UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA UNIDAD IZTAPALAPA

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1 UNIVESIDAD AUTÓNOMA METOPOLITANA UNIDAD IZTAPALAPA División de Cienias Básias en Ingeniería Ingeniería en Energía Seminario de proyeto Introduión a la Físia Media Elaborado por: Christian Salvador Adame González Asesor: M. Eugenio Fabián Torijano Cabrera. Vo Bo. ASESO Vo. Bo. COODINADO M. EUGENIO FABIÁN TOIJANO CABEA D. JUAN JOSÉ AMBIZ GACÍA Feha: 28 Enero de 2007.

2 ÍNDICE TITULO PÁGINA CAPÍTULO I. ADIOTEAPIA Introduión Evoluión história Definiión Bases físias de la radioterapia Meanismo de aión Etapa Físia Tipos de radiaión Dosis absorbida de radiaión Etapa Fisioquímia Efeto biológio de la radiaión Dosis total administrada Tiempo total en que se administra la dosis Efeto de la radiaión sobre los tumores Tratamientos en radioterapia. 12 CAPÍTULO II. EQUIPAMENTO DE ADIOTEAPIA Tipos de equipos Equipos de rayos x de baja y media energía Equipos de radioterapia superfiial Equipos de radioterapia profunda Equipos de Cobaltoterapia Funionamiento Aeleradores Lineales de eletrones Funionamiento Braquiterapia. 26 CAPÍTULO III. POCESO DE LA ADIOTEAPIA Planifiaión Evaluaión Clínia Delineaión del volumen blano Simulaión Simulaión onvenional Sistema de planifiaión de tratamiento en 3-D Planifiaión del tratamiento Ejeuión del tratamiento Administraión del tratamiento Evaluaión periódia Seguimiento. 33

3 TITULO PÁGINA CAPÍTULO IV. TECNICAS ESPECIALES adioirugia y radioterapia estereotaxia adioterapia onformaional 3-D adioterapia de intensidad modulada IMT) Clasifiaión de IMT Ténias tratamiento on IMT Colimador multilaminas Ventajas de la IMT adioterapia guiada por imágenes IGT y la radioterapia estereotaxia Control de movimiento respiratorio. 43 CAPÍTULO V. SEGUIDAD ADIOLOGICA Seguridad radiológia en el diseño de instalaiones para teleterapia Seguridad radiológia en equipos de obaltoterapia Alarmas indiadores e interloks adiaión de fuga Sistemas dispositivos y/o señalizaiones Seguridad radiológia en equipos aeleradores lineales Interloks Sistemas dispositivos y/o señalizaiones Seguridad radiológia en braquiterapia Braquiterapia manual Braquiterapia remota Carga o reambio de las fuentes radiativas Aspetos oupaionales en la prátia de la braquiterapia Exposiión oupaional Exposiión Média Programa de garantía de alidad Garantía de alidad en radioterapia externa Garantía de garantía de alidad de equipos y fuentes de braquiterapia. 57 CAPÍTULO VI. CONCEPTOS BASICOS DE DOSIMETIA FISICA Disimetría Físia Porentaje de dosis en profundidad elaión- Tejido Aire TA) elaión-tejido Phantom TP) elaión-tejido-máximo TM) Fator de Dispersión del Colimador Fator de Dispersión del Phantom azón de Dosis Fuera del Eje Fator de Transmisión de Cuña. 64

4 CAPÍTULO VII. CALCULO DE U.M. PAA ACELEADO LINEAL Tratamiento a SSD on fotones Tratamiento a Distania Isoéntria on Fotones Formalismo ESTO Euaiones Haes Abiertos Haes on Cuñas Haes de Bloqueo Combinaión de Haes on Cuñas. y Bloqueados Tratamientos no Isoéntrios Problemas de Apliaión Conlusiones. 75 Conlusiones generales. 76 Bibliografía. 77 Anexos. 78 Glosario. 85

5 Capítulo 1 ADIOTEAPIA 1.1. Introduión. Cáner es el término omúnmente utilizado para desribir lo que en realidad no es una enfermedad únia sino más de 200 trastornos ada uno de los uales se arateriza por la presenia de élulas mutantes que proliferan mediante el reimiento y división inontrolados. Esta proliferaión inontrolada ondue a la formaión de tumores que pueden invadir y ontrolar el tejido sano irundante. Finalmente las élulas anerosas se pueden metastatizar es deir se pueden esindir del tumor prinipal viajar a través de los sistemas irulatorio y linfátio y estableer nuevos puntos anerosos en otras áreas del organismo. El áner en sus diversas formas ha sido una plaga para la humanidad y se remonta asi al iniio de la historia doumentada. En los papiros del antiguo Egipto en torno al 1600 a. C. los médios ya desribían por ejemplo asos de áner de mama para los que reomendaban que se auterizase el tejido dañado. Casi mil años antes las insripiones jeroglífias desribían áneres de estómago y útero los uales eran tratados on ompuestos de ebada orejas de erdo y otros ingredientes. De auerdo on la Organizaión Mundial de la Salud se detetan aproximadamente nueve millones de nuevos asos de áner por año de los uales un poo más de la mitad orresponden a los países emergentes. Para el año 2015 se espera que ese número sea de quine millones ourriendo las dos tereras partes en esos países Organismo Internaional de Energía Atómia 1998). La importania de la radioterapia en el tratamiento de los paientes neoplásios es indisutible; en aproximadamente el 50% de los paientes se emplean radiaiones ionizantes on fines urativos asoiadas o no a irugía o quimioterapia. Con el aumento de los esfuerzos orientados al diagnóstio temprano se podría lograr que aproximadamente un 70% de ellos no tengan metástasis distantes detetables por lo que sería sufiiente un tratamiento looregional haiendo que la radioterapia tenga un rol prominente Evoluión história. Los efetos biológios de las radiaiones ionizantes se hiieron evidentes a los poos meses del desubrimiento de los rayos X por W.C. oentgen en A la par de brindar informaión anatómia de las partes internas del uerpo esta radiaión rápidamente mostró ser útil para el tratamiento de lesiones malignas. Los primeros pasos de lo que se vendría a llamar radioterapia se iniiaron en el terreno dermatológio en enfermedades benignas aprovehando su efeto antiinflamatorio y en neoplasias al observar una aión más seletiva sobre el tejido tumoral respeto al normal. El primer aso reportado es un tratamiento de áner avanzado de mama en enero de 1896 y en 1899 se publió la primera uraión de un áner utáneo on radioterapia. En la déada posterior se aumularon trabajos sobre apliaiones indiaiones así omo la apariión de los primeros efetos seundarios. De manera ontemporánea a los primeros trabajos sobre los rayos X el matrimonio Curie omuniaba el desubrimiento del adio en 1898 y ya en 1904 este isótopo era usado para tratar áner de uello uterino y lesiones de piel. En 1913 Coolidge desribe el meanismo de aión de un nuevo tubo de rayos X que permite la emisión de una energía de 140 kv esto fue el primer paso a una radioterapia que permitiría alanzar mayor profundidad. Así la radioterapia omo espeialidad média nae según diferentes autores en 1922 en el Congreso Internaional de Onología de Paris. El primero y segundo Congreso Internaional de adiología realizados en 1925 y 1928 onstituyeron un avane mayor ya que de ellos resultó el estableimiento del oentgen omo unidad de exposiión. La inorporaión de esta unidad permitió por vez primera reportar omparar y manejar líniamente la antidad de radiaión suministrada al paiente. 4

