Jornada Día de la Metrología 20 de Mayo 2013 INTI. Margarita Saraví C.N.E.A

Transcripción

1 Jornada Día de la Metrología 20 de Mayo 2013 INTI Margarita Saraví C.N.E.A

2 METROLOGÍA DE RADIACIONES IONIZANTES: DOSIMETRÍA Es bien conocido por todos las aplicaciones beneficiosas de las RI en la medicina, industria, medioambiente, etc Calidad y seguridad son dos condiciones que deben cumplirse cuando se trabaja con RI. Calidad: para que el uso de las radiaciones satisfaga el objetivo propuesto Seguridad: debido a los efectos nocivos de las radiaciones se debe trabajar siguiendo normas específicas en cada caso. Esto hace que deban medirse con la exactitud necesaria los distintos tipos de radiaciones ionizantes en sus diversas aplicaciones. Por ello la metrología de RI juega un papel fundamental en este campo.

3 METROLOGÍA DE RADIACIONES IONIZANTES: DOSIMETRÍA La metrología de RI resulta compleja por los fenómenos que encierra y trata: diferentes tipos de radiación (alfa, beta, gamma, rayos X, neutrones, protones, etc) la energía de cada tipo de radiación las interacciones con el medio los tipos de detección Esto que hace que los valores de incertidumbre que se manejan sean muy superiores a los de otras ramas de la metrología

4 Aplicaciones de las RI Nivel procesos por radiación (esterilización de productos médicos, tratamiento de alimentos, de polímeros, etc) Nivel radioterapia (radioterapia con haces externos, braquiterapia) Nivel diagnóstico (convencional, mamografía, TC) Niveles radioprotección (con haces externos, dosimetría personal, contaminación superficial) Nivel ambiental (ambiental gamma, sustancias radiactivas en el medioambiente) Nivel medicina nuclear (radionucleídos usados en el diagnóstico y en terapia)

5 Aplicaciones de las RI Dentro de cada aplicación se pueden emplear diferentes tipos de radiaciones (partículas, rayos X, radiación gamma,etc) y diferentes rangos de energía para cada tipo Cada área maneja distintas magnitudes: radiométricas, dosimétricas, de radioprotección, de actividad de un radionucleido y sus asociadas.

6 METROLOGÍA DE RADIACIONES IONIZANTES: DOSIMETRÍA: NIVEL RADIOTERAPIA La magnitud que se usa es la Dosis absorbida, D (Gy) El cáncer es un problema de cuidado de salud muy significativo; aproximadamente el 50% de los pacientes con cáncer son tratdos con radioterapia en alguna etapa del tratamiento. La radioterapia usa tecnología compleja que incluye radiación de megavoltaje, la cual si no es tratada con cuidado puede conducir a errores significatvos en el tratamiento del paceinte como así también exposición del personal La Comisión Internacional de Unidades de Radiación, ICRU, en su Reporte 24, concluye que existe evidencia que para cierto tipo de tumores es necesaria una exactitud de ± 5% en la dosis que se entrega al volumen blanco, si se piensa en la erradicación del tumor primario. Algunos médicos requieren límites más estrictos, de ± 2%, pero en esos años (1976) no era posible alcanzarlos

7 METROLOGÍA DE RADIACIONES IONIZANTES: DOSIMETRÍA: NIVEL RADIOTERAPIA Aún actualmente no se alcanzan esos valores en la dosis entregada al paciente de modo que se considera que el objeivo es 5% para 1 desviación estandar El requerimiento de una exactitud ±5% podría interpretarse como una tolerancia en la desviación entre la dosis prescripta clínicamente y la dosis dada al volumen blanco. Sea como fuere, en la radioterapia moderna es necesario conocer con gran exactitud la dosis entregada al volumen blanco

8 METROLOGÍA DE RADIACIONES IONIZANTES: DOSIMETRÍA NIVEL RADIOTERAPIA EXTERNA El medio de interés es el agua: D w absorbida en agua Actualmente los patrones primarios desarrollados por algunos NMI se basan en mediciones con cámara de ionziación o con calorímetro Cámara de Ionización D aire = Q/m. (W/e) aire D w = D aire. (S/ρ) w, aire

