4 to Congreso de Radioquimioterapia y Braquiterapia 7ª Jornada de Física Médica DOSÍMETROS LUMINISCENTES ÓPTICAMENTE ESTIMULADOS Y SU APLICACIÓN EN DOSIMETRÍA IN VIVO EN RADIOTERAPIA E. Meca Castro 1, V. Bourel 1, A. Melo 1 1 Centro Especializado en Terapia Radiante. Buenos Aires - Argentina Email: edarmeca@gmail.com Córdoba - Argentina 2013
INTRODUCCIÓN Banda de conducción f a T1 a T2 N 1,n 1 a R I OSL N 2,n 2 X H,h B Banda de valencia Conceptos básicos en el proceso de OSL: Un electrón capturado en la trampa es ópticamente excitado hacia la banda de conducción y despreciando reatrapamiento, entonces el electrón se recombina en el centro de recombinación R en el que un fotón es emitido. (Tomada de Chen. R et al)
OBJETIVOS Estudiar las características dosimétricas de los cristales luminiscentes ópticamente estimulados dopados con carbono (Al 2 O 3 :C), para su utilización en dosimetría in vivo en radioterapia.
EQUIPAMIENTO E INSTRUMENTAL - Cristales luminiscentes ópticamente estimulados del óxido de aluminio dopados con carbono (Al 2 O 3 :C) - Acelerador lineal marca Siemens modelo Mevatron - Equipo de alta tasa de dosis marca Nucletron modelo microselectron - Unidad de teleterapia de 60 Co marca Teradi modelo 800 - Fantoma seccionado de agua sólida - Fantoma cilíndrico lleno de agua - Lector microstar de Landauer Inc. - Cámara de ionización cilíndrica de 0,6cm 3 marca NE modelo 2571 - Electrómetro marca Keithley modelo 35614 - Annealing óptico - Cuñas - Otros
1. Calibración del sistema de lectura (lector microstar)
1. Calibración del sistema de lectura (lector microstar) 1.1 Calibración lineal - Dosis = 1cGy - 300cGy 1.2 Calibración no lineal - Dosis = 5cGy - 1500cGy - DFS = 95cm - Z = 5cm - Gantry = 0 o - Colimador = 0 o - Tamaño de campo = 10x10cm 2
1. Calibración del sistema de lectura (lector microstar) - Curva de calibración estándar o lineal del lector microstar. - Las incertidumbres encontradas en las fluctuaciones de la señal fueron menores a 0,5% para dosis por debajo de los 10cGy, y menores a 0,26% para dosis por encima de 10cGy.
1. Calibración del sistema de lectura (lector microstar) - Curvas de calibración no lineal del lector microstar. - Las incertidumbres encontradas en las fluctuaciones de la señal fueron menores a 0,97% para dosis por debajo de los 50cGy, y menores a 0,21% para dosis por encima de 50cGy. - Viamonte et al en el 2008 reportaron que la incertidumbre en la señal del lector es aproximadamente 1%, mientras que Miller y Murphy en el 2007 reportaron una incertidumbre de 0,5%.
2. Caracterización dosimétrica de los OSLD 2.1 Dependencia con la energía - DFS = 100cm (ALE) - DFS = 80cm ( 60 Co) - Z = máximo - Gantry = 0 o - Colimador = 0 o - Tamaño de campo = 10x10cm 2 - Para el 192 Ir d = 7,171cm - Dosis = 100cGy
2. Caracterización dosimétrica de los OSLD 2.1 Dependencia con la energía - Desviaciones de 0,9% y 1,6% entre los fotones de 60 Co y fotones de 6MV y 15MV respectivamente. - Desviaciones de 1,94% entre fotones de 60 Co y electrones de 7, 9, 10 y 12 MeV. - Jursinic (2007) y Viamonte et al (2008) reportaron desviaciones menores a 1%. - Desviación de 6,55% para la energía de 192 Ir. Jursinic (2007) reportó un 6%.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN 2. Caracterización dosimétrica de los OSLD 2.2 Linealidad con la dosis - DFS = 95cm - Z = 5cm - Gantry = 0o - Colimador = 0o - Tamaño de campo = 10x10cm2 - Dosis = 5cGy - 2000cGy - Modelo teórico Dosis(cGy) = 9x10-9 + 103 C 6x10-14 C2
2. Caracterización dosimétrica de los OSLD 2.2 Linealidad con la dosis - Respuesta lineal hasta los 300cGy, por encima de esta se encontró una pequeña supralinealidad. - Yukihara et al en el 2008 encontraron supralinealidad por encima de 1Gy, mientras que Jursinic en el 2007 por encima de los 300cGy. - Incertidumbres en las medidas de ±1,03%.