6 Más adelante la aportaión de Coutard en 1934 y también por la esuela alemana del tratamiento diario fraionado en un tiempo determinado onstituye lo que aún hoy es una de las bases del tratamiento de radioterapia. Luego de la segunda guerra mundial la evoluión de la radioterapia fue impulsada por el desarrollo de la físia nulear aompañada por la apariión de los reatores nuleares y la onsiguiente obtenión de isótopos radiativos omo el obalto 60) y posteriormente el desarrollo y apliaión de los aeleradores de partíulas on fines línios. Con el tiempo las radiaiones ionizantes alanzan un gran desarrollo disponiendo de altas energías terapéutias Co 60 y aeleradores lineales) que progresivamente onsiguen administrar mayores dosis en profundidad sin lesionar a nivel utáneo. Le suedieron luego los avanes de la omputaión y en los omienzos de la déada del 70 la apariión de la tomografía axial omputada TAC) omo herramientas de álulo dosimétrio y de tratamiento geométrio de la anatomía humana. Junto a esto se ha experimentado un reimiento exponenial en el onoimiento físio y biológio de las radiaiones y se ha inorporado el uso de las omputadoras en la planifiaión línia del tratamiento. Más reientemente las modalidades de imágenes dadas por la resonania magnétia nulear y la tomografía por emisión de positrones y la posibilidad de fusión de estas imágenes on las de TAC han inrementado notablemente la posibilidad de loalizar y delinear tumores y órganos aledaños. Como onseuenia de la mayor preisión en la definiión del volumen blano la tendenia atual es explorar todas las formas de irradiaión y de álulo on el fin de optimizar los tratamientos. Atualmente las modalidades de radioterapia más utilizadas son terapia externa on haes de fotones o de eletrones de alta energía y braquiterapia on fotones ombinadas o no. Conjuntamente en el esfuerzo de mejorar el ontrol de tumores que no responden bien a los fotones o eletrones diversas investigaiones se han orientado al uso de otros tipos de radiaión que presentan mejor efeto diferenial sobre el tejido neoplásio on relaión al normal y que brindan mejores posibilidades de loalizaión geométria para suministrar dosis superiores en la lesión. Estas modalidades inluyen neutrones y partíulas argadas aeleradas a altas energías omo protones partíulas alfa piones negativos e iones pesados. Estas partíulas requieren instalaiones atualmente ostosas limitando su disponibilidad línia. Debido a la apaidad de penetraión de los fotones de alta energía y la onsiguiente posibilidad de tratar zonas profundas los haes externos de fotones de alta energía son los más usados seguidos por los haes de eletrones que se usan para el tratamiento de regiones superfiiales o medianamente profundas. El empleo de eletrones ha reemplazado parialmente al de rayos X de baja y media energía dado que la mayoría de los aeleradores lineales de uso médio proveen aquella forma de irradiaión. Atualmente los fotones de alta energía para uso línio son produidos mayoritariamente on aeleradores lineales y on equipos de obalto Definiión. La radioterapia es una disiplina média que aproveha los efetos biológios de las radiaiones ionizantes para tratar enfermedades prinipalmente malignas relaionadas a la proliferaión anómala de élulas entre ellas predominantemente el áner. Las radiaiones ionizantes utilizadas en radioterapia tienen una energía generalmente omprendida entre unas deenas de kev y algunas deenas de MeV y son produidas por dos tipos de meanismos: 1. La desintegraión de los átomos radioativos naturales o artifiiales: eletrones y espeialmente fotones gamma. 2. La aeleraión artifiial de partíulas: neutrones protones iones pesados y espeialmente fotones y eletrones. 5