9 METROLOGÍA DE RADIACIONES IONIZANTES: DOSIMETRÍA Cámara de ionización El electrodo de polarización está conectado directamente a la fuente de tensión El elecrodo de medición está conectado a tierra a través de un electrómetro de baja impedancia a fin de medir la corriente o carga producida en el volumen sensitivo de la cámara. El electrodo de guarda está a tierra y sirve para 1) definir el volumen sensitivo de la cámara; 2) previene la medición de corrientes de fuga de la cámara

10 METROLOGÍA DE RADIACIONES IONIZANTES: DOSIMETRÍA NIVEL RADIOTERAPIA EXTERNA Calorimetría: D w = c p T i) calorímetro de grafito: se mide el aumento de temperatura en un cuerpo térmicamente aislado de otros cuerpos que lo rodean (jackets) por medio de gaps de vacío. Para pasar de dosis en grafito a dosis en agua deben haese correciones ii)calorímetro de agua: se hace uso de la baja difusividad térmica del agua, lo que permite medir el aumento de temperatura diretamente en un punto en agua. La medición es complicada debido a la pérdida conductiva de calor (o ganancia) y por el defecto de calor inducido por radiólisis

11 METROLOGÍA DE RADIACIONES IONIZANTES: DOSIMETRÍA NIVEL RADIOTERAPIA EXTERNA Calorimetría: ii)calorímetro de agua:d w = c p T Para D w = 1 Gy T = 0,24 mk Se hace uso de la baja difusividad térmica del agua, lo que permite medir el aumento de temperatura diretamente en un punto en agua. La medición es complicada debido a la pérdida conductiva de calor (o ganancia) y por el defecto de calor inducido por radiólisis

12 METROLOGÍA DE RADIACIONES IONIZANTES: DOSIMETRÍA NIVEL RADIOTERAPIA EXTERNA Condiciones de calibración de cámaras de ionización (en cobalto 60) Maniquí Tamaño del maniquí Distancia Fuente-Cámara Tempertura de referencia T 0 Presión atmosférica P 0 agua 30cmx30cmx30cm 100 cm 20 0 C 101,325 kpa Humedad relativa del aire 50% Punto de referencia centro de la cavidad, sobre el eje

13 METROLOGÍA DE RADIACIONES IONIZANTES: DOSIMETRÍA NIVEL RADIOTERAPIA EXTERNA Cantidad de máquinas de megalvotaje en Argentina: Aceleradorles Lineales; 37 máquinas cobaltoterapia De los 80 AL sólo 16 tienen MLC En la figura se observa que entre los años 2001 y 2011/2012 la cantidad de AL instalados en el país se ha duplicado, en tanto que la cantidad de máquinas de cobaltoterapia se ha reducido en un 43%

14 METROLOGÍA DE RADIACIONES IONIZANTES: DOSIMETRÍA RDIOTERAPIA EXTERNA Equipo de telecobaltoterapia

15 METROLOGÍA DE RADIACIONES IONIZANTES: DOSIMETRÍA RDIOTERAPIA EXTERNA Acelerador lineal

16 Laboratorio de Calibración Dosimétrica de CNEA (CRRD). Capacidades de calibración Calibración en aire, cobalto 60

17 Laboratorio de Calibración Dosimétrica de CNEA (CRRD). Capacidades de calibración Calibración en agua, cobalto 60

18 Laboratorio de Calibración Dosimétrica de CNEA (CRRD). Capacidades de calibración NIVEL RADIOTERAPIA (externa) ENERGÍA DEL COBALTO 60 (acreditado por el OAA, desde el año 2004) Patrón secundario N.E (0,6 cm 3 ) trazable al BIPM Se calibran aprox. 50 dosímetros por año, en términos de kerma en aire y de dosis en agua. La incertidumbre de los coeficiente de calibración obtenida en el CRRD para N Kaire es ± 0,9% (k=2) y para D w es ± 1,2% (k=2)

19 Laboratorio de Calibración Dosimétrica de CNEA (CRRD). Capacidades metrológicas NIVEL RADIOTERAPIA (externa) Rayos X de energías medias ( kv): terapia convencional - Patrón secundario N.E y cuatro calidades de haces trazables al BIPM (85kV, 0.142mmCu; 130kV, 0.487mmCu; 180kV,0.997mmCu; 250kV,2.495mmCu) - Se calibran aproximadamente 5 dosímetros por año en términos de kerma en aire - La incertidumbre del coeficiente de calibración en términos de kerma en aire, N Kaire es ± 1,2% (k=2)

