PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN (FOTONES). PhD. SANDRA GUZMAN

1. MAESTRÍA EN FÍSICA MÉDICA UNI-IPEN RADIOTERAPIA I -2013 PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN (FOTONES) PhD. Sandra Guzmán C. Físico Médico Perú

2. Contenido PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES PENETRACIÒN DEL HAZ DE FOTONES EN UN PACIENTE EFECTO DEL TAMAÑO Y FORMA DE CAMPO VARIACIÓN DE LA DOSIS ABSORBIDA CON LA DISTANCIA A LA FUENTE. POSICIÓN DE LA FUENTE VIRTUAL RELACIONES DEFINIDAS SOBRE EL EJE CENTRAL

4. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES PENETRACIÒN DEL HAZ DE FOTONES EN UN PACIENTE

5. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES PENETRACIÒN DEL HAZ DE FOTONES EN UN PACIENTE D<K

6. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES PENETRACIÒN DEL HAZ DE FOTONES EN UN PACIENTE La física de la dosis en buildup puede ser explicada como sigue: a) Como los haces de alta energía ingresan al paciente o al fantoma, los electrones acelerados son expulsados de la superficie y de la subsecuente lámina. b) Estos electrones depositan sus energías a una distancia significante lejos de su lugar de origen. c) Porque de (a) y (b), la fluencia de electrones y por lo tanto la dosis absorbida aumenta con la profundidad hasta el máximo. Sin embargo, la fluencia de energía de fotones continuamente decrece con la profundidad y, como resultado, la producción de electrones también decrece con la profundidad. El efecto neto es que mas allá de una cierta profundidad la dosis eventualmente comienza a decrecer con la profundidad. Kerma representa la energía transferida de los fotones para electrones ionizantes, el kerma es máximo en la superficie y decrece con la profundidad porque decrece la fluencia de energía de fotones, De otro lado, la dosis absorbida primero incrementa con la profundidad, como los electrones acelerados son expulsados en varias profundidades. Como resultado, hay un buildup electrónico con la profundidad. Sin embargo como la dosis depende de la fluencia de electrones, esto alcanza un máximo en una profundidad aproximadamente igual al rango de electrones en el medio. Más allá de esta profundidad, la dosis y el kerma continua decreciendo, resultando en un decrecimiento en la producción de electrones secundarios y así un decrecimiento neto en la fluencia de electrones.

7. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES PENETRACIÒN DEL HAZ DE FOTONES EN UN PACIENTE La curva del kerma es inicialmente mas alto que la curva de la dosis pero cae debajo de la curva de dosis mas allá de la región de buildup. Este efecto es explicado por el hecho que el área debajo de las 2 curvas llevado al infinito debe ser la misma.

8. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES PENETRACIÒN DEL HAZ DE FOTONES EN UN PACIENTE Disminuye al aumentar la energía

9. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES PENETRACIÒN DEL HAZ DE FOTONES EN UN PACIENTE Aumenta con el tamaño de campo

10. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES PENETRACIÒN DEL HAZ DE FOTONES EN UN PACIENTE Aumenta con el tamaño de campo

13. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES PENETRACIÒN DEL HAZ DE FOTONES EN UN PACIENTE Disminuye con el tamaño del campo

14. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES PENETRACIÒN DEL HAZ DE FOTONES EN UN PACIENTE Aumenta con la energía

15. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES PENETRACIÒN DEL HAZ DE FOTONES EN UN PACIENTE Es la dosis a la salida del paciente, esta decrece levemente respecto a la curva extrapolada debido a la pérdida de dispersión en este punto de los puntos más allá de la salida

17. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES •Se usan campos de 4x4 a 40x40 cm2. •Los campos cuadrados y rectangulares de la misma área, no contribuyen con la misma cantidad de dispersión. •El campo cuadrado irradia un volumen expandido alrededor del eje central. •El campo rectangular de área idéntico que el campo cuadrado tendrá mas vol. Irradiado lejos del eje central. Las áreas distantes contribuyen menos la dispersión en el centro. •El campo rectangular tiene una dispersión mas pobre que le campo cuadrado teniendo la misma área. •La información aplicable para un campo cuadrado equivalente de lado Esq como se lee en la tabla a seguir puede ser usada para campos rectangulares de dimensiones W x L.

18. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES Una formula aprox. Para Esq puede ser derivada basada en la premisa empírica del radio del área A de perímetro relacionado mejor con la dispersión que solo del área A.

19. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES El tamaño de campo puede ser especificado ya sea geométrica o dosimétricamente. La medida del campo geométrico esta definido como “ la proyección, en un plano perpendicular del eje del haz, como visto desde el frente del centro de la fuente”. Esta definición corresponde a la definida por el localizador de luz, como si una fuente puntual de luz estuviera localizado en el centro de la superficie frontal de la fuente de radiación. La dosimétrica o física, el tamaño del campo es la distancia interceptada por la curva de isodosis al 50% usualmente en un plano perpendicular del eje del haz .

20. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES

25. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES VARIACIÓN DE LA DOSIS ABSORBIDA CON LA DISTANCIA A LA FUENTE. Ley del inverso del cuadrado de la distancia En general, en dosimetría de haces externos de radioterapia, se asume que la fuente emisora de estos haces es una fuente puntual y que la forma del haz producido es divergente. •Los fotones para una fuente cerca del puntual viajan a través del aire, divergen y se esparcen sobre superficies que van incrementando en área. •La atenuación y dispersión en aire puede ser desconsiderada porque la densidad del aire es baja (0.00129 g.cm-3). Para una distancia de 80 cm de aire tendrá una equivalencia de 1mm de agua. •Si la dispersión para este diagrama es despreciable, la caída de la dosis para tejido en aire a cierta distancia de la fuente será gobernada directamente por la perdida de la fluencia de fotones primarios. •La divergencia de fotones primarios de la fuente será proporcional a (f1)2 y (f2)2, siendo f1 y f2 distancias de la fuente, respectivamente .

26. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES VARIACIÓN DE LA DOSIS ABSORBIDA CON LA DISTANCIA A LA FUENTE. Ley del inverso del cuadrado de la distancia Entonces si consideramos esta fuente en el vacío, sin interacción de ningún tipo, podemos enunciar que la tasa de fluencia es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia desde la fuente.

27. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES VARIACIÓN DE LA DOSIS ABSORBIDA CON LA DISTANCIA A LA FUENTE. Ley del inverso del cuadrado de la distancia

29. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES POSICIÓN DE LA FUENTE VIRTUAL Es importante, especialmente si los tratamientos se hacen a distintas distancias foco-superficie (DFS), determinar la posición del foco del haz de radiación, o también llamado “fuente virtual”, que puede no coincidir con el “foco nominal” o centro geométrico del blanco (target) respecto del cual se establece la distancia geométrica al isocentro. En el caso de los haces de fotones, la diferencia en la posición del foco nominal con respecto al virtual suele ser despreciable, sobre todo en los nuevos aceleradores lineales, pero a la vez que se verifica que el haz cumple con la ley del inverso del cuadrado de la distancia, se puede determinar la posición de la fuente.

30. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES POSICIÓN DE LA FUENTE VIRTUAL

31. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES Ejemplo 1:

33. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES Ejemplo 1: 1%

34. Contenido PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES PENETRACIÒN DEL HAZ DE FOTONES EN UN PACIENTE EFECTO DEL TAMAÑO Y FORMA DE CAMPO VARIACIÓN DE LA DOSIS ABSORBIDA CON LA DISTANCIA A LA FUENTE. POSICIÓN DE LA FUENTE VIRTUAL RELACIONES DEFINIDAS SOBRE EL EJE CENTRAL PORCENTAJE DE DOSIS EN PROFUNDIDAD (PDD) RELACIÓN TEJIDO-AIRE (TAR) RAZÓN TEJIDO MÁXIMO (TMR) PEAK SCATTER FACTOR (PSF) BACK SCATTER FACTOR (BSF) RELACIÓN TEJIDO FANTOMA (TPR) RELACIÓN ENTRE TAR Y PDD RELACIÓN DISPERSION AIRE (SAR)

36. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES Parámetros de irradiación ISqF: Inverse-Square Factor

37. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES Parámetros de irradiación

38. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES Parámetros de irradiación ISqF: Inverse-Square Factor

39. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES PORCENTAJE DE DOSIS EN PROFUNDIDAD (PDD) Percentage depth dose (PDD)

40. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES PORCENTAJE DE DOSIS EN PROFUNDIDAD (PDD)

48. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES PORCENTAJE DE DOSIS EN PROFUNDIDAD (PDD) Tarea!!

62. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES RELACIÓN TEJIDO – AIRE (TAR) Tissue Air Ratio (TAR) (Bajas energías)

63. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES RELACIÓN TEJIDO – AIRE (TAR) Tissue Air Ratio (TAR)

67. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES RAZÓN TEJIDO MÁXIMO (TMR) (Altas energías)

68. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES RAZÓN TEJIDO MÁXIMO (TMR)

73. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES PEAK SCATTER FACTOR (PSF) (Caso particular del TAR)

74. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES PEAK SCATTER FACTOR (PSF)

75. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES PEAK SCATTER FACTOR (PSF)

78. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES BACK SCATTER FACTOR (BSF) (Bajas energías)

79. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES BACK SCATTER FACTOR (BSF) *TAR = TMR x BSF

80. Contenido PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES PENETRACIÒN DEL HAZ DE FOTONES EN UN PACIENTE EFECTO DEL TAMAÑO Y FORMA DE CAMPO VARIACIÓN DE LA DOSIS ABSORBIDA CON LA DISTANCIA A LA FUENTE. POSICIÓN DE LA FUENTE VIRTUAL RELACIONES DEFINIDAS SOBRE EL EJE CENTRAL PORCENTAJE DE DOSIS EN PROFUNDIDAD (PDD) RELACIÓN TEJIDO-AIRE (TAR) RAZÓN TEJIDO MÁXIMO (TMR) PEAK SCATTER FACTOR (PSF) BACK SCATTER FACTOR (PSF) RELACIÓN TEJIDO FANTOMA (TPR) RELACIÓN ENTRE TAR Y PDD RELACIÓN DISPERSION AIRE (SAR)

81. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES RELACIÓN TEJIDO – FANTOMA (TPR) Tissue Phantom Ratio (TPR)

82. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES RELACIÓN TEJIDO – FANTOMA (TPR)

98. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES RELACIÓN ENTRE TAR Y PDD

99. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES RELACIÓN ENTRE TAR Y PDD

105. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES SCATTER – AIR RATIO (SAR)

106. PARÁMETROS Y FUNCIONES QUE CARACTERIZAN UN HAZ DE RADIACIÓN DE FOTONES SCATTER – AIR RATIO (SAR)

107. Referencias Bibliográficas • KHAN, F., “The physics of radiation therapy”, Williams and Wilkins, Baltimore, Maryland, U.S.A. (1994). • PODGORSAK, E.B., METCALFE, P., VAN DYK, J., “Medical accelerators”, in "The Modern Technology in Radiation Oncology: A compendium for Medical Physicists and Radiation Oncologists", edited by J. Van Dyk, Chapter 11, pp. 349-435, Medical Physics Publishing, Madison, Wisconsin, U.S.A. (1999). • ATTIX, F.H., "Introduction to radiological physics and radiation dosimetry", John Wiley, New York, New York, U.S.A. (2004).

108. fis_guzman@yahoo.com

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