PROGRAMA ASIGNATURA PROFESORES Máster Universitario en Ingeniería Biomédica Grandes equipos médicos Dr. Josep M Martí Climent (responsable) Dra. María Fernández Seara Dr. Benigno Barbés Fernández Curso 2013-2014 Idioma Español Semestre 1 Número de ECTS 5 DESCRIPCIÓN En la asignatura de Grandes equipos médicos se analizarán las bases del funcionamiento y las especificaciones más relevantes de los grandes equipos utilizados en las instalaciones médicas pertenecientes a las unidades asistenciales de Medicina Nuclear, Radioterapia y Radiodiagnóstico. Entre estos equipos destacan los que están dedicados al diagnóstico como PET, SPECT, RM, los dedicados a la terapia, como los aceleradores lineales y los equipos de braquiterapia, sin olvidar los sistemas de planificación de los tratamientos y la producción de isótopos radiactivos con un ciclotrón. La asignatura tiene un enfoque eminentemente práctico. Así, los alumnos realizarán prácticas sobre el funcionamiento y las especificaciones de los equipos en la Clínica Universidad de Navarra. Se analizará asimismo la integración de los equipos en las instalaciones del hospital, en cuanto a su uso, gestión, necesidades y requerimientos. CONOCIMIENTOS PREVIOS Los correspondientes a la asignatura de Instrumentación Biomédica del Grado de Bioingenieria. En particular los referentes a: Fundamentos de Física Atómica y Nuclear Interacción de fotones y partículas cargadas con materia Detección y cuantificación de la radiación ionizante Dosis de radiación y efecto biológico de la radiación OBJETIVOS Conocimientos El alumno debe: Conocer el principio de funcionamiento y los componentes de los distintos equipos utilizados en Medicina Nuclear, de un equipo de Resonancia Magnética y de los equipos de Radioterapia
Tener un conocimiento básico de las indicaciones clínicas de la Medicina Nuclear y de la Radioterapia Describir métodos de imagen (estructural y funcional), usando la resonancia magnética Conocer los detalles de las técnicas de radioterapia: planificación, localización del paciente, gestión del movimiento, sistemas de seguridad. Habilidades y actitudes Que el alumno sea capaz de: Comparar críticamente las prestaciones de funcionamiento de los equipos de Medicina Nuclear, radioterapia y resonancia magnética Desarrollar la capacidad de análisis crítico de los equipos para poder proponer líneas de mejora. Aprender a integrarse en los Servicios de Medicina Nuclear, Resonancia magnética y Radioterapia al hacer las prácticas. Realizar de principio a fin, con ayuda de un técnico, un tratamiento completo de radioterapia. Competencias generales y básicas del Máster CG01. Dirigir, planificar y supervisar equipos multidisciplinares. CG02. Realizar investigación, desarrollo e innovación en productos, procesos y métodos. CG07. Gestionar técnica y económicamente instalaciones hospitalarias. CG08. Conocer los métodos y la operativa de laboratorios médicos. CB6. CB7. CB8. CB10. Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación. Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio. Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios. Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo. Competencias Específicas CE09. CE10. CE11. CE12. CE13. Conocer y comprender la gestión y el funcionamiento de los principales equipos médicos de gran volumen empleados en hospitales y centros clínicos. Ser capaz de gestionar equipos multidisciplinares involucrados en el uso y mantenimiento de grandes equipamientos médicos. Analizar sistemas de gestión de instalaciones asociadas equipos médicos de gran volumen y aplicar los conocimientos adquiridos para su mejora. Conocer y comprender el manejo y tratamiento de datos de origen clínico. Generar nuevo conocimiento a través de la integración de datos derivados de distintos análisis.
