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SISTEMAS DE VERIFICACIÓN DE TRATAMIENTOS EN RT ...

Hospiral Virgen Macarena

Sistemas de verificación de

tratamientos en RT externa

Sevilla, Mayo de 2011

Rafael Arráns Ph.D.

Servicio de Radiofísica

Hospital Virgen Macarena

Sevilla

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/1


Esquema general

Hospiral Virgen Macarena

Sevilla, Mayo de 2011

• ¿Por qué la verificación?

• Detectores 2D (basados en distintos fenómenos

físicos)

• Detectores 2D con reconstrucción 3D

• Detectores 3D

• Recapitulación

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/2


Sevilla, Mayo de 2011

TRS-398

Hospiral Virgen Macarena

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/3


Hospiral Virgen Macarena

Dosimetría física en condiciones de

referencia

Sevilla, Mayo de 2011

D M

wQ

Q

N

*

D

w

MuNDsw,

air

p

f

0

k

D, wQ QQ

p

d

0

p

wall

p

cel

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/4


Hospiral Virgen Macarena

Sevilla, Mayo de 2011

S 1 (112 MU)

S 2 (24 MU)

S 3 (36 MU)

S 4 (31 MU)

S 5 (101 MU)

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

S 6 (35 MU)

R. Arráns/5


Sevilla, Mayo de 2011

Hospiral Virgen Macarena

Dosimetría física en condiciones

de referencia

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/6


Sevilla, Mayo de 2011

Hospiral Virgen Macarena

Dosimetría física en condiciones

de referencia

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/7


Sevilla, Mayo de 2011

Hospiral Virgen Macarena

Dosimetría física en condiciones

de no-referencia

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/8


Sevilla, Mayo de 2011

Hospiral Virgen Macarena

Dosimetría física en condiciones

de no-referencia

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/9


Sevilla, Mayo de 2011

Hospiral Virgen Macarena

Dosimetría física en condiciones

de no-referencia

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/10


Sevilla, Mayo de 2011

Hospiral Virgen Macarena

Dosimetría física en condiciones

de no-referencia

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/11


Sevilla, Mayo de 2011

Hospiral Virgen Macarena

Dosimetría física en condiciones

de no-referencia

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/12


Hospiral Virgen Macarena

Ref. chamber

Sevilla, Mayo de 2011

SSD 90cm

field chamber

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/13


dosis

Diferencias entre dosis medidas y calculadas

en la región de colas y penumbras

dosis

Hospiral Virgen Macarena

campo 4x1 fotones 6mv

campo 1X4 fotones 6mv

100

100

90

Medidas con microcamara

Calculos Helax

90

Medidas con microcamara

Calculos Helax

Sevilla, Mayo de 2011

80

70

60

50

40

30

20

80

70

60

50

40

30

20

10

10

0

-45 -35 -25 -15 -5 5 15 25 35 45

mm

0

-45 -35 -25 -15 -5 5 15 25 35 45

mm

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/14


Cuatro haces 3x3cm 2 en un campo 10x10cm 2

Hospiral Virgen Macarena

Prescripción: 100 cGy en isocentro (5 cm depth and 95cm SSD)

Sevilla, Mayo de 2011

?

36.5 cGy

TPS

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

Film

R. Arráns/15


Cuatro haces 3x3cm 2 en un campo 10x10cm 2

Hospiral Virgen Macarena

Prescripción: 100 cGy en isocentro (5 cm depth and 95cm SSD)

Sevilla, Mayo de 2011

Valor Experimental

en isocentro

?

32.6 cGy

Comprobación con TLD

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/16


Simulación MC 4 segmentos (3x3cm 2 ) en un campo (10x10cm 2 )

Hospiral Virgen Macarena

A = 1360 cGy

Sevilla, Mayo de 2011

A (cGy)

TPS: 1360

Film: X

TLD: X

MC: 1360

B = 37.6 cGy

B (cGy)

TPS: 100

Film: 36.5

TLD: 32.6

MC: 37.6

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R. Arráns/17


Sevilla, Mayo de 2011

Hospiral Virgen Macarena

Evolución de las técnicas en

Radioterapia externa

Forma del haz en

el MLC

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

Distribución de

Fluencia resultante

R. Arráns/18


Sevilla, Mayo de 2011

Hospiral Virgen Macarena

Evolución de las técnicas en

Radioterapia externa

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/19


Sevilla, Mayo de 2011

Hospiral Virgen Macarena

Evolución de las técnicas en

Radioterapia externa

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/20


Hospiral Virgen Macarena

Sevilla, Mayo de 2011

Características ideales de un detector

• Lectura directa vs registro permanente

• Linealidad con la dosis

• Independencia de: tasa de dosis, energía, dirección

de incidencia, condiciones atmosféricas, dosis

acumulada

• Reproducibilidad

• Estabilidad de la respuesta con el tiempo (fading)

• Alta sensibilidad

• Tejido equivalente

• Pequeño volumen sensible

• Alta resolución espacial

Detector 2D

• Uniformidad en las direcciones X e Y

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/21


Detectores 2D

Hospiral Virgen Macarena

Sevilla, Mayo de 2011

• Películas

– Radiográficas

– Radiocrómicas

• Sistemas de imagen portal

• Matrices 2D

• Cámaras de transmisión

• Nuevas aplicaciones de detectores en

uso en otras disciplinas.

