9_Consideraciones con haces clínicos de fotones

IAEA International Atomic Energy Agency

Consideraciones con haces

clnicos de fotones

Basado en Radiation Oncology Physics: A Handbook for Teachers

and Students, OIEA

IAEA

Norma IEC-1217 sobre la

convencin del sistema de

coordenadas en los

equipos de radioterapia

(X, Y, Z, CW, CCW, etc)

Maqueta de linac para ayudar a la ubicacin

espacial durante la planificacin de tratamientos

IAEA

7.5 CONSIDERACIONES CLINICAS PARA LOS HACES DE

FOTONES

Las consideraciones clnicas para los haces de

fotones incluyen los siguientes aspectos:

Correcciones por irregularidades del contorno

Correcciones por inhomogeneidades del tejido

Filtros en cua

Bolus

Filtros compensadores

Combinacin de haces y aplicaciones clnicas

IAEA

Diferentes puntos de normalizacin para un haz

simple de 18 MV que incide sobre un paciente

Curvas de Isodosis para una

configuracin a DFS fija,

normalizado a la profundidad

del mximo de dosis

Curvas de Isodosis para un haz

en configuracin isocntrica y

normalizado en el isocentro


FOTONES 7.5.1 Curvas de Isodosis

IAEA

Normalizacin de curvas de isodosis

Contrapuestos

DFS= DFI, Normalizacin a 100% en

el eje en el Isocentro

DFS= DFI, Normalizacin a 100%

en el eje a zmax

IAEA


FOTONES Filtros en cua

En la actualidad se utilizan tres tipos de filtros en cua:

(1) Fsicas (se colocan de forma manual)

(2) Motorizadas

(3) Dinmicas

Filtros en cua: Es una pieza en forma de cua de acero o plomo que se coloca en el camino del haz y que producen un gradiente en la intensidad del haz.

Filtros Motorizados: Es similar a los dispositivos fsicos pero est integrado al cabezal de la unidad y es controlado remotamente.

IAEA

Cua Fsica: Generalmente junto con el equipo de tratamiento se

provee un set de filtros en cuas (15, 30, 45, y 60).


FOTONES 7.5.2 Filtros en cua

IAEA

Cua Fsica: Hechas de diferentes materiales, con

ngulos fijos de 15,30,45 y 60

Causan una atenuacin progresiva del haz en el eje.

Para un mismo ngulo, se emplean de diferentes tamaos, dependiendo del

campo.

Pueden alterar la calidad del haz.

Endurecimiento del haz en el eje

Suavizamiento del haz en los bordes

Efecto pequeo para

profundidades < 10cm



IAEA

Cua Fsica



IAEA

Curvas de Isodosis

obtenidas para un haz de

fotones de 6 MV con un

filtro en cua

Las isodosis han sido

normalizadas en zmax con

el filtro en la posicin

durante las mediciones.

7.5 CONSIDERACIONES CLINICAS PARA LOS HACES DE FOTONES 7.5.2 Filtros en cua

IAEA

El ngulo de la cua se define como el ngulo

entre la lnea que define

la isodosis del 50% y

una lnea perpendicular

al eje central.

De forma general se consideran ngulos en

el rango entre 10 y 60.


IAEA

Angulo dosimtrico de la cua:

Inclinacin de una curva de isodosis dada ()

Ejemplo:

Curva del 50% para calidades > 10 MV, ocurre a profundidades > 10cm no es practico

Profundidad en funcin de ancho (w) del campo: 1/3 2/3

Profundidad fija: 10 cm



1 Slide 1

Traduciendo IEC - 976 e ICRU 24, el ngulo de cua es ngulo que forma la curva de isodosis a 10 cm de profundidad sobre el eje con el

plano perpendicular al mismo

10 cm

las cuas fsicas ms comunes: ngulos de 15, 30, 45 y 60 grados

IAEA

Cua: 15

6 MV 15 MV



IAEA

Cua: 45

6 MV 15 MV



IAEA

(1) Para compensar la falta de tejido en

determinadas reas.

Ejemplo 1:

Dos filtros de 15 se utilizan en

los tratamientos de

nasofaringe para compensar

por la falta de tejido hacia la

parte anterior del contorno.

Hay dos usos muy importantes de los filtros en cua


FOTONES 7.5.2 Filtros en cua. Empleo

IAEA

(1) Para compensar la falta de tejido en

determinadas reas.

Ejemplo 2:

Dos campo angulados a 90

uno del otro con filtros en cua

para evitar el punto caliente

que se producira si solo se

usaran campos abiertos.