20 METROLOGÍA DE RADIACIONES IONIZANTES: DOSIMETRÍA Radioterapia externa

21 METROLOGÍA DE RADIACIONES IONIZANTES: DOSIMETRÍA Determinación de la dosis en agua usando cámaras de ionización calibradas a) Protocolo basado en el coeficiente de calibración en términos de kerma en aire, N Kaire, en un haz de 60 Co D w = M Q. N K,Co.(1-g). k m. k att. k cel. s w, air. p q b) Protocolo basado en el coeficiente de calibración en términos de dosis en agua, N D,w, en un haz de 60 Co D w = M Q. N D,w k Q, Q0 La incertidumbre de D w es ± 0,9% en 60 Co y ± 1,5% para rayos X altas energías

22 Laboratorio de Calibración Dosimétrica de CNEA (CRRD). Capacidades de calibración NIVEL RADIOTERAPIA: BRAQUITERAPIA - Magnitud de interés: tasa de kerma en aire de referencia, que es la tasa de kerma en aire a 1 metro de la fuente radiactiva - Patrón Secundario Standard Imaging modelo 1000, trazable al NIST para fuentes de 137 Cs, y de 192 Ir - Capacidades de calibración: cámara de pozo-electrómetro en energía del 137 Cs, aprox. 3 cámaras/año fuentes selladas (tubos) de 137 Cs de baja tasa de dosis. aprox. 9 servicios totalizando 60 fuentes/año fuentes selladas de altas tasa de dosis, de 192 Ir: aprox: 3 servicios/año. SÓLO 6 EQUIPOS DE ALTA TASA EN EL PAÍS

23 Laboratorio de Calibración Dosimétrica de CNEA (CRRD). Capacidades de calibración NIVEL RADIOTERAPIA: BRAQUITERAPIA Cámara de pozo Patrón Secundario Standard Imaging

24 Cámara de pozo para braquiterapia

25 Laboratorio de Calibración Dosimétrica de CNEA (CRRD). Capacidades de calibración Nivel Radioprotección: el objetivo es controlar los valores de dosis a los que están expuestos los pacientes, los trabajadores ocupacionalmente expuestos y el público en general. Magnitudes de interés: Kerma en aire, K aire, en Gy Dosis equivalente ambiental H*, en Sv Dosis equivalente personal H P (10), en Sv

26 Laboratorio de Calibración Dosimétrica de CNEA (CRRD). Capacidades de calibración Nivel Radioprotección: Patrón Secundario N.E (600 cm 3 ) Trazable al BIPM para H*, en 137 Cs y 60 Co Trazable al PTB para K aire en 137 Cs, 60 Co y rayos X energías medias Serie ISO 4037

27 Laboratorio de Calibración Dosimétrica de CNEA (CRRD). Capacidades de calibración NIVEL RADIOPROTECCIÓN Sala de calilbración Irradiador gamma dual Hopewell Designs 137 Cs y 60 Co

28 Laboratorio de Calibración Dosimétrica de CNEA (CRRD) Nivel Radioprotección i) Detectores de radiación para control de áreas en términos de H* Cs (662 kev) y 60 Co (aprox. 1,2 MeV): 150 detectores/año, totalizando 2250 puntos de calibración (5 puntos x 3 escalas) Incertidumbre: ± 6% y ± 7% (k=2), respectivamente ii)detectores de radiación para control de áreas en términos de K aire : 37 Cs y 60 Co Incertidumbre ± 6% (k= 2)

29 Laboratorio de Calibración Dosimétrica de CNEA (CRRD). Capacidades metrológicas ii) Dosímetros personales de película o TLD, en términos de H P (10) 137 Cs (662 kev) y 60 Co (aprox. 1,2 MeV) rayos X de energías medias definidas en Norma ISO 4037, Espectros de la Serie ancha (W): 45, 57, 79, 137, y 173 kev Aprox. 20 lotes de dosímetros pesonales/año, totalizando 200 puntos de calibración en una energía: 1000 puntos de calibración en total (3 nergías W + las 2 gammas) Incertidumbre ±5% para 137 Cs y 60 Co Incertidumbre ±7% para rayos X Serie W

30 Laboratorio de Calibración Dosimétrica de CNEA (CRRD). Capacidades metrológicas ii) Dosímetros personales electrónicos, en términos de H P (10) 137 Cs (662 kev) y 60 Co (aprox. 1,2 MeV) rayos X de energías medias definidas en Norma ISO 4037, Espectros de la Serie ancha (W): 45, 57, 79, 137, y 173 kev Aprox. 20 lotes de dosímetros pesonales/año, totalizando 200 puntos de calibración en una energía: 1000 puntos de calibración en total (3 nergías W + las 2 gammas) Incertidumbre ±5% para 137 Cs y 60 Co Incertidumbre ±7% para rayos X Serie W