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R. Arráns/22


Dosimetría con películas

Hospiral Virgen Macarena

Sevilla, Mayo de 2011

• La radiación es el catalizador de una

reacción química en la emulsión

• El oscurecimiento de la película está

relacionado con la dosis

• El grado de opacidad se cuantifica a partir del

factor de transmisión luminosa (T)

• T se mide a partir de la densidad óptica (OD)

OD log 10

T log

10(

I0

/ I)

OD f ( D,

DR , E,

Q,

d,

,

FS,

pc)

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/23


Hospiral Virgen Macarena

Ventajas e inconvenientes de la

dosimetría Radiográfica

Sal de plata: sobre respuesta

a bajas energías

Sevilla, Mayo de 2011

Alta resolución espacial

Lectura diferida

-Espectro del haz

Bajo precio -Tamaño del campo 340cm 2 : OD No media

equivalencia >10% a agua

-Dependencia con la profundidad 215cm: OD media


Sevilla, Mayo de 2011

Hospiral Virgen Macarena

Incertidumbres en la dosimetría

fotográfica basada en sales e plata

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/25


Hospiral Virgen Macarena

Sevilla, Mayo de 2011

Películas Radiocrómicas (EBT)

• Rango entre 2cGy y 8Gy (saturación 15Gy)

• Varios tamaños

• Z eff = 7.05

• Homogeneidad mejorada (respecto a la MD-55)

• Más baratas que sus predecesoras

• Reemplazadas por las EBT2 (2009). Adición de

un tinte amarillo que permite la corrección por

diferencias de uniformidad en espesor(???)

• Se mantiene la dependencia con la dirección de

lectura

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/26


Sevilla, Mayo de 2011

Revisión actualizada de dosimetría

Hospiral Virgen Macarena

con películas radiocrómicas

Arráns et al. Rev Fis Med 2009,10(2):83-104

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/27


Sevilla, Mayo de 2011

Hospiral Virgen Macarena

Dependencia de la respuesta con la

dirección de lectura

16 bits por canal

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/28


Sevilla, Mayo de 2011

Canal de color

Hospiral Virgen Macarena

Para el rango utilizado normalmente en la práctica clínica (0 – 3 Gy),

el canal que presenta menor incertidumbre relativa (mejor relación

señal/ruido) es el rojo

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/29


Parámetros de lectura

Hospiral Virgen Macarena

Sevilla, Mayo de 2011

• Color 48 bits

• La profundidad de color no influye en la forma de la curva de calibración

(pero sí en la resolución en dosis)

• La resolución espacial no es un parámetro determinante en la curva de

calibración, pero sí en distribuciones de dosis

• 75 ppp es un buen compromiso entre el ruido y la resolución de la imagen

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/30


Calibración

Hospiral Virgen Macarena

Sevilla, Mayo de 2011

• Con distintos niveles de dosis en una única película

• Con trozos pequeños a dosis conocidas

• Mediante un campo con cuña (son necesarios al menos

2 películas con distinto nº de UM para cubrir el rango

clínico)

• Irradiando la placa paralela al haz

• El nº mínimo de puntos aconsejado de la curva de

calibración es 12.

• Ajuste por un polinomio de 2º o 3 er grado

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/31


Dependencia energética

Hospiral Virgen Macarena

Curva de calibración independiente

del tamaño del campo y la

profundidad Un solo aplicador y

una única profundidad

Sevilla, Mayo de 2011

Incertidumbre


Dosimetría Radiográfica vs Radiocrómica

Respuesta no inmediata

Hospiral Virgen Macarena

No equivalente agua

Respuesta inmediata???