2. Caracterización dosimétrica de los OSLD 2.3 Respuesta al incremento de la dosis - DFS = 95cm - Z = 5cm - Gantry = 0 o - Colimador = 0 o - Tamaño de campo = 10x10cm 2 - Dosis = 50cGy - 500cGy
2. Caracterización dosimétrica de los OSLD 2.3 Respuesta al incremento de la dosis - Los OSLD demostarron ser precisos en un ±2% por cada incremento de 50cGy. - Jursinic en el 2007 y Homnick en el 2008, demostraron que la sensibilidad de los OSLD es estable hasta aproximadamente 20Gy.
2. Caracterización dosimétrica de los OSLD 2.4 Dependencia angular - DFS = 95cm - Z = 5cm - Gantry = 90 o - Colimador = 0 o - Tamaño de campo = 10x10cm 2 - Dosis = 100cGy - Giros de 15 o
2. Caracterización dosimétrica de los OSLD 2.4 Dependencia angular - Desviaciones menores a 1,65%. - J. Kerns en el 2010 reportó desviaciones menores a 1%.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN 2. Caracterización dosimétrica de los OSLD 2.5 Dependencia con la tasa de dosis - DFS (100cm-400cm) - Z = 5cm - Dosis = 100cGy - Gantry = 90o - Colimador = 0o - 11 tasas de dosis
2. Caracterización dosimétrica de los OSLD 2.5 Dependencia con la tasa de dosis - Desviación mínima a 2%. - Schembri y Heijmen(2007) y Viamonte (2008) reportaron resultados semejantes.
2. Caracterización dosimétrica de los OSLD 2.6 Dependencia con el tamaño de campo - DFS = 95cm - Z = 5cm - Gantry = 0 o - Colimador = 0 o - 14 Tamaños de campo diferentes - Dosis = 100cGy
2. Caracterización dosimétrica de los OSLD 2.6 Dependencia con el tamaño de campo - Desviación mínima a 2%. Resultados semejantes a los reportados a Danzer et al (2007).
2. Caracterización dosimétrica de los OSLD 2.7 Dependencia con el material absorbente (cuñas) - DFS = 95cm - Z = 5cm - Gantry = 0 o - Colimador = 0 o, 90 o, 270 o - 4 cuñas (15 o, 30 o, 45 o, 60 o ) - Dosis = 100cGy - Desviación mínima a 3%. Resultados semejantes a los reportados a Danzer et al (2007).
3. Desvanecimiento óptico debido a la lectura y blanqueo óptico (bleaching) - 30 lecturas consecutivas - Modelo matemático (Jursinic) S(n) = S(n=0). f n S(n) = S(n=0).(1 -a.n) = S(n=0) -S(n=0).a.n
3. Desvanecimiento óptico debido a la lectura y blanqueo óptico (bleaching) - 3 horas consecutivas, para liberar más del 95% de las trampas.
3. Desvanecimiento óptico debido a la lectura y blanqueo óptico (bleaching) - Una regresión lineal de estos datos da una intersección de 0,9968, con pendiente de -0,0003, y una desviación estándar residual de 0,32%. - La señal OSL disminuye apróximadamente 0,04% por lectura, con incertidumbres de 0,3%. -Jursinicenel2007yJ.Kerns enel2010,reportaronunadisminucióndelaseñalluminiscentede0,2%y0,15%. - LaseñalOSLresidualde cadadosímetrodespués del blanqueoóptico,fuemenoral0,6% de laseñaloriginal -J.Kerns enel2010,reportóunaseñaloslresidualmenora0,3%delaseñaloriginal.
