DFC_T1 Equipos de medida de la radiación

T1 EQUIPOS DE MEDIDA DE LA RADIACIÓN

DOSIMETRÍA FÍSICA Y CLÍNICA2º TSRTyD

INTRODUCCIÓN

SISTEMAS DE DOSIMETRÍA Y DE DETECCIÓN DE LA RADIACIÓN EN EL ÁMBITO HOSPITALARIO

VALIDACIÓN DE EQUIPOS

DOSÍMETROS EN EL HAZ DE RADIACIÓN

Índice

CALIBRACIÓN DE LOS EQUIPOS DE MEDIDA

MANIQUÍES O FANTOMAS

realización de las medidas

incertidumbre

apéndice I: CARACTERÍSTICAS DETECTORES

apéndice II: zonas de actuación DE detectores de ionización gaseosa

apéndice III: LOS OTROS DETECTORES

Una parte importante del trabajo de un técnico dosimetrista es realizar medidas de la radiación, tanto para establecer o verificar el estado del acelerador como para comprobar las planificaciones de los tratamientos, es por ello por lo que se necesita tener algunos conocimientos básicos de teoría de medidas y saber manejar los distintos equipos a su disposición

CONCEPTO DE MEDIDA

DEFINICIÓN: comparación de cierta cantidad de una magnitud (mensurando) con otra a la que se le ha asignado valor unidadArbitrarioNo único Sistema de medida: reacción a una magnitud Resultado: representación numérica de la medida Equivalencia de resultados Magnitudes de influencia Factores de corrección

centro español de metrología

Redefinición de las magnitudes fundamentales

CONCEPTO DE MEDIDA

Es imposible conocer el valor exacto de un mensurando Necesitamos realizar múltiples medidasIncertidumbre: semiamplitud del intervalo de los resultados obtenidos

Al describir un medio usamos:Propiedades cuantitativasPropiedades cualitativas

Los resultados de una medida pueden serAbsolutosRelativos

Incertidumbre

VALOR DE UNA MAGNITUD

Valor verdadero Valor convencionalmente verdadero de una magnitud

Repetibilidad: grado de coincidencia entre medidas repetidas de una magnitud, sin que existan variaciones en las condicionesReproducibilidad: grado de coincidencia entre medidas repetidas de una magnitud en las que se han alterado las condiciones

exACTITUD

ERRORES

Es necesario identificar las causas de los errores y estimarlos para poder corregir los resultados de las medidas.

Indicación: valor proporcionado por el instrumento de medida (no magnitud objetivo)Resultado sin corregir (valor bruto): valor de la magnitud objetivo sin correcciones Resultado corregido (valor corregido): tras aplicar las correcciones

Fuentes de incertidumbre

Cuestión

Cuestión

Cuestión

¿Qué buscamos al medir en el ámbito hospitalario?

• Conocer la fluencia de partículas y, en ocasiones, la distribución de la fluencia en energía o espectro que emite nuestro equipo en distintas configuraciones

• Evaluar el efecto de la radiación sobre el medio, en particular sobre el cuerpo humano

DEFINICIONES Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

CSN: cualquier instrumento o dispositivo que permite medir o evaluar la dosis absorbida, una exposición o cualquier otra magnitud radiológica

RAE: define como detección la acción y efecto de detectar, que a su vez define como descubrir algo que no era patente. Detector es el aparato que sirve para detectar

Definiremos sistema de dosimetría como aquel que mide o evalúa, ya sea de forma directa o indirecta, cualquier magnitud dosimétrica: exposición, kerma, dosis absorbida…

Presentan diversidad de propiedades y características, dominan los relacionados con efectos físicos, sobre todo los que miden la ionización producida por la radiaciónPueden ser apropiados en mayor o menor medida para una determinada función No existe un sistema universal para todas las situaciones

SISTEMAS DE DOSIMETRÍA

CLASIFICACIÓN

Según el fenómeno que utilicen para medir:

Según el diseño

Según el principio físico o químico utilizado

Según si el sistema eléctrico, caso de tenerlo, que forma parte del detector necesita estar conectado a la corriente eléctrica