7 La radiaión puede ser administrada mediante haes externos al uerpo llamando a este proeso irradiaión externa teleterapia) o mediante la introduión de fuentes radioativas en avidades orporales viniéndose a llamar braquiterapia o urieterapia intraavitarial. Mediante la radioterapia externa se busa eliminar las élulas tumorales utilizando haes de radiaión ionizante que se dirigen desde el exterior del uerpo del paiente haia el volumen de loalizaión del tumor maligno. Es un objetivo asoiado minimizar el daño al tejido sano que lo irunda. La braquiterapia onsiste en el uso de fuentes radiativas enapsuladas que se ubian en avidades naturales intraavitaria) o que se implantan en la zona tumoral interstiial). En braquiterapia se utilizan fuentes radioativas que se oloan dentro o en las proximidades del tumor de manera temporaria o permanente on el fin de inrementar la dosis en la región de interés a la vez de suministrar baja dosis a los tejidos sanos veinos. 1.4 Bases físias de la adioterapia Meanismo de aión. Los efetos biológios de una irradiaión sobre los tejidos son onseuenia de una adena de fenómenos desenadenados por el paso de los haes de energía. Los suesos iniiales son ionizaiones eyeión de un eletrón) o las exitaiones paso de un eletrón a un nivel de energía superior) provoados por la interaión de las radiaiones inidentes on los átomos de las moléulas elulares. Estas modifiaiones físias omportan unas perturbaiones fisioquímias que produirán finalmente un efeto biológio Etapa físia. Las ionizaiones y exitaiones son produidas por las partíulas argadas en rápido movimiento por interaión on los eletrones del medio que se enuentran en su trayetoria. La radiaión inidente llamada primaria se denomina diretamente ionizante ya que de por si ya está argada eletrones protones iones pesados). Se le llamará indiretamente ionizante uando es elétriamente neutra fotones neutrones). El meanismo de ionizaión o el de exitaión se produe por la fuerza de Coulomb atraión de dos partíulas de arga elétria de signo opuesto o repulsión de dos partíulas de arga elétria del mismo signo). Las interaiones de los eletrones de las partíulas pesadas y de los fotones on la materia produen una serie de efetos Compton fotoelétrio y de materializaión) y en la radioterapia de alta energía el efeto predominante es el Compton en el ual la energía del fotón inidente se divide entre el eletrón desplazado y un fotón difuso; la proporión de energía del eletrón seundario es más fuerte que la del fotón inidente Tipos de adiaión. La radioterapia T) emplea prinipalmente fotones de alta energía rayos gamma y rayos X) y partíulas argadas eletrones). La diferenia entre rayos gamma y rayos X está en su origen; los rayos gamma se originan de núleos atómios exitados e inestables mientras que los rayos X son produidos por transiiones energétias de los eletrones del átomo o por desaeleraión de eletrones de alta energía Bremsstrahlung o radiaión de frenado). Las fuentes radiativas de uso en braquiterapia ontienen isótopos que típiamente emiten rayos gamma en tanto los rayos X son generados por equipos de ortovoltaje y aeleradores lineales empleados en teleterapia. Dentro de un aelerador lineal un fino haz de eletrones es aelerado hasta asi la veloidad de la luz antes de impatar en un blano de tungsteno. Al ourrir esto los eletrones se desaeleran y emiten radiaión de frenado rayos X) on un espetro de energía inétia que varía entre ero y un valor máximo araterístio. La alidad del haz de rayos X obtenido se expresa en funión de los fotones de mayor energía en términos de kv kilovolts) o MV Megavolts). 6

8 La energía de los haes más usados en radioterapia ubre un rango que va desde 50kV a 25MV. En este rango energétio las interaiones relevantes de la radiaión on la materia son el efeto fotoelétrio el efeto Compton y la formaión de pares. Como resultado los eletrones del medio se ponen en movimiento ausando ionizaión y exitaión de otros átomos. En el efeto fotoelétrio un fotón inidente es ompletamente absorbido por un eletrón el que subseuentemente es emitido reibiendo el nombre de fotoeletrón. La probabilidad de ourrenia de este efeto es proporional a Z/E) )3 donde Z es el número atómio y E la energía del fotón inidente Figura 1). Fig. 1 Efeto fotoelétrio. En el efeto Compton los fotones se omportan omo partíulas. Un fotón al olisionar on un eletrón orbital es defletado entregándole parte de su energía. La probabilidad de que esta interaión se produza es diretamente proporional a la densidad de eletrones del material e inversamente proporional a la energía del fotón inidente Figura 2). Fig. 2 Efeto Compton. La formaión de pares omienza a verse uando la energía del fotón inidente es superior a 1.02MV; la interaiónes on un núleo atómio y el resultado es la formaión de un par formado por un eletrón y un positrón. Cuando estos pierden su energía inétia se aniquilan y emiten dos fotones que viajan en direiones opuestas. La probabilidad de formaión de pares aumenta on altas energías y on el número atómio Z). 7

9 En la interaión de haes terapéutios 50kV 25MV) on tejidos humanos el efeto predominante es Compton. Para energías menores a 50kV el efeto más importante es el fotoelétrio mientras que la formaión de pares es freuente en energías superiores a 25MV. Cuando un haz de rayos X atraviesa la materia redue progresivamente su intensidad lo que puede ser expresado por la siguiente fórmula: Ix) = I 0 e µ x donde: I 0 es la intensidad iniial del haz de fotones. Ix) es la intensidad luego de atravesar una profundidad x de la materia. µ es el oefiiente de atenuaión lineal del material. Los haes de baja energía se atenúan más que los de alta energía por ello estos últimos se usan para el tratamiento de tumores situados en profundidad. Desde su lugar de produión la intensidad de la radiaión disminuye on relaión al uadrado de la distania a la fuente. A diferenia del haz de fotones las partíulas argadas reorren una distania definida en el tejido onoida omo rango. El tejido ubiado más allá que el rango de una partíula argada no reibe irradiaión. Los eletrones son las partíulas argadas más usadas en radioterapia. En vez de hoar ontra un blano de tungsteno el haz de eletrones pasa por una serie de filtros que lo ensanhan y le dan forma. Las partíulas argadas interatúan on la materia a través de tres proesos prinipales: olisiones suaves olisiones duras e interaiones en el ampo nulear. 1. Las olisiones suaves son interaiones de las fuerzas Coulombianas del eletrón inidente on eletrones orbitales resultando en su exitaión y en algunos asos ionizaión. 2. Las olisiones duras son interaiones diretas entre el inidente y un eletrón orbital las que terminan on la eyeión de este último fuera del átomo. 3. Las interaiones nuleares se produen entre el eletrón inidente y el núleo del átomo. En la mayoría de los asos el eletrón es defletado en forma elástia y no pierde energía. Sin embargo en una pequeña fraión de los eventos el eletrón es defletado inelástiamente y produe radiaión de frenado. Estimativamente un eletrón de 1MeV sufrirá 105 interaiones antes de perder toda su energía. Las olisiones suaves representan aproximadamente la mitad de la energía depositada en la materia; la energía restante se deposita en dependenia de las menos freuentes pero más energétias olisiones duras. Otras modalidades terapéutias inluyen a los neutrones y protones. Los haes de neutrones se generan bombardeando on un haz de protones aelerados un blano de Berilio. Similar a los fotones los neutrones son atenuados exponenialmente. Las interaiones en el tejido inluyen olisiones neutrón-protón y reaiones neutrón-núleo las uales ponen en movimiento partíulas pesadas argadas. Los haes de protones se generan en un reator nulear de uso línio ilotrón). A diferenia de los neutrones los protones depositan la energía era del final de su rango fenómeno onoido omo pio de Bragg. El pio de Bragg puede ser modifiado para abarar el tumor sin entregar dosis altas a los tejidos que se enuentran antes y/o después del mismo Dosis Absorbida de adiaión. La uantifiaión de la radiaión ha evoluionado en el tiempo. A prinipios del siglo XX se usaban la dosis eritema observaión semiológia del olor de la piel) y el oentgen un tipo de medida de ionizaión produida en aire). Atualmente el parámetro aeptado es la "dosis absorbida" la ual representa la energía absorbida por unidad de masa. Físiamente la dosis absorbida representa la energía depositada en el medio por partíulas argadas seundarias. La unidad de dosis absorbida es el Gray Gy) el que se define omo la absorión de 1 8

