r ia l - c o r t iç a
p u lm ã o ( I C R U )
p u lm ã o ( I C R U )
c o r t iç a
10
-1
10
-2
10
6
10
5
10
4
10
3
10
2
10
1
10
0
-3
10
1
10
2
10
3
10
4
10
5
10
6
10
7
10
8
10
µ /ρ
o s s o c o rtic a l - (IC R U )
o s s o c o rtic a l -P E N E L O P E
2
5
Coeficiente massico de atenuação cm /g
10
10
6
2
Coeficiente mássico de atenuação (cm /g)
10
9
O b je to s im u la d o r d e o s s o c o tic a l
10
10
-2
10
o s s o c o rtic a l (IC R U )
-1
-3
10
1
10
2
E n e r g ia ( e V )
10
3
10
4
10
5
10
E n e rg ia (e V )
16/51
6
10
7
10
8
10
9

17. Propiedades
Caracterización de materiales equivalentes y no equivalentes
5
Pulmão
Tecido Mole
Osso
Titâneo
4
10
2
µen/ρ
4
10
Coeficiente m
ássico de atenuação (cm /g)
5
10
2
Coeficiente m
ássico de atenuação de energia (cm /g)
10
Tecido-Mole
Água
Acrílico
3
10
2
10
1
10
0
10
-1
10
-2
10
-3
3
10
2
10
1
10
0
10
-1
10
-2
10
-3
10
10
1E-3
0.01
0.1
1
10
1E-3
0.01
Energia (MeV)
0.1
1
Energia (MeV)
17/51
10
100

18. Propiedades
de los materiais dosimétricos
5
10
2
Coeficiente mássico de atenuação de energia (cm /g)
-Caracterización
µen/ρ
4
10
Alanina
Filme
LiF
Água
3
10
2
10
1
10
0
10
-1
10
-2
10
Chen. et al 2005
-3
10
1E-3
0.01
0.1
1
10
Energia (MeV)
18/51

19. CARACTERIZACIÓN:
Coeficientes de Atenuacion Masico
Coeficiente de Atenuacion masico (cm^2/g)
10000
Tejido Muscular
Frigelio Gel
Butoxido de Aluminio
1000
100
10
µ/ρ
1
0.1
0.01
1E-3
1E-3
0.01
0.1
1
Energia (MeV)
Tejido Muscular
Comparación
10
100

20. GEOMETRÍA
26
0
cam 10x10cm C energia1,25K
po
o
eV
100
S ul. P N LO E
im E E P
L-alaninaE R
P
F eX m K
ilm -O at-V odak
PDP (%)
80
(Carrasco P. et al 2004)
60
40
acrílico
20
0
5
10
P
rofundidade(cm
)
15
20

21. Materiales Simulados
Se crea un archivo de
Materiales(.exe)
Se crea un archivo de
geometria (.geo)
GVIEW2D e GVIEW3D
21/51

22. RESULTADOS Y ANÁLISIS
110
2 60
o
eV
cam 10x10cm C energia1,25K
po
S ul. P N LO E
im E E P
L-alaninaE R
P
Film X m K
e -O at-V odak
90
80
80
PDP%
PDP (%)
campo 1x1cm 6 MV
campo 2x2cm 6 MV
100
100
60
70
pulmón
60
Agua
sólida
50
40
acrílico
Agua
sólida
40
30
20
0
0
5
10
15
20
5
10
15
20
profundidad(cm)
P
rofundidade(cm
)
Figura 11. PDP para el maniquí heterogéneo equivalente
simulado, para un campo de 2x2 y 1x1
de agua y pulmón,

23. Resultados
Objeto simulador heterogeneo - hueso
110
S im u la ç‫م‬o P E N E L O P E S ie m e n s 6 M V
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
d e m o
100
2
90
PDP (%)
80
h u e so 3 x 3 c m
2
h u e sod e2mxo2 c m
2
h u e so 1 x 1 cm
2
e m
h u e s o d0 ,5ox 0 ,5 c m
70
60
50
40
30
20
hueso
d e m o
d e m o
a c r‫ي‬lic o
0
4
d e m o
8
a c r‫ي‬lic o
12
16
20
P ro fu n d id a d e (c m )
23/51

24. Resultados
Objeto simulador heterogêneo - cortiça
110
campo 3x3 cm
2
Siemens 6 MV
100
Simul. PENELOPE
L-alanina EPR
Sist. de Planejamento
Filme EDR2 Kodak
Difer. Máx. Dosit.(%)
2,50
1,00
2,90
1,40
3,10
8,90
7,15-cortiça
70
PE-ala
17,15
80
PE-SP
3,85
90
P P (%
D
)
Profundidade
(cm)
PEl-Fi
28,50
5,40
1,70
60
50
Profundidade
(cm)
40
cortiça
acrílico
30
0
8
12
16
Profundidade (cm)
acrílico
cortiça
acrílico
PE-SP
PE-ala
4,15 1Interf.
acrílico
4
Difer. Máx. Dosit.(%)
PEl-Fi
9,70
2,50
1,10
11,85-2Interf
12,70
3,10
6,80
20
24/51