Según el uso

La de mayor relevancia es según el uso que se le vaya a dar en el medio hospitalario y dentro de esta clasificación nos centraremos en los que se sitúan en el interior de un haz de radiación bien definido y de gran fluencia relativa. Dosímetros en el haz de radiación

TIPOS DE DETECTORES

PROPIEDADES DE LOS DETECTORES

LINEALIDAD

DEPENDENCIA DIRECCIONAL

RESOLUCIÓN ESPACIAL (caracterización del punto efectivo)

DEPENDENCIA CON LA TASA

RESPUESTA CON LA ENERGÍA

PROPIEDADES INTRÍNSECAS

SISTEMAS DE DOSIMETRÍA EN EL HAZ DE RADIACIÓN

son los utilizados en dosimetría física y clínica. veremos las propiedades y usos de los que mayor presencia tienen en la práctica habitual.

Cámaras de ionización

Recomendadas por el TRS-398 para la dosimetría de referencia en radioterapia convencional y hadrónterapia

Permiten obtener la distribución de la radiación en el espacio y verificar parámetros del control de calidad

Los propios aceleradores disponen de cámaras de transmisión, llamadas cámaras monitoras

Características:Fugas Efecto de polaridad Recombinación de iones Dependencia de la temperatura y presión (también humedad)

La cámara recoge la carga producida, pero para leerla necesitamos un electrómetro

Las usadas son lineales en el rango de trabajo, fáciles de usar, reutilizables, de respuesta rápida y robustas. Pero presentan dependencia energética y direccional, de baja resolución espacial, con efecto de polaridad y saturación

esquema básico

El tamaño de la cámara impone una restricción a los campos que puede medirPared de grafito: mayor estabilidad a largo plazo, pero menor robustez Recomendadas para fotones de alta energía, Co y electrones a partir de 10MeV Dosis absoluta, perfiles, pdd, TMR, TPR...

Cámaras de ionización

Cilíndricas o de dedal

Dosis absoluta de electrones, pdd de fotones y electrones, también en iones pesados y protonesPara medir en rayos X (kVp) en terapia superficial Las cámaras pozo plano paralelas en braquiterapia

La carga que recogen es proporcional a la dosis absorbida en un punto denominado efectivo

Plano paralelas

Se usan en verificación de las fuentes de braquiterapiaCalibradas en TKRA a 1m Suelen necesitar volúmenes de colección grandes, del orden de los 250cm3 El punto efectivo ha de ser verificado experimentalmente

cámaras pozo

DE EXTRAPOLACIÓN

PELÍCULAS

Se usan tanto en dosimetría física como clínica

• Detectar la presencia o ausencia de radiación y su extensión en el espacio
• Obtener distribuciones de dosis absorbidas en planos de los tratamientos de pacientes

Constituyen el dosímetro, medio de archivo y soporte de visualización de la medida Requieren una calibración engorrosa para poder evaluar la dosis absorbida

Radiográfica

Radiográficas:La curva característica se divide en velo, talón (zona de subexposición), lineal (pendiente=gamma), hombro (sobreexposición) y de solarización

Radiocrómicas: Ha desplazado a las radiográficas Ventajas: manejo más simple, mejor respuesta a la energía, no necesitan revelado, curva característica polinómica Inconvenientes: peor relación señal/ruido, falta de uniformidad espacial, necesitan un escáner de alta resolución

Radiocrómica

Curvas sensitométricas o caracterísitcas

Dosimetría de luminiscencia

03

02

01

PLÁSTICO DE CENTELLEO

OSL

Materiales luminiscentes que, expuestos a la radiación , retienen parte de la energía absorbida y la liberan más tarde en forma de radiación ultravioleta, visible o infraroja

TLD

Usos

Usos

Usos

En el entorno hospitalario predominan los de fluoruro de litio, equivalente a tejido biológico Necesitan calibración previa, se pueden reutilizar tras un proceso de borrado

La luz que usan de estímulo suele ser láser Gran sensibilidad, casi independientes de la energía y tasa de dosis, lineales, pueden presentar dependencia angular importante, necesitan calibración previa

Formados por materiales fluorescentes llamados escintiladores La luz que genera se transmite a un fotomultiplicador

Dosímetros de estado sólido

Dosímetro de semiconductor

Mismo principio de funcionamiento que las cámaras de ionización, cambiando el gas por un semiconductor