10 joule por ada kilogramo de materia J/Kg). Un Gy equivale a 100Gy entigray) hasta hae unos años onoido omo rad radiation absorbed dose) Etapa fisioquímia. Son las olisiones entre los eletrones seundarios y las moléulas del medio las responsables de los efetos fisioquímios y químios. Una élula puede ser lesionada mediante una aión direta sobre las moléulas elulares. Las moléulas exitadas o ionizadas poseen un exedente de energía que puede ser expulsado por la ruptura de un enlae ovalente y la división de la moléula en dos fragmentos. Cada uno de ellos onlleva uno de los dos eletrones del enlae y se onvierte en un radial libre. La presenia de un radial libre de un eletrón no aoplado llamado élibe le onfiere una gran reatividad químia que es la base del efeto biológio. Los radiales libres tienen tendenia a unirse entre ellos para produir nuevas moléulas. Finalmente uando todas las moléulas reobran su estado estable algunas se han modifiado mediante ortes y nuevas uniones o puentes. La ionizaión de una moléula de agua ondue después de una asada de reaiones químias a la formaión de radiales libres altamente reativos; que son el origen de los efetos biológios. También debemos destaar las lesiones a nivel del áido desoxiribonuleido ADN). El ADN desempeña un papel esenial en la división elular y la síntesis de las proteínas. Las dos adenas omplementarias del ADN están onstituidas por una alternania de la desoxiribosa y el áido fosfório y están engarzados entre ellos por unos pares de bases sea adenina y guanina sea itosina y timina); es la unión de estas bases lo que onstituye el ódigo genétio. La moléula de ADN puede ser lesionada diretamente por los eletrones o más a menudo indiretamente por los radiales libres produidos por la radiolisis del agua; se tratarán de lesiones de las bases de los azúares de los puentes y sobre todo de rupturas de adena. La élula posee unas enzimas que le permiten bajo iertas ondiiones la reparaión de las adenas lesionadas. Las lesiones elulares elementales son esenialmente las del ADN y estas lesiones pueden lasifiarse en: Letales si son irreparables y afetan funiones vitales para la élula. La muerte elular no es normalmente inmediata exeptuando en los asos de irradiaiones de varias entenas de Gy. Pero para dosis de algunos Gy que son las habituales en radioterapia la élula para de dividirse después de una o una serie de mitosis; esta es la muerte diferida que orresponde a la pérdida de proliferaión. Esto explia el retraso onstante observado entre la irradiaión y la regresión línia del volumen tumoral. Subletales que no son individualmente letales y son reparables; la aumulaión de estas lesiones subletales en la élula puede inluso oasionar también una muerte diferida. Potenialmente letales que pueden ser letales si la división aontee rápidamente pero que también pueden repararse si las ondiiones son favorables. 1.6 Efeto biológio de la irradiaión. El efeto biológio en el tejido de una dosis absorbida de irradiaión varía on el tipo de radiaión y también depende de fatores biológios. Otro onepto importante el fraionamiento o la administraión de la dosis en partes es que permite la reuperaión de las élulas normales mientras disminuye el número de élulas malignas. Así la dosis total tolerada o dosis de tolerania depende de la dosis por fraión de la tasa de dosis o antidad de energía administrada por tiempo de ada fraión de la sensibilidad de los tejidos y de la reuperaión que pueda darse entre fraiones. Con un tumor y un tipo de radiaión dados el efeto biológio estará influeniado prinipalmente por estos tres fatores interdependientes. 9

11 Dosis total administrada. La dosis que puede ser tolerada por los tejidos normales varía on el tiempo total en que se da la dosis. La dosis que puede darse en una determinada loalizaión es limitada on una duraión máxima de 7 u 8 semanas; usando por ejemplo un fraionamiento de 2 Gy/día hasta un total de Gy. Un aumento de duraión inluso puede ser ontraproduente Tiempo total en que se administra la dosis. Para un volumen blano dado el tamaño de ada fraión y el tiempo de intervalo entre fraiones altera el efeto biológio. Esto es pareido al efeto de la tasa de dosis que es básio en braquiterapia y en la irradiaión orporal total donde se utilizan diferentes tasas de dosis. Los tratamientos onvenionales de irradiaión onsisten en una dosis diaria de 5 vees a la semana on el periodo de desanso de sábado y domingo. Existen también otros tipos de fraionamiento que se pueden utilizar en determinadas oasiones. Se puede produir una falta de efiaia del tratamiento si el paiente lo interrumpe varios días sea por enfermedad reaiones agudas et. Esto produe un exesivo alargamiento del tratamiento por enima de lo programado. Oasionalmente esto puede intentarse ompensar on alguna fraión adiional. Existen evidenias ientífias que a los paientes afetados de tumores de abeza y uello ervix o pulmón empeoran su probabilidad de supervivenia de manera signifiativa si su tratamiento se prolonga varios días más de lo estableido onvenionalmente. También está bibliográfiamente estableido que en algunos poos tumores omo el de próstata dado su lento reimiento o tiempo de dupliaión la duraión del tratamiento depende de la dosis y no del tiempo en el que se administra aquella. Existen diversas razones por las uales pude administrarse menor número de fraiones semanales onoiéndose omo hipofraionamiento: Disminuión de desplazamientos en paientes on gran afetaión del estado general o on un efeto agudo por la enfermedad omo por ejemplo dolor o ompresión medular. Poa disponibilidad de unidades de tratamiento en relaión on la demanda. Se pueden administrar una dos o más sesiones semanales mayores de 2 Gy fraión onsiderada lásia o estándar. El periodo de desanso entre fraiones permite su tolerania aumentando no obstante el potenial de daño tardío radioinduido. Se utiliza preferentemente en tratamientos paliativos. Por otra parte existe el hiperfraionamiento el ual se basa en aortar la duraión del tratamiento pero dando mayor número de pequeñas fraiones permitiendo mejorar el ontrol loal de tumores on un tiempo de dupliaión elular de alrededor de 5 días. Tales regímenes pueden aumentar los efetos agudos sin alterar la probabilidad de mayor número de efetos tardíos o rónios. Se administran dos o tres sesiones por día on un periodo entre ellas de aproximadamente 6 horas. Esto permite la reuperaión del tejido sano y además alanzar una dosis total más alta Efeto de la radiaión sobre los tumores. Las onseuenias de una irradiaión sobre un tejido son diferentes según la poblaión elular que la omponga esté en equilibrio o en reimiento. La mayoría de los tejidos sanos perteneen a la ategoría de poblaiones tisulares en equilibrio. El número de élulas que naen es igual al de las élulas que mueren. El tiempo de renovaión que sería aquel al prinipio del ual todas las élulas han sido renovadas está omprendido entre algunos días omo en el aso de la muosa intestinal) o de algunos meses o años omo en el aso del hígado o el riñón). Por otra parte el ejemplo tipo de poblaiones tisulares en reimiento está onstituido por los tumores. El tiempo de dupliaión varía desde algunos días a varios años y depende esenialmente del porentaje de élulas en urso de división. La evoluión de la poblaión después de una irradiaión únia es la resultante de la desapariión de las élulas muertas y de la multipliaión de las élulas sobrevivientes. 10