Equivalente agua

Sevilla, Mayo de 2011

Dependencia energética (sobrerespuesta

comparada con agua a

bajas energías)

Alta resolución espacial

Necesidad de procesado

Dependiente de la tasa de dosis

No (pequeña) dependencia energética

Alta resolución espacial

No necesita procesado

Independiente de la tasa de dosis

Sensible a la luz visible

Insensible a la luz visible

Buena resolución color-dosis

Resolución color-dosis pobre

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/33


Valor de pixel

Hospiral Virgen Macarena

Dosimetría Radiográfica vs

Radiocrómica

Relación dosis-color

60000

Sevilla, Mayo de 2011

50000

40000

30000

20000

EDR-2

EBT-2

10000

0

0 50 100 150 200 250 300 350

Dosis (cGy)

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/34


Hospiral Virgen Macarena

Precauciones en el uso de EBT

Sevilla, Mayo de 2011

• Manipular con guantes

• Controlar la temperatura en almacenaje, uso y lectura

• No exponer prolongadamente al sol

• Evitar inmersiones prolongadas

• Mantener dirección de lectura al cortar

• Mayor efecto de la no homogeneidad del escáner (light

scattering), fundamentalmente en la dirección horizontal

(depende del nivel de dosis)

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/35


Matrices 2D

Hospiral Virgen Macarena

Sevilla, Mayo de 2011

• La tendencia hacia “hospitales digitales” limita, en cierto modo, la

dosimetría de película a las radiocrómicas.

• ¿Procedimientos en tiempo real?

• Matrices 2D

– Normalmente limitados a verificaciones de un único haz

– Posibilidad de medidas absolutas

– Basados en diversos principios físicos (cámaras, diodos, etc)

– Resolución espacial limitada (¿análisis gamma comprometido?)

– Programas dedicados (importación, análisis, etc.)

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/36


Sevilla, Mayo de 2011

Matrices 2D

Hospiral Virgen Macarena

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/37


Cámaras de transmisión

Hospiral Virgen Macarena

Sevilla, Mayo de 2011

¿Monitorización sofisticada?

Compass (IBA)

David (PTW)

Matriz de 1600 c.i. de 0.02cm 3

c.i. multi-hilos

Atenuación del 1% (6MV)

Atenuación del 5% (6MV)

Mide Fluencia

Nº hilos = Nº pares de láminas

Mide el producto dosis-longitud

Resolución espacial limitada

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/38


Detectores ¿3D?

Hospiral Virgen Macarena

Sevilla, Mayo de 2011

Posibilidad de evaluar la relevancia clínica de las

discrepancias en el análisis gamma

2 planos ortogonales

Matrices 2D de diodos

Reconstrucción 3D

Basada en datos del TPS

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

Matriz de diodos

con disposición cilíndrica

Reconstrucción 3D

Medida de dosis en isocentro

Utiliza datos del TPS

James L. Bedford et al. Phys Med Biol 54 (2009) Daniel Létourneau et al. Med Phys 36 (2009)

R. Arráns/39


Sevilla, Mayo de 2011

Matrices 3D de detectores

• Cuando una matriz 2D se irradia oblícuamente, se “degrada” a 1D

Hospiral Virgen Macarena

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/40


Sevilla, Mayo de 2011

Matrices 3D de detectores

Hospiral Virgen Macarena

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/41


Sevilla, Mayo de 2011

EPID como detectores

Hospiral Virgen Macarena

• De serie en los nuevos aceleradores

• Diseñados para posicionamiento de pacientes (fluencia

dosis)

• Variedad de aplicaciones

• Área de intensa investigación

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/42


Sevilla, Mayo de 2011

Hospiral Virgen Macarena

EPID basado en pantalla

fuoroscópica-cámara de vídeo

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/43


Sevilla, Mayo de 2011

Hospiral Virgen Macarena

EPID basado en cámaras de

ionización líquidas

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/44


Sevilla, Mayo de 2011

EPID basado en Silicio amorfo

Hospiral Virgen Macarena

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/45


Sevilla, Mayo de 2011

Otros detectores

Hospiral Virgen Macarena

Detector micro-tiras OSI

resolución 0.25mm

Tiempo de integración 10µs

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/46

46


Sevilla, Mayo de 2011

Otros detectores

Hospiral Virgen Macarena

(Cortesía de Micron Semiconductor, Ltd.)

Detector SSSSD (Single-Sided Silicon Strip Detector)

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/47

47


Otros detectores

Hospiral Virgen Macarena

Maniquí plano

Maniquí cilíndrico

Sevilla, Mayo de 2011

Se utiliza para

calibrar y caracterizar la

respuesta del detector.

Se utiliza para:

1.Medidas de respuesta en función del

ángulo.

2.Medidas 2D para verificación de

tratamientos de radioterapia.