PROGRAMA Temas Área de Medicina Nuclear 1. Aplicaciones de la Medicina Nuclear (1 hora) Aplicaciones diagnósticas: Gamagrafía, SPECT y PET. Aplicaciones terapéuticas. Fundamentos metabólicos de las aplicaciones de los radiofármacos 2. Equipos pequeños de Medicina Nuclear (1 hora) Fundamentos, aplicaciones y especificaciones de: o El activímetro o La sonda de captación o El detector de pozo o La sonda quirúrgica 3. Producción de radionúclidos y radiofármacos: Ciclotrón y módulos de síntesis (1 hora) Funcionamiento de un ciclotrón. Funcionamiento de los módulos de síntesis. Especificaciones. 4. Gammacámara (2 horas) Partes del equipo. Bases del funcionamiento. Parámetros que influyen en la calidad de la imagen. Especificaciones. 5. SPECT (1 hora) Partes del equipo. Bases del funcionamiento. Parámetros que influyen en la calidad de la imagen. Especificaciones. 6. Tomógrafos PET (1,5 horas) Partes del equipo. Bases del funcionamiento. 7. PET: procesado de imagen y cuantificación (1,5 horas) Parámetros que influyen en la calidad e la imagen. Métodos de cuantificación. 8. Dosimetría del paciente en pruebas de Medicina Nuclear (2 horas) Conceptos de dosimetría. Modelo de estimación de la dosis debida a los radiofármacos: Método MIRD. Ejemplos. 9. Instalación de un Servicio de Medicina Nuclear (2 horas) Integración de los equipos de Medicina Nuclear en las instalaciones del hospital, en cuanto a su uso, gestión, necesidades y requerimientos.
Área de Resonancia Magnética 10. Resonancia Magnética de Imagen (2 horas). Bases del funcionamiento Componentes del equipo Introducción a la resonancia magnética funcional Obtención de imágenes Área de Radioterapia 11. Las radiaciones en el tratamiento del cáncer (2 horas). Introducción: bases de un tratamiento de radioterapia. Interacción de la radiación con el medio biológico radiosensibilidad de los tejidos: ventana terapéutica El haz de radiación Tratamientos 1D Tratamientos 3D Tratamientos IMRT Incertidumbres 12. El haz de radiación (2 horas) Interacción de los fotones con la materia Interacción de los electrones con la materia. El cálculo de dosis Distribución de dosis en profundidad Distribución de dosis lateral: perfiles de dosis Cálculos manuales de dosis en profundidad Algoritmos de cálculo de dosis en volúmenes inhomogéneos: pencil beam, convolución-superposición, Monte Carlo 13. El acelerador lineal de radioterapia (1 hora) Elementos del acelerador: fases generadora, aceleradora y colimadora Movimientos isocéntricos del sistema acelerador-mesa Mesas de tratamiento 3D y 6D Aceleradores con geometría de tomógrafo: Tomotherpy y Vero Otros sistemas de radioterapia externa: Gamma-knife, Cyber-knife y View-Ray Introducción a la protonterapia y hadronterapia 14. Técnicas de planificación (2 horas) Planificación 1D. Simuladores Planificación 3D. Sistemas de planificación (TPS) Planificación por objetivos: IMRT Radioterapia volumétrica (VMAT) Radioterapia a volúmenes reducidos: radiocirugía. Radioterapia adaptativa: matriz de dosis Control respiratorio: técnicas 4D, gating, tracking 15. Braquitepia (1 horas) Uso de los tratamientos de braquiterapia: intracavitaria, intersticial e intraoperatoria Tipos de fuentes encapsuladas Cálculo de dosis en braquiterapia Planificación 3D en tratamientos de braquiterapia.