12 Al pretender desribir el efeto de las radiaiones sobre los tumores se tiene que tener en uenta que la veloidad de reimiento de un tumor estará en funión de: De la duraión del ilo elular on una media de 2 a 4 días es deir poo variable a la observada en tejidos sanos pero muy heterogénea de una élula a otra en el seno de un mismo tumor. Del oefiiente de proliferaión es deir del porentaje de élulas tumorales en división. Del oefiiente de pérdidas elulares que puede alanzar el 90% y que es debido a la difereniaión elular a la muerte de las élulas tumorales durante la mitosis o inluso a la migraión elular fuera del tumor. Las únias élulas tumorales verdaderamente preoupantes son aquellas que son apaes de multipliarse indefinidamente. Estas son las élulas lonogénias; la poblaión de las uales en un tumor está omprendida entre el 0.1% y el 1%; la esterilizaión loal no puede obtenerse sino es que se onsigue que la totalidad de las élulas lonogénias sean inapaes de dividirse. La probabilidad de erradiar todas éstas élulas depende de múltiples fatores siendo los más importantes: La dosis: Existe un reimiento progresivo de la tasa de esterilizaión elular en funión de la dosis dentro de una ierta gama de valores. La experienia línia ha demostrado que ha menudo algunos Gy suplementarios son sufiientes para haer pasar la tasa de esterilizaión de un tumor dado del 50% al 90%. El volumen tumoral: los tumores grandes son más difíiles de esterilizar a parte de la hipoxia) que los pequeños y las dosis neesarias para erradiar las diseminaiones sublínias son inferiores a las neesarias para un tumor líniamente detetable. El tipo histológio: El análisis de los resultados línios permite distinguir unos tumores llamados radiosensibles seminomas limfomas malignos et.) unos tumores medianamente radiosensibles por ejemplo la mayor parte de los arinomas) y unos tumores poo sensibles melanomas saromas). El efeto oxígeno: El tamaño tumoral influenia tanto a la dosis total omo al fraionamiento neesario para la erradiaión tumoral. Este efeto se relaiona on el número de élulas en la masa tumoral y en el número de élulas que estén bien oxigenadas. La respuesta de las élulas a la radiaión varía on su oxigenaión. Una buena oxigenaión inrementa la probabilidad de dañar las élulas. Las élulas hipóxias o mal oxigenadas son menos suseptibles al daño produido por la irradiaión. No obstante normalmente la masa tumoral tiende a una oxigenaión más defiiente que el tejido normal. La magnitud de la diferenia en la respuesta es onoida omo el efeto oxígeno Efeto del ilo elular: El ilo elular se divide en uatro fases; la fase G1 que sigue a la mitosis de duraión variable la fase de síntesis S durante la ual se produe la repliaión del ADN la fase G2 y finalmente la de mitosis M; las élulas que temporalmente no se dividen se dien que están fuera del ilo o en G0. La radiosensibilidad es máxima durante las fases G2 y M siendo mínima en la S. La irradiaión produe un enlenteimiento de la síntesis del ADN pues se produe un alargamiento de la fase S y una disminuión temporal de las élulas en fase G2 que ondue a un retraso en la mitosis y a una sinronizaión elular. Por otra parte no hay relaión onstante entre la posibilidad de uraión de un tumor y la veloidad de su regresión después de la irradiaión que depende esenialmente de la tasa de proliferaión elular. 11

