Metrología Radiaciones Ionizantes

Jornada Día de la Metrología 20 de Mayo 2013 INTI

Margarita Saraví C.N.E.A

METR OL OGÍA DE R A DIA CIONES IONIZA NTES: D O S IM IME E T R ÍA 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.

METR OL OGÍA DE R A DIA CIONES IONIZA NTES: D O S IM IME E T R ÍA 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.

METR OL OGÍA DE R A DIA CIONES IONIZA NTES: D O S IM IME E T R ÍA

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

A plicaciones d e la l a s 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)

A plica plicacion cion e s d e la l a s 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.

METR OL OGÍA DE R A DIA CIONES IONIZA NTES: DO SIMETR ÍA : N IVEL RA DIOTER A PIA 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

METR OL OGÍA DE R A DIA CIONES IONIZA NTES: DO SIMETR ÍA : N IVEL RA DIOTER A PIA 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

METR OL OGÍA DE R A DIA CIONES IONIZA NTES: DOSIMETRÍA NIVEL RA DIOTERA PIA EXTERNA

El medio de interés es el agua: Dw 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 Daire = Q/m. (W/e)aire Dw = Daire . (S/ρ)w, aire

METR OL OG ÍA DE R A DIA CIONES IONIZA NTES: 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

METR OL OGÍA DE R A DIA CIONES IONIZA NTES: DOSIMETRÍA NIVEL RA DIOTERA PIA EXTERNA Calorimetría: Dw = cp ∆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


Calorimetría: ii)calorímetro de agua:Dw = cp ∆T Para Dw = 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


Condiciones de calibración de cámaras de ionización (en cobalto 60) Maniquí

agua

Tamaño del maniquí

30cmx30cmx30cm

Distancia Fuente-Cámara

100 cm

Tempertura de referencia T0

200 C

Presión atmosférica P0

101,325 kPa

Humedad relativa del aire

50%

Punto de referencia

centro de la cavidad, sobre el eje


Cantidad de máquinas de megalvotaje en Argentina: 117 80 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%

METR OL OG ÍA DE R A DIA CIONES IONIZA NTES: DOSIMETR ÍA –RDIOTERA PIA EXTE RNA



Equipo de telecobaltoterapia

METR OL OG ÍA DE R A DIA CIONES IONIZA NTES: DOSIMETR ÍA –RDIOTERA PIA EXTE RNA



Acelerador lineal

L ab o rato ri o d e Calib rac ión Do s im é tr ic a de CNEA (CRRD). Cap acid ades d e c alibrac ión



Calibración en aire, cobalto 60

L ab o rato ri o d e Calib rac ión Do s im é tr ic a de CNEA (CRRD). Cap acid ades d e c alibración



Calibración en agua, cobalto 60


NIVEL RA DIOTERA PIA (extern a)

ENERGÍA DEL COBALTO 60 (acreditado por el OAA, desde el año 2004)

Patrón secundario N.E. 2611 (0,6 cm3) 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 NKaire es 0,9% (k=2) y para Dw es 1,2% (k=2)

L ab o rato ri o d e Calib rac ión Do s im é tr ic a de CNEA (CRRD). Capacid ades m etrológic as

NIVEL RA DIOTERAPIA (extern a)

Rayos X de energías medias (100 – 300 kV): terapia convencional - Patrón secundario N.E. 2611 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, NKaire es 1,2% (k=2)

METR OL OG ÍA DE R A DIA CIONES IONIZA NTES: DOSIMETRÍA

Radioterapia externa

METR OL OGÍA DE R A DIA CIONES IONIZA NTES: 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, NKaire, en un haz de 60Co Dw = MQ . NK,Co .(1-g) . km . katt . kcel . sw, air . pq b) Protocolo basado en el coeficiente de calibración en términos de dosis en agua, ND,w, en un haz de 60Co Dw = MQ . ND,w kQ, Q0 La incertidumbre de Dw es rayos X altas energías

0,9% en 60Co y

1,5% para

L ab o rato ri o d e Calib rac ión Do s im é tr ic a de CNEA (CRRD). Cap acid ades d e c alibración NIVEL RA DIOTERA PIA : BRA QUITERAPIA

- 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 137Cs, y de 192Ir - Capacidades de calibración: cámara de pozo-electrómetro en energía del 137Cs, aprox. 3 cámaras/año fuentes selladas (tubos) de 137Cs de baja tasa de dosis. aprox. 9 servicios totalizando 60 fuentes/año fuentes selladas de altas tasa de dosis, de 192Ir: aprox: 3 servicios/año . SÓLO 6 EQUIPOS DE ALTA TASA EN EL PAÍS