16. Sistemas de imagen en radioterapia (2 horas) Uso de técnicas de imagen diagnóstica: CT, IMR, US, PET Sistemas hospitalarios de gestión de imágenes: RIS y PACS Fusión de imagen: registro rígido y deformable. Sistemas de imagen con panel plano: kv y MV. Cone Beam CT. Localización por triangulación: imágenes de luz y de rayos X Sistemas de guiado por US 17. Instalación de un Servicio de Oncología Radioterápica (2 horas) Integración de los equipos de Oncología Radioterápica en las instalaciones del hospital, en cuanto a su uso, gestión, necesidades y requerimientos. Investigación en un servicio de radioterapia: características diferenciales de la investigación médica Caso 1: desarrollo de un sistema de dosimetría Caso 2: desarrollo de un sistema de detección de movimientos Prácticas Área de Medicina Nuclear 1. Laboratorio y ciclotrón. (2 horas) Visita a la Unidad de Radiofarmacia. Módulos de síntesis de radiofármacos. Funcionamiento del ciclotrón. 2. Equipos pequeños de Medicina Nuclear. (2 horas) El activímetro. La sonda de captación. La sonda quirúrgica 3. Gammacámara y SPECT. (2 horas) Sistema detector y electrónica. Características de funcionamiento. 4. Tomógrafos PET. (2 horas) Bases de y características de funcionamiento. 5. Cuantificación en PET. (2 horas) Métodos y modelos de cuantificación. Análisis estadístico de imágenes Área de Resonancia Magnética 6. Práctica de RM (3 horas) Obtención de imágenes con maniquíes, utilizando técnicas básicas. Realización de un experimento de resonancia magnética funcional. Área de Radioterapia 7. Funcionamiento y caracterización del acelerador lineal (3 horas) Descripción de las partes de un acelerador lineal Medida de dosis en profundidad, perfil de dosis y tasa de dosis para una energía del acelerador. Modelado del haz de radiación en un planificador comercial 8. Flujo de trabajo en un tratamiento de radioterapia externa (4 horas) Sistemas de inmovilización de paciente Realización de un TC para tratamiento de radioterapia
Cálculo manual de un tratamiento 1D y comprobación sobre un maniquí cúbico Conformación de dosis: plan 2D, 2 campos, 4 campos, 3 campos con cuña Planificación 3D de un plan de próstata Transferencia del plan a un acelerador. Programa de control de tratamiento Movimientos isocéntricos del acelerador lineal. Posicionamiento del paciente y tratamiento en el linac Control de calidad dosimétrico: medida de dosis en un punto con cámara de ionización. 9. Técnicas complejas de radioterapia (2 horas) Planificación inversa por objetivos. Comparación IMRT y VMAT Comprobación del posicionamiento del paciente con imágenes de panel plano Movimientos 6D de la mesa de tratamiento Posicionamiento del paciente por medio de CT de cone beam Comprobación del tratamiento con un sistema de medida volumétrica Uso de imágenes de US en tratamientos de radioterapia externa Medidas de seguridad 10. Braquiterapia (2 horas) Método de implante de semillas de baja tasa Radioterapia con fuentes de alta tasa. Sistema de carga diferida y aplicadores Realización de un plan de braquiterapia. METODOLOGÍA Metodología de trabajo de la asignatura 1.- Clases expositivas: 27 horas (Toda la clase) La asistencia a clase es obligatoria. En estas clases el profesor explicará los aspectos más relevantes de los temas del programa con medios audiovisuales, con una revisión práctica del tema. Unos días antes de cada tema, se pondrán en ADI los documentos que el profesor considere necesarios para el alumno, como las presentaciones de la clase o artículos científicos que desarrollan el tema: Este material deberá ser revisado por el alumno antes de la clase. Cualquier duda puede ser consultada al los profesores en el horario de tutoría. Se trabajan los objetivos de conocimientos 2.- Prácticas: 24 horas (grupos de hasta 6 alumnos) Las prácticas son obligatorias. Se realizarán 10 prácticas con equipos de Medicina Nuclear, Resonancia Magnética y Radioterapia. Durante las prácticas los alumnos trabajarán por grupos de hasta 6 alumnos y redactarán un informe las prácticas, según explicará el profesor el primer día de clase. Se trabajan los conocimientos. Se trabajan las habilidades y actitudes. 4.- Tutoría (2 horas)
Los alumnos podrán acudir a la tutoría previa cita con el profesor para resolver dudas que hayan podido surgir en relación a la asignatura. Se trabajan los objetivos de conocimientos. 5.- Trabajo personal del alumno: 45-75 horas. Tiempo dedicado al estudio de la asignatura y la preparación de las distintas actividades formativas. Análisis de los datos experimentales: Trabajo personal del alumno que consistirá en analizar los datos adquiridos en las sesiones prácticas. Para ello utilizará el material dado en las clases teóricas y consultará fuentes bibliográficas relacionadas con la asignatura. Se trabajan los objetivos de conocimientos. Se trabajan los objetivos de habilidades y actitudes 6.- Evaluación: 2 horas El modo de evaluación se describe en el apartado "Evaluación". Demostrar mediante todas las pruebas, si se han alcanzado los objetivos de la asignatura. PLAN DE SESIONES Y OTRAS ACTIVIDADES Los días lectivos quedan establecidos por la Dirección del Máster. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 1) CONVOCATORIA ORDINARIA Área de Medicina Nuclear (45 %) La asistencia y participación en las clases (20% de la nota) Informe de las prácticas (20% de la nota) Examen, de los temas 1 a 9 (30% de la nota) Fecha y hora: A determinar Duración: 1 hora 4 preguntas de tema a desarrollar. Presentación del trabajo de grupo (30% de la nota) Se dispondrá, en ADI, de la rúbrica sobre el trabajo. Se realiza una única presentación (en power point) por grupo. Todos los integrantes realizan una parte de la presentación. La nota será individual. Área de Resonancia magnética (10 %) La asistencia y participación en los seminarios teóricos y prácticas (50%de la nota). Se controlará mediante un registro de asistencia.