13 Tratamientos en adioterapia. Evaluaión iniial deisión terapéutia y loalizaión del tumor. La responsabilidad global de los proedimientos iniiales relaionados al tratamiento radiante reae sobre el médio radioterapeuta. El objetivo de la evaluaión iniial es obtener informaión aera de la naturaleza del tumor su loalizaión primaria y su extensión regional y/o sistémia. Para ello se pratia un examen físio ompleto del paiente se realizan las biopsias adeuadas y se obtienen estudios diagnóstios omplementarios omo datos de laboratorio línio e imágenes radiológias de resonania magnétia nulear de mediina nulear y de ultrasonido.las prátias menionadas permiten lasifiar a la mayoría de las neoplasias en estadios línios y así definir la intenión urativa o paliativa del tratamiento que se ejeutará. Definido esto se proede a la rítia etapa de determinaión de la extensión y loalizaión del volumen tumoral y de las estruturas normales adyaentes. Para ello se pueden utilizar las ténias diagnóstias por imágenes menionadas antes. Planifiaión del tratamiento. La planifiaión del tratamiento involura diversas etapas omenzando por la loalizaión y/o simulaión de la región a irradiar en un equipo radiográfio espeial llamado simulador que reprodue geométriamente al equipo de irradiaión. La planifiaión de tratamientos ha inrementado el uso de la tomografía axial omputada permitiendo así la apliaión de los oneptos de volúmenes de interés dados por la International Commission on adiation Units and Measurements ICU 50 en 1993 y su suplemento ICU 62 en 1999). La tomografía axial omputada es un método radiológio que a la vez de permitir un manejo tridimensional de las imágenes del paiente y dar lugar a la llamada simulaión virtual proporiona la distribuión de densidad eletrónia en el medio para su uso en el álulo dosimétrio. En todos los asos la disposiión del paiente en el simulador y/o en el equipo de TAC debe ser idéntia a la que adoptará en el equipo de tratamiento inluyendo los aesorios de inmovilizaión. Con el uso de imágenes de TAC el médio delinea los volúmenes de interés utilizando alguna failidad del planifiador omputado y presribe la dosis a entregar y el fraionamiento. De auerdo on los reportes de la ICU los volúmenes de interés son identifiados antes del tratamiento e inluyen el volumen tumoral grosero el volumen blano línio y el volumen blano de planifiaión. Los dos primeros responden a oneptos puramente onológios mientras que el terero aparte de inluir a los dos anteriores onsidera a través de la definiión de márgenes el movimiento del paiente las inexatitudes en la posiión del paiente respeto del haz y las toleranias meánias propias del método de irradiaión que se use. Adiionalmente los órganos de riesgo pueden modifiar el tamaño y forma del volumen blano de planifiaión en funión de la proximidad entre éstos y el volumen blano línio omo así también en funión de su tolerania a las radiaiones. El físio y/o dosimetrista realizan el álulo de la distribuión de dosis a partir de diversas alternativas apropiadas de irradiaión que luego en onjunto on los médios analizan para determinar la mejor opión para el paiente. Los análisis tienen en uenta la distribuión de haes la distribuión de dosis urvas de isodosis) y en algunos asos la evaluaión de modelos biológios que pueden inluir probabilidades de ontrol tumoral y probabilidades de ompliaión de tejidos normales Finalmente la planifiaión es aprobada por el médio radioterapeuta y se está en ondiiones de dar iniio al tratamiento. Tratamiento. Los tratamientos son llevados a abo por los ténios operadores bajo la supervisión de los físios médios y los radioterapeutas. Periódiamente se verifian aspetos geométrios del paiente ontornos espesores y ubiaión del paiente en el equipo) y se obtienen imágenes utilizando la salida de los mismos haes de 12

14 tratamiento para verifiar la orreta posiión del paiente y sus estruturas. Estas imágenes pueden ser logradas on métodos radiográfios onvenionales uso de pelíulas radiográfias) o mediante aptura eletrónia. En la aptura eletrónia se expone un panel detetor al haz que atraviesa al paiente y la señal asoiada es proesada generalmente en tiempo real permitiendo tomar aiones orretivas in situ en aso de neesidad De ser posible se realiza dosimetría in vivo on el uso de detetores semiondutores o termoluminisentes. A la vez el paiente es ontrolado líniamente durante el urso del tratamiento que en funión de la dosis total y el fraionamiento puede durar varias semanas. Finalizado el tratamiento el paiente es objeto de seguimiento línio y de tratamientos omplementarios. Garantía de alidad en los tratamientos. Es ampliamente reonoido que los aspetos línios diagnóstio deisión terapéutia indiaión de tratamiento y seguimiento) onjunto a los proedimientos relaionados a los aspetos ténios y físios de los tratamientos radiantes deben ser objeto de ontrol y planeamiento a los efetos de asegurar un tratamiento de alta alidad. Si bien el onepto de garantía de alidad de los aspetos físios de la radioterapia es onoido desde hae tiempo sólo reientemente se ha reonoido que es absolutamente neesario un programa de alidad que reúna tanto las omponentes línias omo físias. El propósito de un programa de garantía de alidad es el monitoreo objetivo sistemátio y doumentado de la alidad de todas las etapas requeridas en el tratamiento del paiente. La alidad en radioterapia está asoiada al logro seguro de la presripión média lo que onlleva a que la dosis deba ser impartida lo más exata y onsistentemente posible. La determinaión del grado de exatitud en la entrega de la dosis ha motivado un análisis ontinuo y detallado. Esta onsideraión se basa fundamentalmente en las diferentes respuestas que presentan los tejidos neoplásios y normales a la radiaión. En este sentido se han disutido observaiones línias relativas a reaiones de tejidos normales y onluyeron que una inertidumbre de un ±7% en la dosis puede resultar inaeptable. La informaión de un entro de atenión transferida a otro on una inertidumbre en la dosis absorbida del ±7% puede involurar riesgos inadmisibles. Interpretando ese valor omo el doble de la desviaión estándar onluyeron que es deseable una exatitud total mínima de ±35%. Adiionalmente para distinguir los resultados de radioterapia mediante estudios omparativos determinaron que la exatitud debe ser ±5% valor por enima del ual se reomienda tomar aiones orretivas. Este valor también resulta de otras reomendaiones ICU ). Para lograr estos niveles de exatitud se requiere una orreta alibraión del equipo de irradiaión una ubiaión fiel y reproduible del paiente y una alta preisión en los proedimientos de álulo dosimétrio. En general la alibraión del equipo de irradiaión de fotones de alta energía se efetúa on ámaras de ionizaión alibradas en un laboratorio primario o seundario de dosimetría. Este tipo de instrumento presenta preisión en las irradiaiones on haes línios y la teoría para interpretar su respuesta está ampliamente desarrollada y entendida. Estos instrumentos también se utilizan para medir distribuiones de dosis on el fin de generar datos para su posterior uso en los sistemas de álulo. Las inertidumbres geométrias relaionadas on la ubiaión del paiente en el equipo de tratamiento y onseuentemente la inorreta obertura del volumen blano de planifiaión y órganos de riesgo adyaentes entre otros volúmenes pueden dar lugar a onseuenias línias inaeptables asoiadas a disrepanias dosimétrias que van más allá de los valores menionados. Este tópio relaionado a las impreisiones geométrias es uno de los desafíos modernos debido espeialmente a que el esalamiento de dosis requiere el onoimiento y el ontrol de las formas y posiiones de los volúmenes de interés. 13