31 Laboratorio de Calibración Dosimétrica de CNEA (CRRD). Capacidades metrológicas ii) Irradiación calibrada dosímetros personales en términos de K aire 137 Cs (662 kev) y 60 Co (aprox. 1,2 MeV) rayos X de energías medias definidas en Norma ISO 4037, Espectros de la Serie ancha (W): 45, 57, 79, 137, y 173 kev Incertidumbre ±5% para 137 Cs y 60 Co Incertidumbre ±7% para rayos X Serie W

32 Laboratorio de Calibración Dosimétrica de CNEA (CRRD). Capacidades metrológicas Radiación beta Calibración de dosímeros pesonales para energías de 90 Sr + 90 Y, en términos de H P (0,07) : en ensayo Irradiador beta Patrón Secundario Trazable al PTB

33 Laboratorio de Calibración Dosimétrica de CNEA (CRRD). Capacidades metrológicas NIVEL RADIODIAGNÓSTICO El objetivo es la obtención de imágenes de buena calidad disminuyendo la dosis en el paciente y trabajadores expuestos Convencional y TC ( kv) Equipo de rayos X convencional Philips y Siemens 300 Diagnóstico en mamografía (20 a 50 kv) Equipo de rayos X para mamografía, blanco de...

34 Laboratorio de Calibración Dosimétrica de CNEA (CRRD). Capacidades metrológicas NIVEL RADIODIAGNÓSTICO El objetivo es la obtención de imágenes de buena calidad disminuyendo la dosis en el paciente y trabajadores expuestos Convencional y TC ( kv) Equipo de rayos X convencional Philips y Siemens 300 Diagnóstico en mamografía (20 a 50 kv) Equipo de rayos X para mamografía, blanco de Molibdeno

35 Laboratorio de Calibración Dosimétrica de CNEA (CRRD). Calidades de radiación en radiodiagnóstico CALIDAD ORIGEN FILTRO ADICIONAL APLICACIONES RQR RQA RQT Haz emergente del equipo Haz con filtro adicional Haz con filtro adicional Al Cu Radiografía general, dental, fluoroscopía, mediciones en aire Mediciones detrás del paciente (sobre intensif de imagen) TC, mediciones en aire libre RQR-M Haz emergente del equipo Mamografía, mediciones en aire libre RQA-M Haz con filtro adicional Al Estudios mamografía

36 Intercomparaciones dosimétricas 1. OIEA Dosis en agua 1 vez/año Coeficientes de calibración de dosímetros para RT en cobalto 60 : cada 3 años Kerma en aire nivel RP ( 137 Cs y 60 Co) : cada 2 años 2. SIM Coeficientes de calibración de dosímetros para RT, rayos X de energías medias (2008) 3. EURAMET Coeficientes de calibración de dosímetros para RT en cobalto 60

37 Laboratorio de Calibración Dosimétrica de CNEA (CRRD): Verificación de dosis en radioterapia por TLD D = M * N * k lineal * k fading * k energía * k soporte M lectura TLD N (Gy/u de lectura) coeficiente de calibración del sistema de TLD k lin -corrección por respuesta no lineal k fad corrección por fading k engy - corrección por respuesta a energía (rayos X y electrones de altas energías) k hold - correción por presencia del soporte de TLD Fading y = ( ) * exp[-ln(2)*(t-7)/18.3] Lineal (Serie1) f engy Relative Reading 1,04 1,02 1,00 0,98 0,96 0,94 LCtrl1 LCtrl2 Lseg Serie D , Time (d) Dose /Gy

38 Laboratorio de Calibración Dosimétrica de CNEA (CRRD): Verificación de dosis en radioterapia por TLD

39 PASO 1: fotones de alta energía condiciones de referencia PASO 2a: condiciones de referencia y no referencia sobre el eje 10 cm 10 cm Campo: 10 x 10 cm 2 SSD o SAD TLD a 10 cm 1. 7 x 7 cm 2, 20 x 20 cm 2, 7 x 20 cm 2 2. cuña: 10 x 10 cm 2, 7 x 20 cm x 10 cm 2, normal SSD