4. Calibración dosimétrica de los OSLD 4.1 Factores de calibración para 6MV -DFS = 100cm - Z = máximo - Gantry = 0 o - Colimador = 0 o - Tamaño de campo = 10x10cm 2 - Dosis = 5-2000cGy
4. Calibración dosimétrica de los OSLD 4.2 Factores de calibración para 15MV -DFS = 100cm - Z = máximo - Gantry = 0 o - Colimador = 0 o - Tamaño de campo = 10x10cm 2 - Dosis = 5-2000cGy
4. Calibración dosimétrica de los OSLD 4.3 Factores de calibración para 60 Co -DFS = 80cm - Z = máximo - Gantry = 0 o - Colimador = 0 o - Tamaño de campo = 10x10cm 2 - Dosis = 10-300cGy
4. Calibración dosimétrica de los OSLD 4.4 Factores de calibración para electrones (9MeV) -DFS = 100cm - Z = máximo - Gantry = 0 o - Colimador = 0 o - Cono = 10x10cm 2 - Dosis = 10-300cGy
4. Calibración dosimétrica de los OSLD 4.5 Factores de calibración para 192 Ir -z = 7,171cm - Dosis = 0,5-200cGy
5. Determinación de la dosis con OSLD Dosis = L.F µ.fc.fc OSLD. F. F i L es la lectura del OSLD F u es el factor microstar FC OSLD es el factor de calibración para la energía trabajada F i los factores de dependencia
CONCLUSIONES 1. Los cristales Al 2 O 3 :C presentan una alta precisión y exactitud en la medición de la dosis, son de pequeño tamaño, presentan mínima dependencia con la energía, ángulo de irradiación, tasa de dosis, tamaño de campo, y material absorbente. Asimismo se pueden leer mucho después de la irradiación. 2. Los OSLDs son reutilizables, el proceso de lectura es menor a 1 minuto, la lectura es por estimulación óptica, y debido a su bajo buildup intrínseco pueden ser colocados en la superficie de la piel. Por tanto, OSLDs pueden ser utilizados en la dosimetría in vivo, siendo una gran herramienta en el programa de garantía de calidad garantizando el óptimo tratamiento de los pacientes, permitiendo de este modo contribuir al desarrollo tecnológico y la mejora de la cultura de seguridad radiológica.
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA [1] M. S. Akselrod, V. S. Kortov, D. J. Kravetsky, and V. I. Gotlib, High sensitivity thermoluminescent anion-defective Al 2 O 3 :C crystal detectors, Radiat. Prot. Dosim. 32, 15-20 (1990). [2] M. S. Akselrod, V. S. Kortov, and E. A. Goreleva, Preparation and properties of α-al 2 O 3 :C, Radiat. Prot. Dosimetry 47, 159-164 (1993). [3] G. Kitis, J. G. Papadopoulos, S. Charalambous, and J. W. N. Tuyn, The influence of heating rate on the response and trapping parameters of α-al 2 O 3 :C, Radiat. Prot. Dosimetry 55, 183-190 (1994). [4] V. S. Korvov, I. I. Milman, V. I. Kirpa, and J. Lesz, Some features of α-al 2 O 3 :C dosimetric thermoluminescent crystals, Radiat. Prot. Dosimetry 55, 279-283 (1994). [5] B. G. Markey, L. E. Colyott, and S. W. S. McKeever, Time-resolved optically stimulated luminescence fromα-al 2 O 3 :C, Radiat. Meas. 24, 457-463 (1995). [6] M. J. Austin, An Optically stimulated luminescence dosimeter for in vivo radiotherapy dosimetry, M.Sc., Faculty of Medical and Human Sciences, University of Manchester, Manchester, United Kingdom (2007).
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA [7] P. A. Jursinic, "Changes in optically stimulated luminescent dosimeter (OSLD) dosimetric characteristics with accumulated dose" Med. Phys. 37(1): 132-140 (2010). [8] C. A. Perks, C. Yahnke, and M. Million, Medical dosimetry using Optically Stimulated Luminescence dots and microstar readers, 12th International Congress of the International Radiation Protection Association (2008). [9] P. A. Jursinic, Characterization of optically stimulated luminescent dosimeters, OSLDs, for clinical dosimetric measurements, Med. Phys. 34(12), 4594 4604 (2007). [10] E. G. Yukihara, and S. W. S. McKeever, "Optically stimulated luminescence (OSL) dosimetry in medicine." Phys. Med. Biol. 53(20): 351-379 (2008). [11] J. R. Kerns, Characterization of optically stimulated luminescent detectors in photon and proton beams for use in anthropomorphic phantoms M.Sc., School of Biomedical Sciences at Houston The University of Texas, Houston (2010). [12] J. Danzer, C. Dudney, R. Seibert, B. Robison, C. Harris and C Ramsey, Optically stimulated luminescence of aluminum oxide detectors for radiation therapy quality assurance, 49th AAPM Meeting, 22-26 July (2007).