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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
12 al 14 Diciembre 2012
IMRT es la
entrega de radiación a
un paciente a través
de campos que tienen
una fluencia no
uniforme de radiación.
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
Fundamentos Físicos en IMRT
1. Energías
2. Fluencia
3. Modulación
4. Dosis
1. Energías:
Rayos X de
4, 6, 15, 18 MeV
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)
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)
3. Modulación
MODULACION DE LA FLUENCIA.
4. Dosis
xeIxI 0)(
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.
3. Los tiempos de administración de la dosis
están directamente relacionados con la
fluencia de fotones y con el movimiento
sincronizado de las multiláminas
Principales características físicas de la IMRT en un acelerador lineal
1. CALCULO DE LA DOSIS
ALGUNOS ALGORITMOS PARA EL CALCULO DE LA DOSIS EN IMRT.
Los cálculos basados en modelos se realizan directamente sobre la dosis en el paciente.
Beamlet
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.
Se define como:
( )́r
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 del coeficiente de atenuación másico
( )́rY
Total radiation Energy Released per Mass.
Pencil Beam
• La distribución de dosis puede ser calculada utilizando la ecuación de convolución:
El TERMA Función de la densidad electrónica y que puede definirse como:
( )́ ( )́ ( )́T r r r
Y
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)
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
a. Desviación de la dosis prescrita
Criterios Clínicos
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
)(bdi
Dosis en el voxel i-ésimo debido al elemento del haz de intensidad b
)(bFtFunción objetivo - Monocriterio
• 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
Función objetivo multicriterio
a. Homogeneidad de la dosis
Criterios Clínicos
Distancia
• Márgenes (conformación y cobertura)
•Número de haces (puntos calientes)
•Compensación por estructuras
(aumento del gradiente de dosis)
•Función Objetivo (fuertes restricciones)
La IMRT presenta inhomogeneidades aunque no sea una consecuencia necesaria, causada por:
c. Dosis Máxima y Dosis Mínima
Criterios Clínicos
d. Dosis Volumen
Criterios Clínicos
V30%<D20
V30%<20Gy
Dmedia<13Gy
2. Criterios Físicos y Técnicos
a. Intensidades no negativas
b. Dosis depositada con mapas de
intensidad con baja variabilidad
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.
2. Criterios Físicos y Técnicos
b. Dosis depositada con mapas de
intensidad con baja variabilidad
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.
• Angulación de los campos
• Número de campos
• Fluencia de los fotones
• Energía de los haces
CANTIDADES A OPTIMIZAR
FUNCION
OBJETIVO
CONTROL DECALIDAD
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.
TECNICA VMAT
Referencias Bibliográficas • Khan, Dopke, Hogstrom. Clinical electronbeam
• Eclipse Algorithms Reference Guide. Varian Medical Systems.Inc.,
Palo Alto, CA.dosimetry. 2008.
• Attix Frank H. Introduction of radiological physics and Radiation Dosimetry, Wiley- VCH, 2004.
• Bortfeld Thomas. Optimized planning using physical objectives and constraints, Seminars in Radiatin Oncology Vol 9, No.1, January,
1999.
• Bortfeld Thomas.Physical optimisation AAPM Course 2003.
• 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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