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BRACHITERAPIA: protocolli per la calibrazione delle sorgenti e per il calcolo delle dosi delle sorgenti e per il calcolo delle dosi.

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Presentazione sul tema: "BRACHITERAPIA: protocolli per la calibrazione delle sorgenti e per il calcolo delle dosi delle sorgenti e per il calcolo delle dosi."— Transcript della presentazione:

1 BRACHITERAPIA: protocolli per la calibrazione delle sorgenti e per il calcolo delle dosi delle sorgenti e per il calcolo delle dosi

2 2 Brachiterapia [βραχùς (breve) + ζεραπεία] = trattamento del cancro a breve distanza mediante radiazione emessa da piccole sorgenti sigillate Normalmente la fluenza di radiazione da una sorgente brachitarapica consiste di fotoni: raggi γ, raggi X caratteristici (anche a seguito di cattura elettronica e conversione interna, bremsstrahlung. Lenergia media dei fotoni emessi può essere bassa fino a 20 keV. Invece nella radioterapia dei tumori profondi con fasci esterni sono necessarie energie di parecchi MeV. La brachiterapia consente una migliore ottimizzazione del trattamento permettendo una cessione di alte dosi al tumore e di dosi minime ai tessuti circostanti. La sorgente viene collocata direttamente nel volume del tumore (b. interstiziale) o allinterno di cavità, vicino al volume da trattare (b. endocavitaria).

3 3 Nei trattamenti brachiterapici di molti tumori viene comunemente utilizzato liridio-192. include le radiazioni gamma, i raggi X caratteristici e la radiazione x di frenamento di energia maggiore di δ=20 keV

4 4 Le sorgenti brachiterapiche possono presentarsi come sorgenti a seme (aventi simmetria cilindrica di lunghezza 0.5 cm e diametro 0.1 cm) o con modelli lineari (spesso costitiuti da treni di sorgenti a seme tenute insieme da un materiale dissolubile tessuto equivalente). Esempio di impianto interstiziale di sorgenti a seme:

5 5 Richiami di fisica delle radiazioni È legato al kerma in aria K dalla relazione: energia trasferita per unità di massa alle particelle cariche e da queste dissipata sia per collisione sia per perdite radiative Secondo le raccomandazioni dellAIFB e di altri autorevoli organismi nazionali ed internazionali le sorgenti brahiterapiche devono essere caratterizzate mediante la grandezza fisica Kerma (Kinetic Energy Rileased per unit MAss) in aria. kerma nel mezzo m dovuta a fotoni monoenergetici di energia E e fluenza (E): coefficiente di assorbimento denergia massico frazione denergia dei secondari carichi (liberati) persa in processi radiativi coefficiente di trasferimento denergia massico [K m ]= Gy In condizioni di equilibrio elettronico transiente dal kerma si ricava la dose assorbita nel mezzo: costante di proporzionalità tra kerma per collisone e dose

6 6 Caratterizzazione delle sorgenti brachiterapiche, ma nella pratica μG·h -1 per sorgenti a basso rate μG·s -1 ÷ mGy·min -1 per sorgenti ad alto rate OSS: ma S k e sono numericamente identici In realtà lAmerican Association of Physicists in Medicine raccomanda di caratterizzare le sorgenti in termini di air-kerma strenght: Rateo di kerma in aria misurato nel vuoto alla distanza d generica (ma sempre tale da preservare la condizione di sorgente puntiforme): In pratica viene misurato in aria e corretto per lattenuazione e diffusione della radiazione da parte dellaria. La distanza d r si misura dal centro della sorgente lungo il suo asse trasverso bisettore. Più precisamente si è convenuto di stabilirla in termini di rateo di kerma in aria di riferimento = rateo di kerma in aria misurato nel vuoto alla distanza di riferimento d r =1 m dalla sorgente assunta puntiforme

7 7 Determinazione diretta di Viene effettuata utilizzando un dosimetro di riferimento. È costituito da un elettrometro, un alimentatore ed una camera a ionizzazione sferica o cilindrica (con elettrodo di raccolta a geometria cilindrica). Presso il Centro Primario devono essere stati determinati i valori N K assunti dal fattore di taratura per unopportuna scelta di radiazioni X filtrate e gamma.

8 8 È allora possibile ricavare il fattore di taratura per lo spettro energetico della sorgente da caratterizzare in tre diversi modi: 1) mediante interpolazione dai due valori di N K ottenuti per i due fasci di radiazione le cui energie medie comprendono lenergia media dello spettro dinteresse; 2) determinando il best-fit di tutti i valori misurati di N K Energie medie (in keV) dei fasci utilizzati per la taratura di una sorgete di 192 Ir: 82.7 (S4), (S6), (S8), 662 ( 137 Cs), 1250 ( 60 Co)

9 9 3) Dalla relazione: fattore di taratura relativo ai fotoni di energia E i (ricavato dalla curva di dipendenza di N K dallenergia) Kerma in aria dovuto alla fluenza (E i ) di fotoni di energia E i emessi dalla sorgente da caratterizzare segnale alla distanza d r corretto per lattenuazione e diffusione da parte dellaria, per la diffusione dalle strutture della stanza dirraggiamento e per le dimensioni non infinitesime della camera a ionizzazione (segnale dovuto ai soli fotoni primari) durata della misurazione del segnale Per lanalogo segnale M p (d) alla distanza generica d (anche < d r ) ma sempre tale da preservare la condizione di sorgente puntiforme:

