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Maniquies de seguridad en el tratamiento con radiaciones

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Presentado en la 4ta Jornada sobre Proteccion Radiologica del Paciente. Arequipa, 9 de noviembre 2013

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Maniquies de seguridad en el tratamiento con radiaciones

  1. 1. MANIQUÍES DE SEGURIDAD EN EL TRATAMIENTO CON RADIACIONES IONIZANTES UNIVERSIDAD NACIONAL SAN AGUSTÍN FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y FORMALES, ESCUELA PROFESIONAL DE FÍSICA, ÁREA DE FÍSICA MEDICA Dr. José Vega Ramírez josevegaramirez@yahoo.es
  2. 2. MOTIVACIÓN: hueso Corazón Pulmón Hígado Colon Propiedades físicas equivalentes a Los órganos internos
  3. 3. Objetivo Geral Maniquís como una forma de protección al paciente Objetivos Específicos Conocimiento de los maniquís Propiedades de los maniquís Construcción de los maniquís Diferentes estudios con maniquís
  4. 4. Efectos de la radiación en los seres humanos La radiación actúa directamente sobre la molécula de ADN. La radiación actúa indirectamente sobre la molécula de ADN a través de los productos de transformación del agua (radicales libres).
  5. 5. Maniquí o Objeto Simulador Hueso = simulador hueso Tejido blando = acrílico Pulmon = corcho Materiales externos pueden estar presentes 5/51 Prótesis = titánio
  6. 6. Objeto Simulador Homogeneo (padrón) Antropomórfico Heterogeneo Água=Acrílico=Água sólida 6/51 cabeza
  7. 7. MANIQUÍS •Maniquís físicos Los más utilizados son hecho de acrílico, agua y otros materiales. •Maniquís matemático Representan planos, cilindros, elipsoides o esferas
  8. 8. Objeto Simulador Objetos Simuladores pueden ser desarrollados: Equivalencia elemental Wi: debe tener la misma composición química = Ti Número atômico efetivo Z: caracteriza las magnitudes de las interacciones Coeficiente másico de atenuación de um compuesto o mistura química ( µ ρ )a b s = ∑ N A (W i Ai )σ to t ,i = i ∑ i sección de choque σ to t = σ co e + σ in c + τ + κ + σ fm 8/51 wi (µ ρ ) i
  9. 9. Procesos de transferencia de energía Efecto Fotoeléctrico Dispersión Compton Producción de pares
  10. 10. ARTÍCULOS
  11. 11. Proceso Se realizan las muestras físicas, para la creación de un maniquí
  12. 12. Materiales CONSTRUCIÓN DEL OBJETO SIMULADOR - hueso 33,00±0,01 g de CaCO3 169,00±0,01 g de hueso polvo 12/51 Mesclados con resina epóxi
  13. 13. Materiales CONSTRUCIÓN DE OBJETO SIMULADOR - Hueso Placas de hueso ρ= 1,68 g/cm 3 HU = 787,5 Unidades Hounsfield DO= densidad óptica Valores de wi analisadas por la EDS 13/51
  14. 14. Materiais CONSTRUÇÃO DO OBJETO SIMULADOR –Agua sólida-pulmón Placas de pulmón HU = 787,5 Unidades Hounsfield Placas de agua sólida Ρ=1,03 g/cm3 Valores de wi analisadas por la EDS 14/51
  15. 15. Materiales Utilizados Composición porcentual por masa Material Densidad g/cm3 Composición (% en masa) Acrílico 1,19 H(8);C(60,00);O(32,00) Pulmón (ICRU) 0,30 C(60,08);O(23,04);H(8,33);N(2,73);Mg(4,8);Cl(1,02) Corcho 0,32 C(65,446);O(34.554) Hueso (ICRU) 1,85 C(30,11);O(33,55);H(3,73);N(1,08);Ca(21,57); P(7,83);Mg(2,09);Cl(0,04) O.S. Hueso 1,68 C(15.447); O(37,901);Na(0,638); Mg(0,422); Al(0,127); P(15,790); Ca(29,675) Titánio 4,54 Ti(100) 15/51 White D. 1978,ICRU 44 1989; Salvat. et al 2008
