FUNDAMENTOS FÍSICOS Y ASPECTOS DOSIMETRICOS DE LA RADIOTERAPIA DE INTENSIDAD MODULADA

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Luis Miguel Naranjo Sánchez
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1 12 al 14 Diciembre 2012 FUNDAMENTOS FÍSICOS Y ASPECTOS DOSIMETRICOS DE LA RADIOTERAPIA DE INTENSIDAD MODULADA María Cristina Plazas, Ph.D y PD Profesor Asociado, Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia Física Médica, Instituto de Oncología, Hospital Universitario Fundación Santa Fe de Bogotá

D y PD Profesor Asociado, Departamento de Física, Universidad Nacional de

3 IMRT es una de las técnicas en Radioterapia con mayor auge y difusión en la última década en la que el Físico Médico juega un papel de gran relevancia. IMRT es la entrega de radiación a un paciente a través de campos que tienen una fluencia no uniforme de radiación.

4 IMRT

6 Fundamentos Físicos en IMRT 1. Energías 2. Fluencia 3. Modulación 4. Dosis

7 1. Energías: Rayos X de 4, 6, 15, 18 MeV

8 2. a Fluencia de Fotones (F): Indica el número de fotones que ingresan a una esfera de sección transversal (da) en un instante dado. F = dn/da Unidad (m -2 )

9 2. b Fluencia de Energía (Y): Cantidad de energía de todos los fotones que inciden sobre una esfera de sección transversal (da) Y = dr/da Unidad (J m -2 )

11 3. Modulación

13 MODULACION DE LA FLUENCIA.

14 4. Dosis I( x) I e 0 x

15 Principales características físicas de la IMRT en un acelerador lineal 1. La Intensidad de los haces de radiación depende de la velocidad de desplazamiento de la multiláminas (MLC). 2. La Fluencia es afectada por la transmisión entre las MLC.

16 Principales características físicas de la IMRT en un acelerador lineal 3. Los tiempos de administración de la dosis están directamente relacionados con la fluencia de fotones y con el movimiento sincronizado de las multiláminas

18 1. CALCULO DE LA DOSIS

19 ALGUNOS ALGORITMOS PARA EL CALCULO DE LA DOSIS EN IMRT.

20 Los cálculos basados en modelos se realizan directamente sobre la dosis en el paciente.

21 Beamlet

$El KERNEL corresponde a la fracción de energía que se deposita alrededor de una interacción primaria.$

22 El KERNEL corresponde a la fracción de energía que se deposita alrededor de una interacción primaria. Esta es función del tipo de haz y de la dirección de los fotones. En el KERNEL se tiene implícitamente los valores de retrodispersión del haz y otros factores dependiendo de la densidad del medio.

24 Total radiation Energy Released per Mass. Se define como: Físicamente representa la cantidad de energía de radiación total disponible en r por deposición. El TERMA es una función que depende de la fluencia del haz Y( r ) y del coeficiente de atenuación másico ( r )

26 Pencil Beam

27 La distribución de dosis puede ser calculada utilizando la ecuación de convolución:

28 El TERMA Función de la densidad electrónica y que puede definirse como: T r r r ( ) Y( ) ( )

29 La distribución de dosis es la superposición de los kernel de dispersión de dosis al ser modulados por la cantidad de energía liberada en cada punto irradiado (distribución del terma)

33 1. Criterios Clínicos a. Desviación de la dosis prescrita b. Homogeneidad de dosis c. Dosis Máxima y Dosis Mínima d. Dosis Volumen e. Dosis Media

34 Criterios Clínicos a. Desviación de la dosis prescrita La suma de la desviaciones cuadráticas de las dosis prescritas en cada elemento de volumen (voxel) del Blanco es frecuentemente usado como el objetivo de optimización a minimizar. u y w factores de ponderación (b d i ) Dosis en el voxel i-ésimo debido al elemento del haz de intensidad b (b) F t Función objetivo - Monocriterio

35 Función objetivo multicriterio IPTV=importancia relativa de PTV TPTV= numero de voxels contenidos en el PTV IPRV=importancia relativa de los órganos a riesgo TPTV= numero de voxels contenidos en el PRV

36 Criterios Clínicos a. Homogeneidad de la dosis La IMRT presenta inhomogeneidades aunque no sea una consecuencia necesaria, causada por: Márgenes (conformación y cobertura) Número de haces (puntos calientes) Compensación por estructuras (aumento del gradiente de dosis) Función Objetivo (fuertes restricciones) Distancia

37 Criterios Clínicos c. Dosis Máxima y Dosis Mínima

38 Criterios Clínicos d. Dosis Volumen V30%<D20 V30%<20Gy Dmedia<13Gy

39 2. Criterios Físicos y Técnicos a. Intensidades no negativas b. Dosis depositada con mapas de intensidad con baja variabilidad

40 2. Criterios Físicos y Técnicos a. Intensidades no negativas Problema netamente teórico resultante de las solución a las ecuaciones de optimización de la Función Objetivo. Aunque se predice la existencia teórica de éste fenómeno no se presenta en la práctica clínica.

41 2. Criterios Físicos y Técnicos b. Dosis depositada con mapas de intensidad con baja variabilidad

42 CONCLUSIONES CRITERIOS FISICOS- FUNCION OBJETIVO 1. La Intensidad de los haces de radiación no puede ser negativa aun cuando el modelo matemático lo permita. 2. Los tiempos de administración de la dosis deben ser cortos es decir que la fluencia de fotones por haz debe ser tan alta como sea posible, sincronizada con el movimiento de las multiláminas. 3. El mapa de fluencia debe tener pequeñas variaciones de dosis que sea suave.

45 CANTIDADES A OPTIMIZAR Angulación de los campos Número de campos Fluencia de los fotones Energía de los haces

46 FUNCION OBJETIVO

49 CONTROL DECALIDAD

50 Función Gamma DDM es la tolerancia para la diferencia de dosis, y DdM es la tolerancia para DTA. El criterio de aceptación se convierte entonces en - si γ(rm ) 1, el cálculo pasa, - si γ (rm ) >1, el cálculo falla.

51 TECNICA VMAT

52 Referencias Bibliográficas Khan, Dopke, Hogstrom. Clinical electronbeam Eclipse Algorithms Reference Guide. Varian Medical Systems.Inc., Palo Alto, CA.dosimetry Attix Frank H. Introduction of radiological physics and Radiation Dosimetry, Wiley- VCH, Bortfeld Thomas. Optimized planning using physical objectives and constraints, Seminars in Radiatin Oncology Vol 9, No.1, January, Bortfeld Thomas.Physical optimisation AAPM Course AAPM Report 72, 2001 Leina Gutierrez. Tesis de Maestria Análisis dosimétrico comparativo entre película radiográfica edr2 y arreglo de matriz de diodos en 2D para verificación de tratamientos de radioterapia de intensidad modulada (IMRT), UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA, 2012.

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