IAEA

(2) Los filtros pueden tambin ser utilizados en el tratamiento de lesiones no muy profundas donde los campos se

colocan con un ngulo entre ellos (menor de 180)

llamado ngulo de unin (hinge angle).

El valor ptimo del ngulo (si asumimos que la superficie

del paciente es completamente plana), se puede estimar

de acuerdo a la siguiente frmula:

wedge angle 90 hinge angle



Hay dos usos muy importantes de los filtros en cua (cont.)

IAEA

Ejemplo:

Dos campos de 6 MV con filtros que inciden en el paciente.

El ngulo de unin es 90 (campos ortogonales) por lo que el ngulo ptimo del filtro debe se 45.

Sin embargo como la superficie no es totalmente plana, el filtro adecuado demuestra ser de 60.



IAEA

Filtros en Cua

Efectos derivados del empleo de cuas

Atenuacin Cambio en la distribucion

de las isodosis

Endurecimiento del haz

6

MV 15

MV

sin

filtro

con

filtro

sin

filtro

con

filtro

IAEA

Consideraciones en los clculos

),()()()(),(

100,

1010

max,

60

rxFxOARFrSrSrdPDDFD

DTDUMt

wdDFSPcCdecdW

Co

),()()()(),(

100,

1010

max,

60

rxFxOARFrSrSrdTMRFD

DIDUMt

wdDFIdPcCddecdW

Co

IAEA

)()()(),(

100,

1010

max,

60

rFFrSrSrdPDDFD

DTDUMt

wDFSPcCdecdW

Co

)()()(),(

100,

1010

max,

60

rFFrSrSrdTMRFD

DIDUMt

wDFIdPcCddecdW

Co

dref

wdref

wD

DrF

,)(

dref= 5 cm

10 cm

Clculos de tiempo con filtros en cua

IAEA

Cua motorizada Target

Reflector

Primarycollimator

Filter

Ion chamber

Wedge

LeafLeaf

Y back-updiaphragm

X Diaphragms

Adaptor Ring

60



IAEA

Clculo de MU(min.) con cua parcial

SADdpppccdwwdgpresc

WdgFRWFrWFrSrSrdTMRD

DUM

*****,*

*

0,

Tcnica ISOCENTRICA

SADppccdwwdgpresc

openFrSrSrdTMRD

DUM

***,*

)1(*

0,

)tan(

)tan(

wdgtotal

wdgparcial

wdg

Para total wdg = 600

parcial wdg=450 => wdg = 0.58

parcial wdg =300 => wdg = 0.333

parcial wdg =150 => wdg = 0.155

IAEA

Cua Parcial

IAEA

El filtro dinmico responde a una idea de finales de los aos 70, produce el mismo gradiente en la intensidad del

haz mediante el efecto que se logra moviendo una de las

mandbulas del colimador mientras el equipo est

emitiendo radiacin.


1 Slide 1

Fuente

Colimadores asimtricos

Haz de radiacin

Maniqu

Arreglo de detectores

Experimento Virtual

v y TD = cte.

1 Slide 1

Grafiquemos lectura normalizada en el centro vs. distancia al eje (perfil de

ese campo)

detectores

100 %

Ecuacin de la cua dinmica

-Divergencia (Id2)

-Dispersin

-Atenuacin.

Despreciable

No despreciable, Veamos:

z

D(0)

x

D(0)

D(x)

Calculemos D(x) de manera que la isodosis tenga

la forma recta deseada. Hagmoslo a partir del

conocimiento de la dosis en D(0)

ZeDxD )0()(

x

Ztan

tan)0()( xeDxD

tan)0()( tan xdt

deDxD x

tantan)0()()( xeDxvxD

Despreciable

-15 -10 -5 0 5 10 15

Azul TD y v constantes

Rojo isodosis cua ideal

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

-15 -10 -5 0 5 10 15

Perfil terico cua ideal Isodosis teorica

Ventajas

No hay endurecimiento del haz, lo que implica exactitud en el

modelaje

No producen radiacin electrnica y fotnica dispersa de baja

energa (relacionado con la dosis en piel)

Tratamientos rpidos

Disponibilidad de gran nmero de ngulos de cua

Inconvenientes

Alta dependencia de la estabilidad del equipo y la consola (sensible a la electrnica)

Tamao de campo mximo limitado

Mayor nmero de pruebas para la puesta en servicio

Exigencias en el tipo y la periodicidad de los controles de calidad

IAEA Review of Radiation Oncology Physics: A Handbook for Teachers and Students - 7.1 Slide 1

Tipos de cuas dinmicas.