  16. 16. Propiedades Caracterización de materiales equivalentes 10 4 10 3 10 2 10 1 10 0 µ /ρ m a t e r ia l - c o r t iç a p u lm ã o ( I C R U ) p u lm ã o ( I C R U ) c o r t iç a 10 -1 10 -2 10 6 10 5 10 4 10 3 10 2 10 1 10 0 -3 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 µ /ρ o s s o c o rtic a l - (IC R U ) o s s o c o rtic a l -P E N E L O P E 2 5 Coeficiente massico de atenuação cm /g 10 10 6 2 Coeficiente mássico de atenuação (cm /g) 10 9 O b je to s im u la d o r d e o s s o c o tic a l 10 10 -2 10 o s s o c o rtic a l (IC R U ) -1 -3 10 1 10 2 E n e r g ia ( e V ) 10 3 10 4 10 5 10 E n e rg ia (e V ) 16/51 6 10 7 10 8 10 9
  17. 17. Propiedades Caracterización de materiales equivalentes y no equivalentes 5 Pulmão Tecido Mole Osso Titâneo 4 10 2 µen/ρ 4 10 Coeficiente m ássico de atenuação (cm /g) 5 10 2 Coeficiente m ássico de atenuação de energia (cm /g) 10 Tecido-Mole Água Acrílico 3 10 2 10 1 10 0 10 -1 10 -2 10 -3 3 10 2 10 1 10 0 10 -1 10 -2 10 -3 10 10 1E-3 0.01 0.1 1 10 1E-3 0.01 Energia (MeV) 0.1 1 Energia (MeV) 17/51 10 100
  18. 18. Propiedades de los materiais dosimétricos 5 10 2 Coeficiente mássico de atenuação de energia (cm /g) -Caracterización µen/ρ 4 10 Alanina Filme LiF Água 3 10 2 10 1 10 0 10 -1 10 -2 10 Chen. et al 2005 -3 10 1E-3 0.01 0.1 1 10 Energia (MeV) 18/51
  19. 19. CARACTERIZACIÓN: Coeficientes de Atenuacion Masico Coeficiente de Atenuacion masico (cm^2/g) 10000 Tejido Muscular Frigelio Gel Butoxido de Aluminio 1000 100 10 µ/ρ 1 0.1 0.01 1E-3 1E-3 0.01 0.1 1 Energia (MeV) Tejido Muscular Comparación 10 100
  20. 20. GEOMETRÍA 26 0 cam 10x10cm C energia1,25K po o eV 100 S ul. P N LO E im E E P L-alaninaE R P F eX m K ilm -O at-V odak PDP (%) 80 (Carrasco P. et al 2004) 60 40 acrílico 20 0 5 10 P rofundidade(cm ) 15 20
  21. 21. Materiales Simulados Se crea un archivo de Materiales(.exe) Se crea un archivo de geometria (.geo) GVIEW2D e GVIEW3D 21/51
  22. 22. RESULTADOS Y ANÁLISIS 110 2 60 o eV cam 10x10cm C energia1,25K po S ul. P N LO E im E E P L-alaninaE R P Film X m K e -O at-V odak 90 80 80 PDP% PDP (%) campo 1x1cm 6 MV campo 2x2cm 6 MV 100 100 60 70 pulmón 60 Agua sólida 50 40 acrílico Agua sólida 40 30 20 0 0 5 10 15 20 5 10 15 20 profundidad(cm) P rofundidade(cm ) Figura 11. PDP para el maniquí heterogéneo equivalente simulado, para un campo de 2x2 y 1x1 de agua y pulmón,
  23. 23. Resultados Objeto simulador heterogeneo - hueso 110 S im u la ç‫م‬o P E N E L O P E S ie m e n s 6 M V d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o d e m o 100 2 90 PDP (%) 80 h u e so 3 x 3 c m 2 h u e sod e2mxo2 c m 2 h u e so 1 x 1 cm 2 e m h u e s o d0 ,5ox 0 ,5 c m 70 60 50 40 30 20 hueso d e m o d e m o a c r‫ي‬lic o 0 4 d e m o 8 a c r‫ي‬lic o 12 16 20 P ro fu n d id a d e (c m ) 23/51
  24. 24. Resultados Objeto simulador heterogêneo - cortiça 110 campo 3x3 cm 2 Siemens 6 MV 100 Simul. PENELOPE L-alanina EPR Sist. de Planejamento Filme EDR2 Kodak Difer. Máx. Dosit.(%) 2,50 1,00 2,90 1,40 3,10 8,90 7,15-cortiça 70 PE-ala 17,15 80 PE-SP 3,85 90 P P (% D ) Profundidade (cm) PEl-Fi 28,50 5,40 1,70 60 50 Profundidade (cm) 40 cortiça acrílico 30 0 8 12 16 Profundidade (cm) acrílico cortiça acrílico PE-SP PE-ala 4,15 1Interf. acrílico 4 Difer. Máx. Dosit.(%) PEl-Fi 9,70 2,50 1,10 11,85-2Interf 12,70 3,10 6,80 20 24/51
  25. 25. Resultados Objeto simulador heterogêneo – osso-cortiça-osso 110 campo 1x1 cm 2 Siemens 6 MV Simul. PENELOPE L-alanina EPR Filme EDR2 Kodak 100 90 P P( ) D % 80 70 60 50 40 osso acrílico 30 0 osso acrílico cortiça 4 8 12 16 20 Profundidade (cm) Profundidade (cm) Difer. Máx. Dosit.(%) PE-Al PE-Fil Al-Fil Profundidade (cm) Difer. Máx. Dosit.(%) PE-Al PE-Fil Al-Fil 3,85 1,10 1,30 0,20 8,15 -cortiça 34,20 21,00 - 17,15 3,90 3,80 0,10 4,15-1Interf. 3,40 5,20 - 5,15-osso 4,20 13,20 - 6,15-2interf 32,00 37,20 - 15,15-osso 3,60 1,80 - 25/51 14,15-3Interf. 7,50 13,20 -