15 El ontrol de alidad dosimétrio de un tratamiento tiene sus eslabones finales en la etapa de tratamiento. Las variables relaionadas diretamente a la dosis impartida y las vinuladas a la posiión de las estruturas sometidas a irradiaión pueden ser monitoreadas on dosimetría invivo y on métodos de imágenes respetivamente. Sin embargo aun garantizada la alibraión del equipo y la orreta disposiión del paiente en las sesiones de tratamiento el logro de la distribuión espaial de dosis presrita todavía depende de la exatitud de los métodos de álulo que se utilien. Esto es debido a que diha distribuión no puede ser medida in vivo on proedimientos fáilmente apliables. Los proedimientos de álulo dosimétrio onforman una etapa previa al tratamiento radiante siendo uno de los eslabones en la planifiaión. Normalmente los álulos son efetuados on los llamados sistemas de planifiaión o planifiadores) de tratamiento. Estos pueden ser omeriales o programas de omputaión desarrollados loalmente o simplemente onstituir un onjunto de algoritmos de ejeuión manual. La mayoría de los planifiadores omputados en uso uentan on un sistema de adquisiión de datos dosimétrios un sistema de adquisiión y proesamiento de imágenes de paientes algoritmos de álulo y métodos de representaión de resultados. El hardware está onstituido básiamente por una omputadora un digitalizador y una impresora entre otros periférios e interfaes 14

16 Capitulo 2 EQUIPAMIENTO DE ADIOTEAPIA Tipos de equipos Los tratamientos de radioterapia se llevan a abo on diferentes tipos de equipos: 1. Equipos de rayos x para terapia oentgenterapia). 2. Equipos de obaltoterapia teleterapia). 3. Aeleradores lineales de eletrones teleterapia). 4. Fuentes radioativasbraquiterapia) Los dos equipos de teleterapia se denominan también equipos de alta energía. Los equipos de alta energía proveen la radiaión ionizante a partir de una fuente radiativa o por la aeleraión y frenado de partíulas 2.2. Equipos de rayos x de baja y media energía oentgenterapia). Los equipos de rayos x empleados en radioterapia onstan de: tubo generador de rayos x y sus elementos asoiados apliadores de distintas longitudes y distintos tamaños de ampo filtros para determinar la alidad de la radiaión y ámaras monitoras. Ofreen bajo rendimiento en profundidad y produen la dosis máxima en la epidermis. La loalizaión y olimaión del haz sobre el paiente se efetúa por medio de apliadores espeiales que forman parte del equipo. Algunos equipos poseen loalizadores espeiales para apliaiones intraavitarias. La dosis en superfiie se puede ontrolar mediante: la tensión del tubo generador la intensidad de orriente el filtrado del haz la distania fuente-superfiie DFS) y el tamaño de ampo. El rendimiento en profundidad se puede ontrolar mediante: la tensión del tubo el filtrado del haz y la distania foo-superfiie Equipos de radioterapia superfiial. Estos equipos utilizados para el tratamiento de lesiones de la piel operan on diferenias de potenial omprendidas entre 10 y 100 kv. La dosis impartida es máxima en la superfiie del uerpo y deae rápidamente en profundidad. Los filtros de aluminio que se oloan diretamente por debajo de la unidad emisora tienen omo fin absorber la radiaión más blanda homogeneizando el espetro de emisión Equipos para radioterapia profunda. Estos equipos operan a una tensión de aproximadamente 250 kv on una distania foo-piel de alrededor de 50 m. Se agregan también filtros tanto de aluminio omo de obre para reduir la radiaión más blanda que afeta inútilmente la piel. Si bien todavía se operan equipos de radioterapia profunda atualmente son obsoletos habiendo dejado de fabriarse hae tiempo. 2.3 Equipos de obaltoterapia. Los aparatos de obaltoterapia disponen de una fuente radioativa de obalto 60 que es un radioelemento artifiial produido en un flujo neutrónio a partir del obalto 59 natural. Esta fuente normalmente ilíndria tiene aproximadamente un tamaño de 2x2 m resultando sus dimensiones del equilibrio entre una atividad aeptable y una penumbra geométria débil. La emisión gamma resultante de estas unidades resulta de la desintegraión del obalto 60. Se ha de tener en uenta que la vida media del obalto 60 es de 5.26 años pues en este periodo se redue a la mitad el número iniial de átomos radioativos por lo ual ada 5.26 años debe ambiarse el ilindro o pastilla de obalto. 15

17 En ontraposiión a los aparatos de rayos X inluso aeleradores en los uales la irradiaión no se iniia hasta que se aplia la tensión en las unidades de obalto la fuente produe de manera onstante rayos gamma. El olimador permitirá la delimitaión del haz y definirá la forma y superfiie de los ampos de irradiaión. Existen también unos movimientos de la mesa de tratamiento en sentido vertial lateral y longitudinal que son omunes on los aeleradores lineales. Los equipos de teleterapia que emplean fuentes enapsuladas de material radiativo se utilizan ininterrumpidamente desde 1952; los primeros fueron fijos y en poo tiempo se introdujeron los equipos rotatorios Figura 3). Fig. 3 Esquema fuente-paiente. Las fuentes enapsuladas empleadas en este tipo de equipamientos uyo esquema se muestra en la Figura 4 son típiamente de atividad omprendida entre 100 y 500 TBq. Fig. 4 Esquema de la fuente de obalto 60. La funión primaria de una unidad de obaltoterapia es entregar una dosis prefijada de radiaión en un volumen bien definido del uerpo. Este objetivo se umple dirigiendo el haz a la zona elegida omo blano y ontrolando la dosis entregada tanto en lo referido al direionamiento y tamaño del haz omo al ontrol del tiempo de exposiión de la fuente. 16

18 Funionamiento. En prinipio una unidad de obalto es simplemente una fuente radiativa ubiada en un gran ontenedor que atúa de blindaje on un dispositivo de apertura y ierre que permite ontrolar la salida del haz útil. En la prátia es una máquina muho más ompleja on unos diez movimientos distintos de rotaión o traslaión independientes además de los de apertura y ierre. En la Figura 5 se muestra el diseño esquemátio de un equipo de obaltoterapia de última generaión. Fig. 5 Esquema de un equipo de obaltoterapia. Los equipos de obaltoterapia onstan prinipalmente de: a) Cabezal. La fuente se enuentra almaenada en un abezal que redue la tasa de exposiión a un nivel aeptable en ualquier punto situado fuera del haz útil. En la Figura 6 se muestra un esquema desriptivo. Se emplean para su onstruión materiales de alto número atómio y densidad elevada tales omo el plomo tungsteno o uranio empobreido. Todo abezal presenta al menos en parte tungsteno y/o uranio prinipalmente en la zona de guarda de la fuente y en las partes móviles que definen el tamaño de ampo olimadores y barras de definiión externas o trimmers). Fig. 6 Cabezal de un equipo de obaltoterapia. 17