Enhanced dynamic Wedge de Varian (EDW)

Virtual Wedge de Siemens (VW)

Ommi Wedge de Elekta (OW)

IAEA

Nota: Ni la tasa de dosis

ni la velocidad de

movimiento del

diafragma son

constantes

x-rays

variable doserate

Y2 Y1

Enhanced Dynamic

Wedge (EDW, Varian) Tamao de campo 5 mm

IAEA

EDW Control System 100 MU / 10 degree enhanced dynamic wedge - 10

cm Y1 field

96.50

97.00

97.50

98.00

98.50

99.00

99.50

100.00

100.50

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00

Position

Do

se

Dose - Position Plot

97.04 MU delivered with open field field closes to 0.5 mm

IAEA

Cua Virtual (Siemens)

Dose Rate Control

Jaw Speed Constant

MU/min

mm/sec

IAEA

Dose Rate Control

Jaw Speed Constant

MU/min

mm/sec

Cua Virtual (Siemens)

En noviembre de 1995, Barrett D. Milliken y col. del

Departamento de Radiologa de la Universidad de Illinois, Chicago,

describen un mtodo para producir campos acuados en cualquier

orientacin respecto al colimador, gracias a la combinacin de dos

campos con cuas ortogonales entre s y pesados apropiadamente.

Este mtodo requiere solo que los campos con cua sean

producidos en direcciones ortogonales y sin rotar el colimador,

respetando el set de cuas que se proporciona con la mayora de

los aceleradores lineales de uso clnico.

La tcnica es especialmente conveniente para campos conformados

con colimadores multihojas en los cuales la rotacin del colimador

est acomodada a la forma del blanco o las estructuras crticas.

Ommi Wedge de Elekta

Ommi Wedge de Elekta (OW)

La cua Omni genera la distribucion de dosis en forma de cua mediante la combinacion de tres campos: Uno con cua universal de 600 ubicada en la cabeza del acelerador.

Otro con una cua dinamica generada por el colimador backup, ortogonal al campo anterior.

Y, por ultimo, un campo abierto.

puede generar campos inclinados en todos los ngulos en el rango de 15 a 60. incluso puede generar campos oblicuos, lo que ninguna de las otras cuas puede realizar

tamao de campo mximo de 27x40 cm asimtrico

Tabla resumen de los distintos tipos de cuas dinmicas

IAEA

Empleo de bolus y compensadores

Bolus: Material de tejido equivalente a agua que se coloca en contacto con el rea a tratar del paciente, para

incrementar la dosis en superficie y compensar

irregularidades del contorno.

IAEA

Bolus comunes en la clnica

IAEA

(1) Aumentar la dosis en la superficie del paciente Debido al efecto de proteccin de la piel por la profundidad a la que se encuentra el mximo en los haces de megavoltaje, la dosis en la superficie puede no ser adecuada para determinados blancos ubicados en ella.

El bolus consiste en un material tejido equivalente que se

coloca en contacto con la piel del paciente para alcanzar

uno de los 2 siguientes objetivos:

dose

depth


FOTONES 7.5.3 Bolus

IAEA

Para aumentar la dosis en la superficie, se emplea una capa de espesor uniforme de material del bolus (entre 0.5

1.5 cm), ya que esto no altera significativamente la forma de las curvas de isodosis a mayor profundidad.

Comercialmente se ofertan diferentes tipos de lminas de estos materiales tejido equivalentes.

Sin embargo toallitas mojadas envueltas en celofn o gasa pueden ser un sustituto mas barato.


FOTONES 7.5.3 Bolus

IAEA

(2) Compensar por falta de tejido

Se pueden disear bolus

personalizados que conformen

la superficie del paciente por

una parte y por la otra

garantice una incidencia

perpendicular del haz.

Con el bolus tambin se puede alcanzar:

wax bolus


FOTONES 7.5.3 Bolus

IAEA

El resultado seria una distribucin de dosis idntica a la que se produce en un maniqu plano.

Sin embargo en este caso el efecto protector de la piel no se mantiene lo que si ocurre con los

compensadores.


FOTONES 7.5.3 Bolus

IAEA

Compensador: Se emplean materiales diversos para su construccin con el fin de compensar la falta de tejido o modular la intensidad. Por lo

general se colocan en el porta bandejas de bloqueos o a distancias

superiores a 15 cm

Compensadores

IAEA


FOTONES 7.5.4 Filtros compensadores

Los filtros compensadores alcanzan el mismo efecto en las distribuciones de dosis que los bolus personalizados a la superficie del paciente, con la ventaja de que mantienen el efecto de proteccin de la piel en caso de que este sea deseado.