  26. 26. Resultados Objeto simulador heterogêneo - prótesis de Ti Simulación de una prótesis de femur com o material Ti acrílico Objeto simulador 4 26/51
  27. 27. Resultados Objeto simulador heterogéneo - prótesis de Ti Simulação PENELOPE Siemens 6 MV 100 Titânio 3x3 Titânio 2x2 Titânio 1x1 P P(% D ) 80 60 40 20 acrílico Titânio 0 4 acrílico 8 12 16 20 Profundidade (cm) Profundidade (cm) Difer. Máx. Dosit.(%) PE-SP PE-ala Al-SP 3,85 3,90 4,20 17,15 38,90 2,00 40,9 5,65 15,70 7,10 - 4,15-1interf 5,00 4,30 - 26,60 0,40 - 7,15-2interf 27/51
  28. 28. Resultados 30 25 20 15 0 0 10 2 10 2 20 4 20 4 40 8 50 10 50 10 Profundidade (cm) 40 8 Profundidade (cm) 60 12 60 12 70 14 70 14 80 16 80 16 90 18 90 18 100 20 100 20 28/51 Simulación PENELOPE Titânio 30 6 Titânio 30 6 Sistema de planeamiento 10 5 30 25 20 15 10 5 Objeto simulador heterogeneo - prótesis de Ti Curvas de isodosis para la geometria em la interface de prótesis de c Ti a b
  29. 29. Resultados Materiales Heterogéneos Compuesto de dos o más materiales homogéneos de la forma del cuerpo humano a 110 b campo 3x3 Primus Siemens 6 MV 110 campo 2x2 Primus Siemens 6 MV S im u la çã o P E N E L O P E P rim us S ie m en s 18 M V 12 0 100 100 pulmão (ICRU) Cortiça 90 osso (ICRU) O. Simulador de osso 90 10 0 osso (ICRU) 80 pulmão (ICRU) 70 60 70 PDP (%) 80 PDP (%) 80 PDP (%) 2 O.Simulador de osso 60 50 60 40 cortiça 50 cam po 3x3 cm 6 M V 2 cam po 3x3 cm 18 M V 40 20 30 40 acrílico acrílico cortiça osso 20 30 0 4 8 12 16 20 Profundidade (cm) Pulmon ICRU ρ= 0,30 g/cm3 Corcho ρ= 0,32 g/cm3 0 a crílic o acrílico acrílico 4 a c rílico titân io 0 8 12 16 0 20 4 8 12 16 P rofun did a de (cm ) Profundidade (cm) Hueso ICRU ρ= 1,85 g/cm3 Hueso ρ= 1,68 g/cm3 29/51 Mismo Tamaño Campo Diferente Energia 20
  30. 30. Possível caso Clínico de um tumor na interface de uma Prótese Resultados Posible caso Clínico de un tumor en la interface de una Prótesis volumen blanco de 3x3x3 cm3 volumen del tumor 3x3x1,5 cm3 irradiado con cuatro campos de 3x3 cm2 30/51
  31. 31. Resultados Posible caso Clínico de un tumor en la interface de una Prótesis Distribución de Dosis Sistema de planeamiento 31/51 Simulación PENELOPE
  32. 32. Resultados Posible caso Clínico de un tumor en la interface de una Prótesis Comparación entre perfiles calculados y medidos de dose encima interface del Titánio Los perfiles de dose en sentido longitudinal para o GTV 32/51 para la distancia de 0,15 cm, 0,65 cm, 1,35 cm e 1,65 cm
  33. 33. Resultados medidas de los perfiles de los haces estrechos Penumbra à profundidade de 13 mm Tamanho de campo mm2 PENELOPE L-alanina Filme 30 x 30 1,60 2,30 1,50 20 x 20 1,85 2,00 1,10 10 x 10 2,60 2,25 5x5 2,40 2,20 33/51 1,42 1,00
  34. 34. CONCLUSIÓN: El uso de materiales equivalentes en la terapia de radiaciones, juega un papel importante en el entendimiento de la interacción de la radiación con el paciente como también en el mejoramiento que atravesara en su tratamiento. Se observó alto grado de similitud de los materiales estudiados con el tejido muscular, notándose también sus diferencias en respuesta a energías bajas pero notando que para los rangos de energía usados en radioterapia el ajuste es muy cercano.
  35. 35. REFERENCIAS: [1] D.R. White, Tissue substitutes in experimental radiation physics, RadiationPhysics Department; 1978. [2]organismo internacional de energía atómica; determinación de la dosis absorbida en radioterapia con haces externos; Viena, 2005. [3] E. K. Osei, EGSNRC Monte Carlo study of the effect of photon energy and field margin in phantoms simulating small lung lesions, Department of Radiation Physics ;2003.

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