Ventajas: mayor número de interacciones por volumenMás sensibles (menor energía para formar pares) Independencia frente a la tasa (menor recombinación)

Inconvenientes: presentan sobrerespuesta a baja energíaPrecio elevado, mayor pureza mayor eficiencia Limitados a pequeños tamaños Degradación por radiación, más en partículas pesadas con carga Tienen efecto memoria

No son habituales en la práctica clínica, se usan en espectroscopia de partículas cargadasLos de Ge se utilizan en medidas con radiación gamma

semiconductor

Dosímetros de estado sólido

Diodo Si:Pueden trabajar con polarización directa, inversa o sin ella (campo eléctrico intrínseco) Se usan en dosimetría física y clínica Necesitan calibración cuidados y periódica Presentan dependencia con la tasa e incidencia Suelen usarse tanto para dosimetría absoluta como relativa, de forma individual o en arrays Integrados en un maniquí pueden arrojar rápidamente datos sobre tamaño de campo, homogeneidad, simetría, energía del haz, así como constancia de la dosis absorbida por unidad de monitor

Diodo de Si

Mosfet: Características similares a los diodos de Si Diferencias: son de menor tamaño Necesitan voltaje para trabajar. A mayor voltaje, mayor sensibilidad pero menor vidaDependencia energética despreciable en MVNo presentan efecto memoriaPrincipal uso en dosimetría en vivo (son buenos dando la dosis en superficie)

MOSFET

DIODOS DE SILICIO Y MOSFET

Dosímetros de diamante

Se basan en el cambio de resistividad en el diamante al paso de la radiación, que permite el paso de portadores de carga sin necesidad de un campo externo

Volumen sensible del orden de 1mm3, siempre han tenido una excelente resolución espacial, temporal y con buena sensibilidad, incluso con diamantes naturales

Diamantes sintéticos, más estables a largo plazoIndependientes de la temperatura Equivalentes a tejido biológico (independencia energía) Independientes de la tasa (unidades FFF) Gran resistencia a la radiación (durabilidad) Corrientes de fuga insignificantesNecesitan irradiación previa para estabilizarse

Otros

Hay otros tipos de dosímetros en el haz de radiación cuyo ámbito habitual son los laboratorios, suelen estar basados en fenómenos químicos, como los de gel (3D) y los de alanina (comparación interhospitalaria), que requieren de equipos como resonancias magnéticas o de espín electrónico para su medida

diamante y otros

Cuestión

Cuestión

Cuestión

Cuestión

CALIBRACIÓN

según el bipm, la calibración es una operación que, bajo condiciones específicas, establece en una primera etapa una relación entre los valores y las incertidumbres de medida provistas por estándares e indicaciones correspondientes con las incertidumbres de medida asociadas y, en segundo paso, usa esta información para establecer un resultado de medida a partir de una indicación

CALIBRACIÓN

El proceso es tal que el resultado obtenido es la dosis que se obtendría en ausencia del detector Las medidas deben estar referenciadas a los patrones de mayor nivel de forma documentada e ininterrumpida, a esto se le llama trazabilidadCalibrar no tiene que ver con reparar o ajustar En los servicios de RFH o de PR es habitual tener algunos detectores calibrados a patrón primario y los demás referidos a estos (calibración cruzada) De acuerdo al PCC, las calibraciones han de ser repetidas de forma periódica, aconsejándose realizar verificaciones de estabilidad intermedias Hay que calibrar también los equipos auxiliares (barómetros, termómetros...)

Certificados de calibración

Nota: en febrero de 2024 el LMRI hace historia metrológica

MANIQUÍES O FANTOMAS

Parámetros geométricos o sistemas de imagen

arrays

distribución 2d y 3d

SENCILLOS

fantoma de agua o cuba

FORMA DE CUERPO HUMANO (MÁS O MENOS)

ANTROPOMÓRFICOS

de referencia

de agua sólida

con movimiento

Dosimetría física

respiratorios

de uso frecuente

Cuestión

PROCEDIMIENTO DE REALIZACIÓN DE LAS MEDIDAS

MAGNITUDES DE INFLUENCIA

PASO PREVIO

MONTAJE

EQUIPOS AUXILIARES

ANÁLISIS

SOFTWARE

CALENTAMIENTO

MEDIR

Incertidumbre de las medidas

Caracterización de la dispersión de los resultados al medir una magnitud, nos recuerda la imposibilidad de conocer el valor verdadero y se debe entender como una cota superior del error residual