25. Resultados
Objeto simulador heterogêneo – osso-cortiça-osso
110
campo 1x1 cm
2
Siemens 6 MV
Simul. PENELOPE
L-alanina EPR
Filme EDR2 Kodak
100
90
P P( )
D %
80
70
60
50
40
osso
acrílico
30
0
osso
acrílico
cortiça
4
8
12
16
20
Profundidade (cm)
Profundidade
(cm)
Difer. Máx. Dosit.(%)
PE-Al
PE-Fil
Al-Fil
Profundidade
(cm)
Difer. Máx. Dosit.(%)
PE-Al
PE-Fil
Al-Fil
3,85
1,10
1,30
0,20
8,15 -cortiça
34,20
21,00
-
17,15
3,90
3,80
0,10
4,15-1Interf.
3,40
5,20
-
5,15-osso
4,20
13,20
-
6,15-2interf
32,00
37,20
-
15,15-osso
3,60
1,80
-
25/51
14,15-3Interf.
7,50
13,20
-

26. Resultados
Objeto simulador heterogêneo - prótesis de Ti
Simulación de una prótesis de femur com o material Ti
acrílico
Objeto simulador 4
26/51

27. Resultados
Objeto simulador heterogéneo - prótesis de Ti
Simulação PENELOPE Siemens 6 MV
100
Titânio 3x3
Titânio 2x2
Titânio 1x1
P P(%
D
)
80
60
40
20
acrílico Titânio
0
4
acrílico
8
12
16
20
Profundidade (cm)
Profundidade
(cm)
Difer. Máx. Dosit.(%)
PE-SP
PE-ala
Al-SP
3,85
3,90
4,20
17,15
38,90
2,00
40,9
5,65
15,70
7,10
-
4,15-1interf
5,00
4,30
-
26,60
0,40
-
7,15-2interf
27/51

28. Resultados
30
25
20
15
0
0
10
2
10
2
20
4
20
4
40
8
50
10
50
10
Profundidade (cm)
40
8
Profundidade (cm)
60
12
60
12
70
14
70
14
80
16
80
16
90
18
90
18
100
20
100
20
28/51
Simulación PENELOPE
Titânio
30
6
Titânio
30
6
Sistema de planeamiento
10
5
30
25
20
15
10
5
Objeto simulador heterogeneo - prótesis de Ti
Curvas de isodosis para la geometria em la interface de prótesis de c
Ti
a
b

29. Resultados
Materiales Heterogéneos
Compuesto de dos o más materiales homogéneos de la forma del cuerpo humano
a
110
b
campo 3x3 Primus Siemens 6 MV
110
campo 2x2 Primus Siemens 6 MV
S im u la çã o P E N E L O P E P rim us S ie m en s 18 M V
12 0
100
100
pulmão (ICRU)
Cortiça
90
osso (ICRU)
O. Simulador de osso
90
10 0
osso (ICRU)
80
pulmão (ICRU)
70
60
70
PDP (%)
80
PDP (%)
80
PDP (%)
2
O.Simulador
de osso
60
50
60
40
cortiça
50
cam po 3x3 cm 6 M V
2
cam po 3x3 cm 18 M V
40
20
30
40
acrílico
acrílico
cortiça
osso
20
30
0
4
8
12
16
20
Profundidade (cm)
Pulmon ICRU ρ= 0,30 g/cm3
Corcho ρ= 0,32 g/cm3
0
a crílic o
acrílico
acrílico
4
a c rílico
titân io
0
8
12
16
0
20
4
8
12
16
P rofun did a de (cm )
Profundidade (cm)
Hueso ICRU ρ= 1,85 g/cm3
Hueso ρ= 1,68 g/cm3
29/51
Mismo Tamaño Campo
Diferente Energia
20

30. Possível caso Clínico de um tumor na interface de uma Prótese
Resultados
Posible caso Clínico de un tumor en la interface de una Prótesis
volumen blanco de 3x3x3 cm3
volumen del tumor 3x3x1,5 cm3
irradiado con cuatro campos de 3x3 cm2
30/51

31. Resultados
Posible caso Clínico de un tumor en la interface de una Prótesis
Distribución de Dosis
Sistema de planeamiento
31/51
Simulación PENELOPE

32. Resultados
Posible caso Clínico de un tumor en la interface de una Prótesis
Comparación entre perfiles calculados y medidos de dose encima interface del Titánio
Los perfiles de dose en sentido longitudinal para o GTV
32/51
para la distancia de 0,15 cm, 0,65 cm, 1,35 cm e 1,65 cm

33. Resultados
medidas de los perfiles de los haces estrechos
Penumbra à profundidade de 13 mm
Tamanho de campo
mm2
PENELOPE
L-alanina
Filme
30 x 30
1,60
2,30
1,50
20 x 20
1,85
2,00
1,10
10 x 10
2,60
2,25
5x5
2,40
2,20
33/51
1,42
1,00

34. CONCLUSIÓN:
El uso de materiales equivalentes en la terapia de
radiaciones, juega un papel importante en el entendimiento
de la interacción de la radiación con el paciente como
también en el mejoramiento que atravesara en su
tratamiento. Se observó alto grado de similitud de los
materiales estudiados con el tejido muscular, notándose
también sus diferencias en respuesta a energías bajas pero
notando que para los rangos de energía usados en
radioterapia el ajuste es muy cercano.

35. REFERENCIAS:
[1] D.R. White, Tissue substitutes in experimental
radiation physics, RadiationPhysics Department; 1978.
[2]organismo internacional de energía atómica;
determinación de la dosis absorbida en radioterapia
con haces externos; Viena, 2005.
[3] E. K. Osei, EGSNRC Monte Carlo study of the effect
of photon energy and field margin in phantoms
simulating small lung lesions, Department of
Radiation Physics ;2003.