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/48

48


Sevilla, Mayo de 2011

Otros detectores

Hospiral Virgen Macarena

Cociente TPS vs. SSSSD

Dosis calibrada

El factor de calibración es

Las diferencias relativas entre

independiente de la posición

la dosis calibrada y el TPS son

de la tira y del ángulo de


Hospiral Virgen Macarena

Sevilla, Mayo de 2011

Dosímetros de gel

• Son los únicos verdaderos dosímetros 3D

• El dosímetro de gel es un maniquí que puede medir la distribución

de dosis en una geometría 3D

• Son casi tejido-equivalentes y pueden moldearse a cualquier forma

• Pueden estar basados en Fricke o en polímeros

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/50


Gel Fricke

Hospiral Virgen Macarena

Sevilla, Mayo de 2011

• Los iones Fe 2+ en una solución de sulfato

ferroso se distribuyen en una matriz de

gelatina o agarosa

• Los cambios que produce la radiación son

debidos a la absorción directa o mediante

radicales intermedios

• La radiación convierte los iones Fe 2+ en Fe 3+

lo que implica cambios en las propiedades

paramagnéticas, medidas por tiempos de

relajación (NMR) o técnicas ópticas

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/51


Gel de polímero

Hospiral Virgen Macarena

Sevilla, Mayo de 2011

• En el gel de polímero, se dispersan

monómeros (acrilamida, p.ej.) en una matriz

de agarosa o agarosa

• La radiación hace que los monómeros sufran

una polimerización, cuyo resultado es una

matriz 3D de polímero. Esta reacción es

función de la dosis absorbida

• La señal puede evaluarse usando técnicas

de imagen (NMR, CT, tomografía óptica o

ultrasonidos)

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/52


Ventajas de los dosímetros de gel

Hospiral Virgen Macarena

Sevilla, Mayo de 2011

• Existen varios productos comerciales

• Se puede utilizar la relación semi-linear entre

el tiempo de relajación en NMR y la dosis

absorbida en un punto del gel

• Por su alto contenido en agua son casi tejidoequivalentes

y no son necesarias

correcciones energéticas en el rango usado

en Radioterapia

• El gel de polímero es apropiado para medir

regiones de alto gradiente de dosis

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/53


Desventajas de los dosímetros de gel

Hospiral Virgen Macarena

Sevilla, Mayo de 2011

• Necesitan acceso a NMR

• La difusión continua post-irradiación de los

iones en el gel Fricke causa un

emborronamiento de la distribución de dosis.

• Los efectos post-irradiación pueden conducir

a distorsiones en la imagen

– Polimerización continua

– Endurecimiento de la matriz de gel

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/54


Sevilla, Mayo de 2011

Secuencia de uso

de los dosímetros de gel

Hospiral Virgen Macarena

Tomado de Yves De Deene. Univ Gante

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/55


Sevilla, Mayo de 2011

Dosímetros de gel. Escaneo óptico

Hospiral Virgen Macarena

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/56


Sevilla, Mayo de 2011

Dosímetros de gel

Verificación de un tratamiento IMRT de próstata

Hospiral Virgen Macarena

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/57


Resumen

Hospiral Virgen Macarena

Sevilla, Mayo de 2011

• La película es muy apropiada para la medida de la

distribución espacial de dosis, pero una dosimetría

adecuada requiere procedimientos de QA y una

calibración meticulosa

• Los efectos a estudiar se deben tanto a la película

como al dispositivo de lectura

• En las películas envueltas, considerar las posibles

bolsas de aire

• La precisión puede variar debido al proceso de

fabricación

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/58


Hospiral Virgen Macarena

Sevilla, Mayo de 2011

Resumen

• El análisis de la información 2D (3D) requiere

herramientas adecuadas (software)

• Diferencias en resolución espacial, dependencia

energética, sensibilidad, tasa de dosis, tamaño de

campo, etc

• Se han incorporado al mercado nuevos dosímetros

que puedan sustituir a las películas basadas en sales

de plata

– Películas radiocrómicas (lote, orientación, resolución

dosis/color, light scattering, etc.)

– Matrices 2D

– Dosimetría portal

– ….

• Diferencias en resolución espacial, dependencia

energética, sensibilidad, tasa de dosis, tamaño de

campo, etc

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/59


Resumen

Elección del dosímetro 2D

Hospiral Para: Virgen Macarena

Sevilla, Mayo de 2011

-Commissioning de unidades de tratamiento

-Adquisición de datos para TPS

-Commissioning de TPS

-QA de unidades de tratamiento

-Verificación de tratamientos

-Dosimetría en vivo

Requerimientos dosimétricos:

-Precisión

-Resolución espacial

-Dosis absoluta vs relativa

Logística:

-Maniquíes apropiados disponibles

-Tiempo disponible de máquina

-Tiempo necesario de calibración

-Tiempo de procesado/flexibilidad

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/60


Sevilla, Mayo de 2011

Lecturas recomendadas

Hospiral Virgen Macarena

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/61


Sevilla, Mayo de 2011

Lecturas recomendadas

Hospiral Virgen Macarena

Mis agradecimientos a B. Mijnheer, N. Jornet y F.S. Doblado

Sistemas de verificación en Radioterapia externa

R. Arráns/62

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