40 Resultados de la verificación de dosis en 50 centros de radioterapia (año 2010) 10,0% RESULTS OF TLD AUDITS FOR RADIOTHERAPY YEAR ,0% 6,0% 4,0% DOSE DEV % 2,0% 0,0% -2,0% -4,0% -6,0% -8,0% REF 10x10 7X7 20X20 7X20 10X10 WITH WEDGE Lineal (Sup lim) Lineal (Inf lim) -10,0% PARTICIPANT

41 PASO 2b: Haces de electrones a dref sobre el eje (6-9 MeV, MeV) dref 1. 6 x 6 cm 2, normal SSD x 10 cm 2, normal SSD x 10 cm 2, diferente SSD

42 PASO 3: Haces de fotones en condiciones de referencia y no referencia fuera del eje Parte 1. Campos simétricos: chequeo de perfiles de haz usando TLD 3 TLDs 5 cm 10 cm 5 cm 1. 1 TLD: 10 x 10 cm 2 sobre eje, abierto 2. 3 TLDs: 20 x 20 cm 2 perfil X, abierto 3. 3 TLDs: 20 x 20 cm 2 perfil Y, abierto 4. 3 TLDs: 20 x 20 cm 2 perfil Y, con cuña 5. 1 TLD: 10 x 10 cm 2 sobre eje, abierto SSD/SAD setup 11 TLDs por haz

43 PASO 3: Haces de fotones en condiciones de referencia y de no referencia fuera del eje Parte 2: Campos asimétricos 2 TLDs 5 cm 10 cm 5 cm 1. 1 TLD: 10 x 10 cm 2 sobre eje, abierto 2. 2 TLDs: asimétrico 10 x 10 cm 2 corrido 2.5 cm abierto 3. 2 TLDs: asimétrico 10 x 10 cm 2 corrido 2.5 cm con cuña 4. 1 TLD: semi-bloqueado, 10 x 10 cm 2 abierto 5. 1 TLD: semi-bloqueado, 10 x 10 cm 2 con cuña 6. 1 TLD: 10 x 10 cm 2 sobre el eje, abierto SSD/SAD setup 8 TLDs por haz

44 10 cm 10 cm 5 cm 15 cm 10 cm 5 cm 5 cm 10 cm Campo1: Referencia Campo 2: MLC campo pequeño Campo 3: MLC Y Invertida 5 cm 5.6 cm 5 cm 10 cm 2.5 cm 5 cm 10 cm 2.5 cm 5 cm Campo 4: MLC Circular Campo 5: MLC Irregular field Campo 7: Pequeño rectangular 5 cm 2 cm Campo 6: MLC Irregular con cuña Verificación dosimétrica para campos irregulares con MLC

45 Paso 5: Verificación dosimétrica en presencia de heterogeneidades usando fantoma sólido 2 cm 2 cm 15 cm 10 cm 2 cm 5 cm 15 cm 10 cm Lung 5 cm 2 cm 2 cm 2 cm 2 cm 2 cm 2 cm 2 cm 15 cm 15 cm 5 cm 15 cm 10 cm Bone 2 cm 2 cm 2 cm 2 cm 2 cm 15 cm

46 Paso 6: Verificación Dosimétrica 2D para campos pequeños con MLC Radiochromic film irradiation Gantry TLD irradiation Gantry Direction of leaf movement Direction of leaf movement 2 cm 5 cm 2 cm 5 cm

47 Tomoterapia Acelerador lineal de 6 MV montado en un anillo que rota alrededor del paciente que es continuamente trasladado a través de este anillo, resultando en una entrega helicoidal del haz de radiación. Utiliza un colimador de 64 láminas para la realización de radioterapia con intensidad modulada (IMRT). Los detectores de la tomografía computarizada (CT) del gantry opuesto al acelerador lineal permite la obtención de imágenes de megavoltage para la realización de radioterapia guiada por imágenes (IGRT). La planificación de tratamiento se consigue con un sistema de planificación inversa (TomoTherapy Inc., Madison, WI).

48 Equipode telecobaltoterapia

49 Gamma Knife

50 Tendencias actuales - En el nivel RT los Laboratorios Primarios de los NMI han comenzado a brindar los coeficientes de calibración de los patrones secundarios en haces de fotones y electrones de altas energías - Sería conveniente que los Laboratorios Secundarios se equipen con AL para brindar a los usuarios la calibración de dosímetros para RT en un rango conveniente de altas energías