Los filtros compensadores pueden ser hechos de cualquier material sin embargo los de metales como el plomo suelen ser los mas prcticos

Los filtros compensadores pueden producir gradientes de intensidad en dos dimensiones.

Generalmente se disean de tal forma que pueden ser atornillados a las bandejas porta bloqueadores.

IAEA

El espesor del compensador se determina punto a punto en dependencia de la fraccin I/Io de la dosis sin el

compensador que se requiera alcanzar a determinada

profundidad.

El espesor del compensador x a lo largo del rayo de radiacin puede ser calculado a partir de la ley

exponencial de atenuacin:

donde es el coeficiente de atenuacin lineal para la energa del haz y el material del compensador.

0I I ex



IAEA

Ventajas Desventajas

Se preserva el efecto protector de la piel

Mas laboriosos de realizar

La distribucin de dosis resultante es difcil de

calcular

Requiere que se realicen mediciones adicionales

Uso de Filtros compensadores



Tipos de

Compensadores Fsicos

Lminas de plomo

Bloques de bronce

Fresado personalizado

IMRT

Campos mltiples estticos

Arcos

MLC dinmicos Juego de lminas de Pb

Compensadores

MCP 96

mould

Compensadores

metal plate

Mould (obomodulan)

liquid MCP96

Compensadores

Stack with 5 compensators

Compensadores

Diseo computarizado del

Compensator

Planificador ofrece

forma y colocacin de

lminas de plomo (se

pegan entre s)

Fresado automtico de la

poliespuma. Fundicin

del Cerrobend en ella.

Construccin computarizada de

Compensadores

Diseo del compensador Considerar:

divergencia geomtrica del haz

coeficiente de atenuacin lineal del material ()

reduccin de dispersin a diferentes profundidades

se disea de forma que la atenuacin del compensador sea menor que la requerida por la radiacin primaria solamente

un compensador tejido-equivalente diseado del mismo espesor que el deficit de tejido sobrecompensar.

IAEA

Diferencias entre el bolus y el filtro compensador:

a) Cuando se usa un bolus en bloque no se mantiene el efecto protector sobre la piel

de los haces de alta energa.

b) Un compensador diseado para producir la misma distribucin de dosis que en (a)

y que es colocado en la bandeja porta bloqueadores o de alguna manera

introducido en el haz de radiacin mantiene el efecto protector de la piel debido al

espacio de aire que lo separa de la piel.


FOTONES 7.5.3 Bolus vs compensador

IAEA

Respecto a la dos hay una pequea diferencia entre las

tcnicas a DFS fija y las isocntricas:

En las configuraciones a DFS fija la piel del paciente est generalmente a mayor distancia que en las

isocntricas, debido a que en las primeras el

isocentro est en la piel del paciente.

Por lo tanto a la misma profundidad tendrn un PDD ligeramente mayor.

Adicionalmente, la divergencia del haz es menor en relacin con la DFS debido a que la distancia es

mayor.

Configuraciones a DFS fija vs.. tcnicas Isocntricas

7.5 CONSIDERACIONES CLINICAS PARA LOS HACES DE FOTONES

7.5.7 Combinaciones de campos y sus aplicaciones clnicas

IAEA

Estas ventajas dosimtricas de las configuraciones a

DFS son pequeas.

Con excepcin de en los campos muy grandes que sobrepasan los 40x40 cm2, las ventajas de utilizar

un nico punto de posicionamiento del paciente

(i.e., el isocentro) ampliamente sobrepasan las

pequeas ventajas dosimtricas que ofrecen las

configuraciones a DFS.



Configuraciones a DFS fija vs.. tcnicas Isocntricas

IAEA



Se observa una gran rea rectangular de relativa uniformidad de dosis

(

IAEA

Mltiples campos co-planares

Permiten alcanzar una mayor dosis en la regin de interseccin.

Dos ejemplos:

Tcnica en caja

Tcnica de 3 campos

con filtros



IAEA

Mltiples campos co-planares

Tcnica en caja

Favorece la

obtencin

de una alta dosis

en la regin de

interseccin

de los campos



IAEA

Mltiples campos co-planares Tcnica de 3 campos con filtros

Requiere el uso

de los filtros en cua para alcanzar un resultado similar.

