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

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. La sorgente viene collocata direttamente nel volume del tumore (b. interstiziale) o all’interno di cavità, vicino al volume da trattare (b. endocavitaria). L’energia 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.

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

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:

Richiami di fisica delle radiazioni Secondo le raccomandazioni dell’AIFB 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. Richiami di fisica delle radiazioni energia trasferita per unità di massa alle particelle cariche e da queste dissipata sia per collisione sia per perdite radiative kerma nel mezzo m dovuta a fotoni monoenergetici di energia E e fluenza (E): coefficiente di assorbimento d’energia massico frazione d’energia dei secondari carichi (liberati) persa in processi radiativi trasferimento [Km]= Gy È legato al kerma in aria K dalla relazione: In condizioni di equilibrio elettronico transiente dal kerma si ricava la dose assorbita nel mezzo: costante di proporzionalità tra kerma per collisone e dose

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

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 NK assunti dal fattore di taratura per un’opportuna scelta di radiazioni X filtrate e gamma.

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 NK ottenuti per i due fasci di radiazione le cui energie medie comprendono l’energia media dello spettro d’interesse; Energie medie (in keV) dei fasci utilizzati per la taratura di una sorgete di 192Ir: 82.7 (S4), 116.6 (S6), 202.5 (S8), 662 (137Cs), 1250 (60Co) 2) determinando il best-fit di tutti i valori misurati di NK

segnale alla distanza dr corretto per l’attenuazione 3) Dalla relazione: fattore di taratura relativo ai fotoni di energia Ei (ricavato dalla curva di dipendenza di NK dall’energia) Kerma in aria dovuto alla fluenza (Ei) di fotoni di energia Ei emessi dalla sorgente da caratterizzare segnale alla distanza dr corretto per l’attenuazione e diffusione da parte dell’aria, per la diffusione dalle strutture della stanza d’irraggiamento e per le dimensioni non infinitesime della camera a ionizzazione (segnale dovuto ai soli fotoni primari) Per l’analogo segnale Mp(d) alla distanza generica d (anche < dr) ma sempre tale da preservare la condizione di sorgente puntiforme: durata della misurazione del segnale

OSS: la determinazione diretta di può essere ES: volume delle camere utilizzate in radioterapia di fasci collimati < 1 cm3  occorre scegliere d=(10÷20) cm OSS: la determinazione diretta di può essere eseguita in dr ma anche, qualora si utilizzino camere a ionizzazione di volume ridotto o si debbano caratterizzare sorgenti a basso rateo di kerma, a distanze d < dr purché tali da preservare la condizione di sorgente puntiforme. correzione per l’attenuazione dei fotoni da parte dell’aria 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 dall’aria e dalle strutture della stanza di irraggiamento  deve essere determinato sperimentalmente fattore di distanza  a/d raggio interno della camera

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

Misurazioni eseguite alla distanza di riferimento dr segnale costante ottenuto all’aumentare dello spessore dei filtri a trono di cono segnale ottenuto senza filtro ma in presenza del supporto filtro né supporto contributo dei fotoni diffusi dal supporto

Misurazioni eseguite a distanze <dr Si ripetono n misurazioni a distanze di sufficientemente vicine in modo tale da poter considerare costante il contributo della diffusione Ms(di) = Ms Si sfrutta l’uguaglianza: Dalle n misure si ricavano la costante e (n-1) valori di Ms. Sostituendo la media di questi valori nelle n equazioni si ricavano n valori di Mp(dr) la cui media fornisce la migliore stima di

Determinazione indiretta di 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). È indicata, per esempio, per caratterizzare sorgenti a breve emivita (OSS: ogni nuova sorgente deve essere caratterizzata prima dell’uso clinico) 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 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

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

Calcolo del rateo di dose in un mezzo omogeneo I sistemi tradizionali per i piani di trattamento sono basati sull’approssimazione di sorgente puntiforme. 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 3zo o 4to ordine in d. Se invece la sorgente è “immersa” nel tessuto: Fattore di attenuazione del tessuto S(d) relativa all’acqua per l’iridio-192

Protocollo dell’AAPM Task Group 43 Ha implementato i sistemi commerciali per i piani di trattamento con l’introduzione dell’approssimazione di sorgente lineare. angolo rispetto all’asse longitudinale della sorgente (θ0 π/2) distanza dal centro (d01 cm) Pto di riferimento posto a 1 cm dal centro della sorgente sull’asse trasverso bisettore La distribuzione bidimensionale di dose viene descritta in un sistema di coordinate polari: sono grandezze relative ricavate per ogni specifica sorgente d’interesse dalla valutazione sperimentale o numerica (mediante simulazioni Monte Carlo) della distribuzione di dose prodotta in un fantoccio tessuto equivalente.

dà il rateo di dose in P(d0, θ0) per una sorgente con unitario Costante di dose dà il rateo di dose in P(d0, θ0) per una sorgente con unitario La funzione di geometria G(d,θ) descrive la distribuzione della fluenza di fotoni nel vuoto attorno alla parte attiva della sorgente nell’approssimazione di sorgente puntiforme “ “ lineare di lunghezza L

OSS: Funzione radiale descrive la variazione di lungo l’asse trasverso bisettore della sorgente dovuta all’attenuazione e diffusione dei fotoni nel materiale costituente la sorgente, nella capsula sigillante e nel tessuto (g(d0)=1). OSS:

Entro le brevi distanze di interesse per il trattamento, l’attenuazione 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.

Funzione di anisotropia descrive la variazione di rispetto al piano trasverso bisettore dovuta all’attenuazione e diffusione dei fotoni nel materiale costituente la sorgente, nella capsula sigillante e nel tessuto (F(d, θ0)=1).

OSS: perché sia possibile un calcolo accurato di (attualmente viene richiesta un’incertezza ≤ 3%) è indispensabile la determinazione accurata di . 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 [Aapp] =Bq. Costante gamma (costante del rate di kerma): sebbene sia una grandezza fisica ben definita, non ha un effettivo ruolo nella dosimetria delle sorgenti calibrate. L’utente può scegliere per essa un valore diverso da quello scelto dal venditore. Il suo uso può dar luogo ad un significativo errore dosimetrico.