L ab o rato ri o d e Calib rac ión Do s im é tr ic a de CNEA (CRRD). Cap acid ades d e c alibración NIVEL RA DIOTERA PIA : BRA QUITERAPIA Cám ara de po zo Patrón Sec u n d ario Stand ard Im agin g

Cám ara d e po zo p ara b raq u iter ap ia

L ab o rato ri o d e Calib rac ión Do s im é tr ic a de CNEA (CRRD). Cap acid ades d e c alibrac ión

Nivel Radiop rotecc ión: el objetivo es co ntro lar los valo res d e do sis a los q ue están expu esto s lo s pacientes, los trabajado res ocu pacio nalm ente exp uest os y el públic o en g eneral.

Magnitudes de interés: Kerma en aire, Kaire , en Gy Dosis equivalente ambiental H*, en Sv Dosis equivalente personal HP(10), en Sv


Nivel Radio pr otecc ión:

Patrón Secundario N.E. 2575 (600 cm3) Trazable al BIPM para H*, en 137Cs y 60Co Trazable al PTB para Kaire en 137Cs , 60Co y rayos X energías medias Serie ISO 4037

L ab o rato ri o d e Calib rac ión Do s im é tr ic a de CNEA (CRRD). Cap acid ades d e c alibración NIVEL RA DIOPROTE CCIÓN Sala de calilb ración Irradiado r gam m a dual Hopewell Design s 137 Cs y 60 Co

L ab o rat o ri o d e Calib rac ión Do s im é tr ic a d e CNEA (CRRD) Nivel Radio pro tección i) Detectores de radiación para control de áreas en términos de H* - 137Cs (662 keV) y 60Co (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 Kaire: 37Cs y 60Co Incertidumbre 6% (k= 2)

L ab o rat o ri o d e Calib rac ión Do s im é tr ic a d e CNEA (CRRD). Capacid ades m etro lóg ic as ii)

Dosímetros personales de película o TLD, en términos de HP(10) 137Cs (662 keV) y 60Co (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 137Cs y 60Co Incertidumbre 7% para rayos X Serie W

L ab o rat o ri o d e Calib rac ión Do s im é tr ic a d e CNEA (CRRD). Capacid ades m etro lóg ic as ii)

Dosímetros personales electrónicos, en términos de HP(10) 137Cs (662 keV) y 60Co (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 137Cs y 60Co Incertidumbre 7% para rayos X Serie W

L ab o rat o ri o d e Calib rac ión Do s im é tr ic a d e CNEA (CRRD). Capacid ades m etro lóg ic as ii) Irradiación calibrada dosímetros personales en términos de Kaire 137Cs (662 keV) y 60Co (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 137Cs y 60Co Incertidumbre 7% para rayos X Serie W

L ab o rat o ri o d e Calib rac ión Do s im é tr ic a d e CNEA (CRRD). Capacid ades m etro lóg ic as

Radiación beta Calibración de dosímeros pesonales para energías de 90Sr

+ 90 Y, en términos de HP (0,07) : en ensayo

Irradiador beta Patrón Secundario Trazable al PTB

L ab o rato rio d e Calib rac ión Do s im é tr ic a de CNEA (CRRD). Capacid ades m etrológic as NIVEL RA DIODIA GNÓSTICO El ob jetivo es la ob tenc ión d e im ágen es d e buen a calidad dism inuy end o la dos is en el paciente y trabajado res exp uestos

Convencional y TC (35 - 150 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 .........

L ab o rato rio d e Calib rac ión Do s im é tr ic a de CNEA (CRRD). Capacid ades m etrológic as NIVEL RA DIODIA GNÓSTICO El ob jetivo es la ob tenc ión d e im ágen es d e buen a calidad dism inuy end o la dos is en el paciente y trabajado res exp uestos

Convencional y TC (35 - 150 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

L ab o rato ri o d e Calib rac ión Do s im é tr ic a de CNEA (CRRD). C alidades de radiación en radiodiagnóstico CALIDAD

ORIGEN

FILTRO ADICIONAL

APLICACIONES

RQR

Haz emergente del equipo

RQA

Haz con filtro adicional

Al

Mediciones detrás del paciente (sobre intensif de imagen)

RQT


Cu

TC, mediciones en aire libre

RQR-M

Haz emergente del equipo

RQA-M


Radiografía general, dental, fluoroscopía, mediciones en aire

Mamografía, mediciones en aire libre Al

Estudios mamografía

In terc o m p arac io n es d o s im é tr ic as

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 (137Cs y 60Co) : 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