Sus componentes son varios y su evaluación distinta, siguiendo la ley de propagación de la incertidumbre nos conducen a la incertidumbre combinada, u, de una medida

La multiplicación de esta incertidumbre combinada por un factor de cobertura, k, nos devuelve la incertidumbre expandida, U, que proporciona un intervalo alrededor de la medida en el que debe estar el valor que razonablemente se puede atribuir al mensurando

ley de propagación de la incertidumbre

El resultado de una medida debería expresarse como:Y=y +/- U

CARACTERÍSTICAS DE LOS DETECTORES DE USO GENERAL EN RADIOTERAPIA

εtotal=εgeometrica+εintrinseca

SENSIBILIDAD

EFICIENCIA

RESPUESTA DEL DETECTOR

RESOLUCIÓN DE ENERGÍA

Capacidad de producir una señal útil para detectar un determinado tipo de radiación en un determinado rango de energía

Un detector nos puede dar información adicional sobre la radiación que está midiendo

Capacidad de distinguir entre dos radiaciones de energías próximas

Cociente entre el número de partículas que se detectan y las emitidas por la fuente

ZONAS DE ACTUACIÓN DE LOS DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA

Zona de recombinación Zona de saturación Zona de contador proporcional Zona de proporcionalidad limitada Zona de contador Geiger-Müller Zona de descarga continua

APÉNDICE III: OTROS DETECTORES

Monitores de radiación ambiental: están difundidos por las áreas de trabajo con radiaciones ionizantes. Calibrados en equivalente de dosis ambiental o de dosis direccional Dentro de esta categoría incluímos a los detectores de neutrones

Monitores de contaminación: propios de instalaciones que trabajan con fuentes no encapsuladas

Dosímetros personales: para la estimación de dosis efectivas o equivalentes de TE

Existen algunos que no se pueden englobar en estas categorías: espectrómetros, activímetros...

GRACIAS

Sois un público genial

Algunas propiedades intrínsecas

• Sensibilidad a factores ambientales
• Existencia de distintos tipos de modos de lectura
• Posibilidad de reutilización
• Tiempos de medida y análisis
• Robustez
• Facilidad de uso

Usos

Dosimetría clínica:

• Dosis en vivo en pacientes
• Estimación de dosis absorbida
• Dosis en órganos de riesgo

Dosimetría física:

• Medidas en zonas de alto gradiente (SRS, IMRT)
• Caracterización de fuentes de braquiterapia

Mayoritarios:

• Dosimetría postal
• Dosímetros personales

Simplificando esta definición diremos que, en nuestro ámbito, la calibración de un determinado sistema de dosimetría es el proceso por el que se obtiene un coeficiente N (coeficiente de calibración) que, multiplicado por la lectura del dosímetro, M, proporciona el valor convencionalmente verdadero del mensurando en un punto (punto de referencia del dosímetro)Este proceso de medida acarrea su correspondiente incertidumbre

Se pueden distinguir energías o identificar a qué efecto corresponde cada suceso detectado

En función del tiempo que tardan en liberar la radiación

• Fluorescentes t< 10-8 s
• Fosforescentes t>10-8 s

Según el estímulo que necesitan los fosforescentes

• Calor: termoluminiscencia, TLD
• Luz: luminiscencia estimulada ópticamente, OSL

Características

• Resolución próxima a las películas
• Útiles para verificar las propiedades dinámicas de los equipos que realizan técnicas volumétricas (velocidad y posición de láminas)
• Distribuciones relativas y absolutas de dosis
• QA de pacientes
• Análisis E2E en técnicas complejas: SRS, SBRT...