Informe de la práctica (de presentación obligatoria) (50% de la nota) Área de radioterapia (45 %) La asistencia y participación en las clases (20% de la nota) Informes de las prácticas (40% de la nota) Examen, de los temas 11 a 17 (40% de la nota) Fecha y hora: A determinar Duración: 1 hora Preguntas tipo test y de respuestas cortas NOTA FINAL DE LA ASIGNATURA La nota final de la asignatura, será el resultado de la suma porcentual de las notas obtenidas en cada una pruebas y áreas anteriormente citadas. Se requiere superar un 40 % de la evaluación en cada una de las áreas para superar la asignatura. Si no ha entregado el informe de prácticas, la calificación será no presentado. Si no se presenta el trabajo de grupo, la calificación será no presentado. Si no se presenta a alguno de los dos exámenes, la calificación será no presentado. 2) CONVOCATORIA EXTRAORDINARIA Se mantienen las notas obtenidas en la convocatoria ordinaria de: participación en clase, informe de prácticas y presentación del trabajo. Se realizarán dos exámenes, manteniéndose los porcentajes de las notas que en la convocatoria ordinaria. Fecha, hora y aula: a determinar. Informará Dirección del Máster. 3) ALUMNOS REPETIDORES Se les considera como si hicieran la asignatura por primera vez. Por lo que se les evaluará según los criterios de la convocatoria ordinaria y extraordinaria. BIBLIOGRAFÍA Y RECURSOS Bibliografía recomendada SR Cherry,J Sorenson, M Phelps Simon R. Physics in Nuclear Medicine. Editado por SR Cherry,J Sorenson, M Phelps, Editorial Elsevier, Philadelphia, 2012 The Basics of MRI, Joseph P. Hornak, Ph.D. http://www.cis.rit.edu/htbooks/mri/index.html Principles of Nuclear Magnetic Resonance Microscopy Paul Callaghan. Oxford Science Publications, New York 1991. Magnetic Resonance Imaging: Physical Principles and Sequence Design. Haacke,
Brown, Thompson, Venkatesan. Jhon Wiley & Sons, New York 1999. Michael Goitein, Radiation Oncology: a Physicist's-eye View. Springer, 2008 Diego Azcona, Caracterización experimental de núcleos de convolución en radioterapia con modulación de intensidad, 2009 Fundamentos de Física Médica, Vol.3, SEFM, 2012 E.B. Podgorsak, Radiation Oncology Physycs: A handbook for teachers and students, International Atomic Energy Agency, Vienna, 2005 Bibliografía de consulta SPECT Single-photon Emission Computed Tomography: A Primer by Robert J. English and Susan E. Brown Tomografía en Medicina Nuclear. ML Cabrejas Nuclear Medicine Physics. The basics. Ramesh Chandra Documentos en ADI El profesor pondrá en ADI artículos científicos que desarrollan diversos temas. También se facilitarán por el mismo medio los libros de consulta que están disponibles en formato pdf.