10 10 ES: volume delle camere utilizzate in radioterapia di fasci collimati < 1 cm 3 occorre scegliere d=(10÷20) cm OSS : la determinazione diretta di può essere eseguita in d r ma anche, qualora si utilizzino camere a ionizzazione di volume ridotto o si debbano caratterizzare sorgenti a basso rateo di kerma, a distanze d < d r purché tali da preservare la condizione di sorgente puntiforme. correzione per lattenuazione dei fotoni da parte dellaria tra sorgente e rivelatore = exp( air ·d) correzione per la dimensione non infinitesima del rivelatore. Per camere a geometria sferica o cilindrica e per una distribuzione angolare in generale anisotropa (con grado di anisotropia ω) degli elettroni messi in moto nelle pareti della camera contributo dovuto ai fotoni diffusi dallaria e dalle strutture della stanza di irraggiamento deve essere determinato sperimentalmente fattore di distanza a/d raggio interno della camera

11 11 per camere sferiche: k=0, per camere cilindriche: per camere irraggiate in direzione normale al proprio asse longitudinale semilunghezza volume sensibile

12 12 Misurazioni eseguite alla distanza di riferimento d r segnale costante ottenuto allaumentare dello spessore dei filtri a trono di cono segnale ottenuto senza filtro ma in presenza del supporto segnale ottenuto senza filtro né supporto contributo dei fotoni diffusi dal supporto

13 13 Misurazioni eseguite a distanze

14 14 Determinazione indiretta di Purché si adotti la stessa configurazione sperimentale utilizzata per la sua taratura, il dosimetro di uso corrente può essere impiegato per determinare il relativo ad ogni nuova sorgente dello stesso radionuclide ed uguale geometria di quella utilizzata per ricavare È indicata, per esempio, per caratterizzare sorgenti a breve emivita (OSS : ogni nuova sorgente deve essere caratterizzata prima delluso clinico ) Consiste in una procedura semplificata che utilizza un dosimetro di uso corrente. È costituito da un elettrometro, un alimentatore ed una camera a ionizzazione a pozzetto oppure di geometria sferica o cilindrica (anche la stessa associata al dosimetro di riferimento). Una volta determinato il con un dosimetro di riferimento, essa viene utilizza per ricavare il fattore di taratura del dosimetro di uso corrente Si inverte la per ricavare a partire da sorg K r N

15 15 CENTRO PRIMARIO Uso clinico della sorgente Determinazione diretta di Taratura del dosimetro di uso corrente: Determinazione indiretta di Uso clinico della sorgente CENTRO DI RADIOTERAPIA Taratura del dosimetro di riferimento:

16 16 I sistemi tradizionali per i piani di trattamento sono basati sullapprossimazione di sorgente puntiforme. S(d) relativa allacqua per liridio-192 Calcolo del rateo di dose in un mezzo omogeneo Dose assorbita in una piccola massa di tessuto m alla distanza d dalla sorgente qualora tra sorgente e punto di assorbimento ci fosse il vuoto: è generalmente rappresentato da un polinomio del 3 zo o 4 to ordine in d. Se invece la sorgente è immersa nel tessuto: Fattore di attenuazione del tessuto

17 17 Protocollo dellAAPM Task Group 43 sono grandezze relative ricavate per ogni specifica sorgente dinteresse dalla valutazione sperimentale o numerica (mediante simulazioni Monte Carlo) della distribuzione di dose prodotta in un fantoccio tessuto equivalente. La distribuzione bidimensionale di dose viene descritta in un sistema di coordinate polari: Ha implementato i sistemi commerciali per i piani di trattamento con lintroduzione dellapprossimazione di sorgente lineare. angolo rispetto allasse longitudinale della sorgente ( θ 0 π/2 ) distanza dal centro della sorgente ( d 0 1 cm ) Pto di riferimento posto a 1 cm dal centro della sorgente sullasse trasverso bisettore

18 18 La funzione di geometria G(d,θ) descrive la distribuzione della fluenza di fotoni nel vuoto attorno alla parte attiva della sorgente nellapprossimazione di sorgente puntiforme lineare di lunghezza L Costante di dose dà il rateo di dose in P(d 0, θ 0 ) per una sorgente con unitario

19 19 descrive la variazione di lungo lasse trasverso bisettore della sorgente dovuta allattenuazione e diffusione dei fotoni nel materiale costituente la sorgente, nella capsula sigillante e nel tessuto (g(d 0 )=1). Funzione radiale OSS:

20 20 Entro le brevi distanze di interesse per il trattamento, lattenuazione nel tessuto è compensata dal buidup di dose per energia dei fotoni >300 keV, è invece rilevante per energia dei fotoni 30 keV. La dose prodotta dalle sorgenti brachiterapiche con le emissioni più energetiche decresce col quadrato della distanza dalla sorgente.

21 21 Funzione di anisotropia descrive la variazione di rispetto al piano trasverso bisettore dovuta allattenuazione e diffusione dei fotoni nel materiale costituente la sorgente, nella capsula sigillante e nel tessuto (F(d, θ 0 )=1).

22 22 OSS: perché sia possibile un calcolo accurato di (attualmente viene richiesta unincertezza 3%) è indispensabile la determinazione accurata di. Costante gamma (costante del rate di kerma): sebbene sia una grandezza fisica ben definita, non ha un effettivo ruolo nella dosimetria delle sorgenti calibrate. Lutente può scegliere per essa un valore diverso da quello scelto dal venditore. Il suo uso può dar luogo ad un significativo errore dosimetrico. In passato le sorgenti brachiterapiche venivano caratterizzate spesso in termini di Attività apparente attività di una sorgente puntiforme e non schermata che dà luogo ad un valore di uguale a quello della sorgente effettiva [A app ] =Bq.


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