Depende de factores como:

• La sección eficaz para la interacción con el material del detector
• La masa del detector
• El ruido electrónico intrínseco del detector

• Dosimetría en el haz de radiación
• Monitores de radiación ambiental
• Monitores de contaminación
• Dosímetros personales
• Otros

• a) Muestreo no representativo: no realizar un número suficiente de medidas
• b) Desviaciones personales en la lectura de instrumentos analógicos
• c) Medidas imperfectas de las condiciones ambientales
• d) Las asociadas al proceso de calibración del equipo
• e) Valores inexactos de las constantes y parámetros utilizados en el cálculo
• f) Resolución del instrumento de medida

Son utilizados para

• Vigilancia radiológica de las áreas de trabajo con riesgo
• Medir niveles de radiación alrededor de equipos y fuentes
• Estimar las dosis efectivas y equivalentes de TE
• Verificaciones a pacientes tratados con braquiterapia o terapia metabólica

Suelen ser Geiger-Müller, también de neutrones

Cavidad con una gas en su interior, recubierta por una pared conductora externa y con un electrodo colector. Las cargas eléctricas producidas se separan debido al campo eléctrico aplicado

Dosimetría en el haz de radiación

• Suelen ser de pequeño tamaño
• Para dosimetría de referencia se recomienda el sistema cámara de ionización-electrómetro
• Teleterapia: calibrados en dosis absorbida en agua, Gy
• Braquiterapia: calibrados en tasa de kerma de referencia en aire, TKRA
• Ejemplos: cámaras de ionización, diodos, TLD, película radiocrómica
• Se pueden integrar en matrices de detectores llamados arrays

Fundas, conectores, cables, verificadores de estabilidad

Elementos adicionales

Poseen sistemas electrónicos de control y tratamiento de las señales producidas por los detectores, arrojando un valor numérico (indicación).

Lector

Parte del sistema sensible a un efecto de la radiación y que nos proporciona una señal que podemos analizar

Dosímetro

Principios de funcionamiento

• Ionización
• Excitación
• Emisión de luz
• Cambios de temperatura
• Efectos químicos

Práctica con película radiocrómica

• Pueden incluir un discriminador para seleccionar un determinado radionucleido
• Geiger-Müller, centelleo, semiconductores
• Calibrados en Bq/cm2

Se utilizan para

• Vigilancia de las superficies de trabajo
• Clasificación-desclasificación de elementos contaminados
• Localización de fuentes

Factores corrección

• Fugas < 1% corriente medida
• kpol=(|M+|+|M-|)/2M
• ks=a0+a1 (M1/M2)+a2 (M1/M2)^2
• kTP=((273.2+T))/((273.2+T0 ) ) P0/P

Características

• Fabricados con láminas de un material sólido con equivalencia agua/tejido conocida
• Suele estar dividido en láminas y tener alojamiento para distintos detectores, dándonos información en un punto
• También se pueden usar con película, dando distribución espacial

OCTAVIUS 4D

Marie

Usos

• Determinación de dosis absoluta
• Medida de perfiles de dosis y rendimientos en profundidad

La resolución viene dada por la anchura a mitad de altura de la señal (FWHM)

Usos

• Medidas en zonas de alto gradiente o con falta de equilibrio electrónico
• Braquiterapia
• SRS

Práctica con dosímetros termoluminiscentes

Usos

• Dosimetría relativa de campos pequeños (SBRT, SART, IMRT...)
• Caracterización de dichos campos en los TPS
• Control de calidad de equipos
• Braquiterapia, iones pesados y protones

Debe incluir

• Identificación del equipo (o equipos) calibrado (s)
• Fecha de calibración
• Método utilizado
• Condiciones de la calibración
• Resultados de mediciones realizadas
• Rangos de trabajo
• Tolerancias e incertidumbres asociadas
• Trazabilidad a patrón primario
• Factor de calibración obtenido, si es pertinente

Proporciona medidas de carga eléctrica o intensidad. Algunos pueden dar la medida en la magnitud objetivo

Usos

• Verificación de parámetros geométricos de los equipos
• Comprobación de los sistemas de imagen

Es el producto de la geométrica por la intrínseca

• La eficiencia geométrica mide la relación entre los sucesos que llegan al detector respecto a los que salen de la fuente
• La eficiencia intrínseca mide la relación entre los sucesos detectados respecto a los que llegan al detector

Dosímetros personales

• La mayoría son de lectura indirecta
• Leidos por un servicio externo
• Debe ser compacto y de fácil transporte
• TLD, OSL, película
• Calibrados en equivalene de dosis personal