L ab o rato ri o d e Calib rac ión Do s im é tr ic a de CNEA (CRRD): Verificación de d os is en radioterapia po r TLD

D = M * N * klineal * kfading * kenergía * ksoporte M – lectura TLD N (Gy/u de lectura) – coeficiente de calibración del sistema de TLD klin -corrección por respuesta no lineal kfad – corrección por fading kengy - corrección por respuesta a energía (rayos X y electrones de altas energías) Fading y = 0.9559 + (1-.9559) * exp[-ln(2)*(t-7)/18.3]

khold - correción por presencia del soporte de TLD

1,04 1.030

1.04

1.025

1.03

1.020

g n i d a e R

1,02 0,98

1.015

1.02

e v i t a l e

y g n

1.010

Lineal (Serie1)

1.00

1.005

0.99

1.000

0.98

0.995

0,94

R

0.450

0.97 1.200

Lseg Serie4

0,96

e

f

1.01

LCtrl1 LCtrl2

1,00

1.400

1.600

1.800

2.000

Dose /Gy

2.200

2.400

2.600

0,92 0 0.500

0.550

0.600 D2010

0.650

50

100

0.700

Time (d)

150

L ab o rato rio d e Calib rac ión Do s im é tr ic a de CNEA (CRRD): Verificación de d os is en radio terapia p or TLD

PASO 1: fotones de alta energía condiciones de referencia

10 cm

Campo: 10 x 10 cm 2 SSD o SAD TLD a 10 cm

PASO 2a: condiciones de referencia y no referencia sobre el eje 10 cm

1. 7 x 7 cm2, 20 x 20 cm2, 7 x 20 cm2 2. cuña: 10 x 10 cm2, 7 x 20 cm2 3. 10 x 10 cm2 , normal SSD

Resu ltado s d e la verificación d e do sis en 50 centro s d e rad io ter ap ia (añ o 2010)

RESULTS OF TLD AUDITS FOR RADIOTHERAPY YEAR 2010 10,0%

8,0%

6,0%

4,0%

% V2,0% E D0,0% E S -2,0% O D

0

10

20

30

40

50

60

REF 10x10 7X7

-4,0%

20X20 7X20

-6,0%

10X10 WITH WEDGE Lineal (Sup lim)

-8,0%

Lineal (Inf lim)

-10,0%

PARTICIPANT

PASO 2b: Haces de electrones a dref sobre el eje (6-9 MeV, 10-15 MeV)

dref

1. 6 x 6 cm2, normal SSD 2. 10 x 10 cm2, normal SSD 3. 10 x 10 cm2, diferente SSD

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

SSD/SAD setup

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

11 TLDs por haz

PASO 3: Haces de fotones en condiciones de referencia y de no referencia fuera del eje

Parte 2: Campos asimétricos

2 TLDs

10 cm

5 cm 5 cm

SSD/SAD setup

1. 1 TLD: 10 x 10 cm2 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 cm2 con cuña 6. 1 TLD: 10 x 10 cm2 sobre el eje, abierto 8 TLDs por haz

10 cm

m m c c 5 0 1 1

m c 0 1

m c 5

5 cm

5 cm 10 cm

Campo1: Referencia

Campo 2: MLC campo pequeño

Campo 3: MLC “Y Invertida”

5 cm 5 cm

5.6 cm

10 cm

Campo 4: MLC “Circular” field

Campo 7: Pequeño rectangular

m c 5

10 cm

Campo 5: MLC “Irregular”

m 5 c

2 cm

m c 5 . 2 m c 5

m c 5 . 2

C ampo 6: MLC “Irregular” con cuña

Verificación dosimétrica para campos irregulares con MLC

Paso 5: Verif ic ación d o s im é tr ic a en p res en c ia d e heterog eneidades u sando fanto m a sólido

2 cm

2 cm

2 cm

m c 0 1 m c 5 1

m c 0 1 m c 5 1

5 cm

2 cm 2 cm

2 cm

2 cm

2 cm

2 cm 15 cm

5 cm

m c 5 1

5 cm

2 cm

15 cm

m c 0 1

Lung

Bone

2 cm 2 cm 2 cm 2 cm 2 cm

15 cm

Paso 6: Veri fic aci ón Do s im é tr ic a 2D p ara c am p o s p eq u eñ o s c o n ML C Radiochromic film irradiation

TLD irradiation

Gantry

Gantry

Direction of leaf movement 2 cm

c m 5

Direction of leaf movement 2 cm

c m 5

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).



Equipode telecobaltoterapia

G am m a K n i f e

Metrología Radiaciones Ionizantes

Recommend Documents