Observar que se pueden obtener puntos calientes cerca de la entrada de los campos y fuera del

rea del blanco



IAEA

Tipo Caractersticas Uso:

Pares con filtro

Producen una zona de

alta dosis con forma de

trapezoide

lesiones poco profundas (ej., seno

maxilar y tiroides).

Tcnica en caja

Produce una dosis

relativamente alta en

forma de caja donde se

interceptan los campos

tratamientos en la pelvis donde las

lesiones son centrales

(ej., prstata, vejiga y tero).

Campos opuestos

a ngulos

diferentes de 90

La regin de alta dosis

tiene forma de rombo

indicaciones similares



Mltiples campos co-planares : Caractersticas Generales

IAEA

Ocasionalmente se utiliza una configuracin de tres pares de campos opuestos, esto resulta en una distribucin de la dosis ms complicada pero tambin se distribuye dosis fuera del blanco en un volumen mayor de tejido lo que permite la proteccin del tejido sano.

La tcnica de 3 campos con filtros y la tcnica en caja son similares en su resultado. Se utiliza para tratar lesiones que estn ms cerca de la superficie (ej., el recto). Los filtros se colocan en los campos opuestos para compensar por el gradiente de dosis que se produce en el tercer campo perpendicular a estos.



Mltiples campos co-planares : Caractersticas Generales

IAEA

Tcnica Rotacional

Curvas de isodosis para dos arcos

bilaterales de 120

grados cada uno.

Nota: Las isodosis se pegan

ms en la zona de los

ngulos evitados

por los arcos

(anterior

posterior).



IAEA

Tcnica Rotacional: Caractersticas Generales

El blanco est en el isocentro, el equipo rota alrededor del paciente en uno o ms arcos con el haz irradiando

continuamente.

La tcnica rotacional produce una regin de alta concentracin de dosis relativa ubicada en la cercana del

isocentro.

De igual forma hay que decir que se irradia una mayor cantidad de tejido sano a bajas dosis que en las tcnicas

con campos fijos.



IAEA

Tcnica Rotacional: Caractersticas Generales

Es til en la prstata, la vejiga, el tero y las lesiones pituitarias, principalmente en los volmenes de refuerzo de dosis (boost).

El gradiente de dosis no es tan abrupto en el borde del campo como con tcnicas de campos fijos.

Si queremos evitar una zona angular, la distribucin de dosis puede ser empujada fuera del rea del blanco, esto requiere que debamos mover el isocentro hacia el rea que queremos evitar de forma tal que la regin de alta dosis quede centrada en el blanco.



IAEA

Mltiples campos no co-planares : Caractersticas

Generales

Se logran a partir del uso de diferentes ngulos

de la camilla acoplados

a diferentes ngulos del

brazo.



IAEA

Son tiles para lograr evadir y proteger estructuras crticas.

Las distribuciones de dosis de arreglos no-coplanares

permiten la obtencin de

distribuciones de dosis

similares a las que se obtienen

con arreglos de campos

convencionales.



Mltiples campos no co-planares : Caractersticas Generales

IAEA

Durante la planificacin se debe prestar especial atencin a la posibilidad de colisin entre el gantry y la camilla.

Se utilizan fundamentalmente en tratamiento de lesiones en el cerebro, en la cabeza y el cuello, donde los blancos

estn rodeados por estructuras crticas.




IAEA

Se pueden utilizar arcos No-coplanares.

El ejemplo ms conocido es la tcnica de mltiples

arcos convergentes

no co-planares

utilizada en radiociruga




IAEA




IAEA

Macheo de Campos

El macheo de campos en la superficie es la tcnica ms

sencilla de machear campos

adyacentes.

Sin embargo la divergencia del haz conllevara a una

sobre dosis significativa de

tejidos en la profundidad y se

utiliza solamente donde la

tolerancia de los tejidos no se

compromete.



IAEA

Macheo de Campos

En la mayora de las situaciones clnicas, el macheo de campos se realiza a la profundidad deseada en lugar de

en la superficie.

Para lograr una dosis en la unin

similar a la que se lograra

en el centro de los campos

abiertos, los campos deben

ser macheados de forma tal que

los bordes divergentes macheen

a la profundidad deseada z. 50% isodose lines

z



IAEA

Macheo de Campos

Para dos campos adyacentes a DFS fija con diferentes tamaos L1 y L2, el gap g requerido en la superficie para

logar el macheo a la profundidad z es:

1

2

0.5

0.5

zg L

SSD

zL

SSD



IAEA

Macheo de Campos

Se pueden emplear imgenes de TAC



IAEA

Gracias

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