19 b) Dispositivos de apertura y ierre. Puesto que no se puede detener la emisión de la fuente radiativa a voluntad omo en el aso de los tubos de rayos x se debe interponer sufiiente blindaje entre la fuente y el paiente en ondiiones de no irradiaión. A tal fin se emplean distintos dispositivos de exposiión/guarda de la fuente esquematizados en la Figura 7. Fig. 7 Dispositivos de apertura y ierre. En la figura 7 el aso a) muestra la fuente ubiada dentro de un drawer que se desliza por aión neumátia llevando a la fuente fuera del blindaje en ondiión de irradiaión y retornándola a la posiión de no irradiaión por aión meánia al final del tiempo de tratamiento o uando por ualquier motivo se interrumpe la presión de aire. En el aso b) la fuente se aloja en un ilindro rotatorio que posiiona a la misma en ondiión de irradiaión haia abajo). En el aso ) la fuente se enuentra fija mientras que quien se desplaza automátiamente es el shutter. Existe un segundo shutter de seguridad que se desplaza manualmente en aso que falle el prinipal. La apertura y ierre del shutter no es instantánea lo que produe un error dosimétrio fundamentalmente en los asos de fuentes de alta atividad para tiempos ortos de tratamiento. ) Colimador. El olimador que puede observarse en la Figura 8 delimita y onforma el haz útil. Está formado por una serie de bloques de uranio o tungsteno que se deslizan de manera ombinada haia o desde el entro del haz permitiendo seleionar ualquier ampo de irradiaión uadrado o retangular normalmente dentro de los límites de 2x2 a 35x35 m 2 a una determinada distania fuente-superfiie DFS). Normalmente las hojas del olimador se deslizan por pares opuestos de modo de modifiar una de las dimensiones del ampo. Los olimadores de hojas múltiples tienen la ventaja de reduir el tamaño de la penumbra pero ésta puede reduirse aún más on el agregado de barras de definiión externas trimmers) que se oloan a ontinuaión de las prinipales. Fig. 8 Colimador. 18

20 Al olimador se inorporan dos dispositivos óptios que ayudan a la orreta ubiaión del paiente: 1. Un loalizador visual del ampo de irradiaión que india el tamaño y posiión del mismo sobre la superfiie del paiente así omo su eje entral. El loalizador de ampo onsta de una lámpara on un filamento muy pequeño oloada de tal forma que reprodue la posiión de la fuente en ondiiones de irradiaión. 2. Un indiador óptio de distania fuente-superfiie. Una prueba importante a realizar en un equipo de teleobaltoterapia es la verifiaión de que el tamaño de ampo a la distania fuente-superfiie indiada por la luz oinida on: La indiaión del tamaño de ampo en el abezal a la distania de alibraión). El tamaño de ampo realmente irradiado sobre la superfiie. El tamaño de ampo físio o dosimétrio que depende del anho de una determinada urva de isodosis a una determinada profundidad. d) Indiadores de posiión de la fuente. Para prevenir exposiiones no deseadas es sumamente importante onoer la posiión de la fuente en todo momento. La fuente posee un indiador meánio de posiión solidario on el drawer en la mayoría de los equipos que asoma por la parte frontal del abezal uando la fuente se enuentra expuesta y se desliza haia el interior uando la fuente se halla en posiión de guarda. Además de esta indiaión visual del estado de la fuente existen sensores adiionales que atúan sobre las señales luminosas indiando una de tres situaiones posibles: fuente en posiión de irradiaión luz roja); fuente totalmente guardada luz verde); fuente detenida en algún punto intermedio situaión anormal - lues roja y verde simultáneamente enendidas). e) Consola de ontrol. La onsola de ontrol muestra omo mínimo informaión de la posiión de la fuente el estado de los enlavamientos y el sistema de ontrol del tiempo de exposiión de la fuente. Los elementos prinipales de una onsola de ontrol son: El panel de ontrol de alimentaión desde el que se eniende el equipo mediante una llave y un interruptor. El panel de ontrol para el tratamiento del paiente uyo omponente esenial es el timer on el que se ontrola el tiempo de exposiión. Provee señales luminosas para indiar la posiión de la fuente y ontiene un botón de parada de emergenia. Dado que a ada ampo de irradiaión asoiado al tratamiento de un paiente le orresponde una posiión fija de la fuente el tiempo de exposiión es la únia variable para ontrolar la magnitud de la dosis de radiaión a impartir. Por ello en equipos modernos se ha inorporado un sistema doble timer que provee la neesaria redundania en el ontrol de los tiempos de exposiión. 19

21 2.4. Equipos aeleradores lineales de eletrones. Los aeleradores lineales se utilizan en radioterapia para produir haes de eletrones o para generar rayos x. Tales rayos x se produen por radiaión de frenado uando un haz de eletrones de alta energía es frenado por blanos de alto número atómio. Alternativamente los propios eletrones pueden emplearse diretamente para tratar tumores más superfiiales. Los equipos apaes de produir este tipo de radiaión son los aeleradores lineales de eletrones LINAC) y se muestra un esquema en la Figura 9. Fig. 9 Esquema de un aelerador lineal de eletrones. El diseño de un aelerador lineal onsta de una seión fija y una rotatoria. La seión fija ontiene el generador de ondas de radiofreuenia klystron o magnetrón) y la unidad de enfriamiento. La seión rotatoria omprende el añón de eletrones la estrutura aeleradora el abezal de tratamiento gantry) y otros dispositivos montados a un brazo giratorio Funionamiento de un aelerador lineal de eletrones. El aelerador lineal es fundamentalmente un tubo ondutor y de una forma de exata para ontener las ondas eletromagnétias. La energía del haz es proporional a la longitud del aelerador y a la intensidad del ampo elétrio dentro de la avidad. Existen dos tipos de aeleradores el de ondas viajeras y el de ondas estaionarias. 1. Aelerador de ondas viajeras. En el aelerador lineal de ondas viajeras las miroondas se inyetan en la seión de entrada y viajan hasta el extremo final de la guía de onda del aelerador y permaneen todo el tiempo en fase on los grupos de eletrones que están siendo aelerados. En el interior de la guía de onda de aeleraión se tienen disos ondutores generalmente de obre on un hoyo en el entro estos disos están en serie a lo largo de la trayetoria del haz de eletrones para mantener la veloidad de fase del ampo de ondas eletromagnétias on la veloidad de los eletrones Figura 10). 20