Evaluación de la dosis de entrada en un KV
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Pontificia Universidad Católica de Chile Facultad de Fı́sica Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones de tamaño de campo y parámetros del tubo. Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones Lagos, Francisco;Sanchez-Nieto, B.; Caprile, P.; Cisternas, E.; Zelada, G.; Lucic, F. Francisco J. Lagos Fritz June 13, 2013 Introducción Fundamentos Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Radioterapia Maximar la dosis entregada al tumor del paciente (mediante radiación ionizante) mientras se minimiza la dosis entregada a los tejidos circundantes. • → Por ello es importante ser muy precisos en el posicionamiento del paciente en cada tratamiento. Resultados Discusión Conclusiones IGRT Metodologı́a de tratamiento que tiene por objetivo aumentar la precisión del posicionamiento del paciente mediante la adquisición de imágenes del objetivo y/o tejido sano antes del tratamiento. • Algunos equipos que realizan IGRT ocupan radiación ionizante. Introducción IGRT - kV-CBCT Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Beneficios • Acomodación del paciente en la mesa de tratamiento. • Disminución sustancial del error debido al posicionamiento del paciente. Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Pero: • Al ocuparse equipos de radiación, se le entrega una dosis extra al paciente fuera de lo planificado. Resultados Discusión Conclusiones • Un ejemplo de equipo de radiodiagnóstico de IGRT es un CBCT. Este está incorporado a un acelerador lineal (LINAC). • Corrección de la posición del paciente: match de imágenes entre el obtenido en CT y el obtenido por CBCT. Objetivos - Desafı́os Objetivo Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones • Evaluar cualitativamente la dosis relativa superficial bajo distintas configuraciones del equipo de kV-CBCT. • → Parámetros de interés: • kVp (Tensión del tubo) • Variación de mA y ms (Corriente y tamaño del pulso del tubo de rayos por cada adquisición, respectivamente.) tal que el producto entre ellos se mantenga constante. • FOV (Field of View - Tamaño de campo de adquisición) Materiales: Equipo kV-CBCT Equipo kV-CBCT Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones • El equipo utilizado fue un kV-CBCT de Elekta. • Un software controla el funcionamiento del tubo de rayos X como también se encarga de procesar los datos provenientes del panel detector. • Posee un sistema de colimadores extraı́bles del cabezal que permiten obtener un haz de radiación desplazada del tubo de rayos X en dirección al ánodo → FOVs. Introducción kV-CBCT de Elekta Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones Materiales: Equipo kV-CBCT Funcionamiento del tubo de rayos X Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones • Código que controla el funcionamiento del tubo de rayos X. Materiales: Equipo kV-CBCT FOV Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones FOV Pequeño (S) Mediano (M) Tamaño campo 27.7 cm x 27.7 cm 27.7 cm x 27.7 cm Imagen resultante 27.5 cm x 23.8 cm 41.7 cm x 21.9 cm Materiales: Fantoma comercial Fantoma: Catphan 504 Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones • Fantoma que se utiliza con un protocolo para verificar la calidad de la imagen. Materiales: Dosı́metros termoluminiscentes TLD-100 Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones • Dosı́metros termoluminiscentes TLD-100: cristales de LiF:Mg,Ti de 3x3x1 mm de tamaño. • Mediante la estimulación térmica, se obtiene la señal proveniente del TLD (expresada en carga por la lectora) → dosis relativa. Metodologı́a Montaje de los materiales Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Metodologı́a: Posición de los cristales y configuraciones del equipo de CBCT. Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones Variables Tensión del tubo (Corriente, pulso) del tubo FOV Valores 100 kVp - 120 kVp (25 mA, 40 ms); (40 mA, 25 ms) (50 mA, 20 ms); (100 mA, 10 ms) Pequeño (S) y Mediano (M) Metodologı́a Paralelo: Modelo Monte Carlo Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones Se simuló el espectro de rayos X en el isocentro de los colimadores S20 y M20 del haz proveniente del tubo mediante los códigos EGSnrc/BEAMnrc. Resultados: Distribución de dosis relativa Dado por la variación de kVp Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones • Colimador S20, Posición 2 a 100 kVp y 120 kVp. Resultados: Distribución de dosis relativa Dado por la variación de kVp Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones • Colimador S20, Posición 2 a 100 kVp y 120 kVp. Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones • El aumento por kVp en promedio es cercano al ≈ 60 % Resultados: Distribución de dosis relativa Dado por la variación de mA y ms Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones • Colimador S20, Posición 2 a 100 kVp y 120 kVp. Resultados: Distribución de dosis relativa Dado por la variación de mA y ms Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos • Colimador S20, Posición 2 a 100 kVp y 120 kVp. Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones • La reducción es cercano al ≈ 20 % en promedio. Resultados: Distribución de dosis relativa Dado por la variación en FOVs Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos • Colimadores S20 y M20, Posición 2, a 120 kVp. • Valores de dosis relativa superficial normalizados con respecto a lo obtenido en el colimador M20 en (25 mA, 40 ms). Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones • Vemos que el aumento de dosis de M20 a S20 en una combinación fija es casi del 30 % (en promedio). Resultados: Distribución de dosis relativa Dado por la distribución geométrica Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones • Colimador S20 y M20; 25 mA y 40 ms; para 120 kVp. Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones • Vemos que la posición posterior adquiere mayor dosis a FOV M con respecto a los otros puntos (≈ 15 %); mientras que a FOV S, la posición posterior es similar al anterior, sin embargo, son mayores al lateral cerca de un ≈ 10 % Resultados: Distribución de dosis relativa Dado por la distribución geométrica Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones • Para todas las combinaciones de mA y ms, el patrón se repite. Resultados: Simulación de Monte Carlo Comportamiento del espectro de rayos X a distinto FOV Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones • Se simularon distintos espectros de rayos X bajo los colimador S20, M20 y L20. • La reducción de la energı́a en los espectros de radiación de S20 a M20 fue de un ≈ 17 % Discusión Distribución de dosis por variación de kVp Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones • El aumento de kVp del tubo de rayos X aumenta la dosis superficial en el fantoma cerca de un 60 % para todos los casos. • Esto se debe al sistema generador de corriente del tubo de rayos X. Discusión Distribución de dosis por variación de mA y ms Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados • Vemos que existe variación de dosis relativa a pesar de mantener mA * ms constante → se reduce cerca de un 16 % • Un responsable puede ser el generador de alta frecuencia del tubo de rayos. Discusión Conclusiones • Pero a 100 mA y 10 ms se rompe la tendencia. Esto se puede traducir a la alta dispersión de haz. Discusión Distribución de dosis por variación de FOV Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones • Al variar el FOV, el tamaño del haz se mantiene constante → no se esperó variación de la dosis superficial. • Sin embargo, dosis disminuye al aumentar el FOV nominal (de pequeño (S) a mediano (M)) cerca de un ≈ 25 %; cercano a lo obtenido por MC. • Por MC (y en forma paralela pelı́culas radiográficas), se observa que no existe una fluencia constante de fotones incidentes. Discusión Distribución de dosis por variación de FOV Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones Discusión Caracterı́sticas del tubo de rayos X: Efecto talón Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones • Dado los resultados en MC y placas radiográficas, se demuestra la existencia del efecto talón. • Esto es observable ya que el colimador solo selecciona cierto rango de intensidades provenientes del haz. Discusión Distribución de dosis bajo efecto geométrico Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones • La dosis superficial es mayor en la zona posterior del fantoma, cerca de un 20 % mayor con respecto a posición lateral. • Se presume que es debido a la radiación retrodispersada proveniente de los elementos de la sala de tratamiento. Introducción CBCT Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones Discusión Sin embargo: Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción • La mayorı́a de los resultados no son traducibles en clı́nica: • Fantoma simétricamente esférico → Paciente no es simétrico ni Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados esférico. • Mediciones sin considerar el efecto de la mesa de tratamiento → En obtención de imágenes, la mesa participa en el proceso. • Mediciones en FOV S se realizó con giro completo → Mayorı́a de Discusión los protocolos con este colimador no realiza giro completo. Conclusiones • Pero: • Resultados válidos al compararlos con la calidad de imagen obtenida en el proceso. Conclusiones Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones • Como se esperó, la dosis superficial aumenta con la tensión del tubo (kVp). Cuantitativamente fue cerca de un 60 % de 100 kVp a 120 kVp. • Sin embargo, no se esperó que, el producto de mA y ms constante, la dosis superficial bajo un kVp y FOV constante fueran distintos. Mostró una tendencia de disminuir la dosis relativa al aumentar la corriente (mA), cerca de un 20 % • También se esperó que a distintos FOVs la dosis se mantuviese constante, sin embargo esto tampoco se obtuvo en los resultados. Cambiar de FOV S a M disminuye la dosis en un 30 % • Para ello, se estudió el campo de radiación mediante simulaciones de Monte Carlo y análisis de pelı́culas radiográficas → existencia del efecto talón. • Dado el efecto talón, los distintos FOVs solo seleccionan parte del haz total resultante. Para FOV S, se selecciona un rango de intensidades más constante que utilizando FOV M. • La distribución de dosis no es uniforme angularmente, siendo mayor en la posición posterior en ambos FOVs; debido posiblemente a la retrodispersión de radiación proveniente de algunos elementos en la sala de tratamiento. Esto aumenta la dosis relativa en un 20 % promedio. • Varios efectos no se observan en clı́nica, sin embargo son válidos como modo experimental y estudio de referencia de otros parámetros (como calidad de imagen). Agradecimientos Evaluación de la dosis de entrada en un KV-CBCT para diferentes configuraciones Francisco Lagos Introducción Objetivos y desafı́os Materiales y métodos Resultados Discusión Conclusiones • Elekta, UK. • Clı́nica Alemana de Santiago de Chile. • Laboratorio de Dosimetrı́a, Facultad de Fı́sica, PUC.
