NR. 2Universitatea de Vest din Timisoara [628213]

RAPORT DE ACTIVITATE
NR. 2Universitatea de Vest din Timisoara
Facultatea de fizica
Scoala doctorala de fizica
Profesor coordanator : Prof. Dr. Avram Nicolae
Student: [anonimizat]: Scarlatescu Ioana
Timisoara
2016

RADIATIA X SI FASCICULELE DE ELECTRONI.
OBTINERE SI PROPRIETATIUniversitatea de Vest din Timisoara
Facultatea de fizica
Scoala doctorala de fizica
Profesor coordanator : Prof. Dr. Avram Nicolae
Student: [anonimizat]: Scarlatescu Ioana
Timisoara
2016

Cuprins :
1. Principiile radioterapiei in tratamentul oncologic
2. Elemente de radiobiologie
3. Tehnici radioterapeutice cu raze X si electroni
4. Asigurarea calitatii siaparatura dozimetrica
5. Verificarea dozimetrica a influentei erorilor de pozitionare asupra
distributiei de doza , in radioterapia moderna
6. Concluzii

1. Principiile radioterapiei in
tratamentul oncologic

Rolul radioterapiei
Una din principalele modalitati de tratament al cancerului (adesea in
combinatie cu chimioterapia sichirurgia )
Se presupune ca 50 -60% din pacientii cu cancer beneficiaza de
radioterapie
Are un rolminor in alte boli

Modalitati de abordare
•Radioterapia paliativa pentru a reduce durerea saucare se adreseaza
simptomelor acute -ex metastaze osoase , compresii pecoloana
vertebrala ;
•Radioterapia radicala ca prima modalitate de vindecare –ex craniu si
gat
•Tratament adjuvant in combinatie cu chirurgia -ex cancerul de san

Scop
Omorarea tuturor celulelor
canceroase
A elibera o doza cat mai mare
posibila la nivelul tintei in asa fel
incat sa se obtina o doza cat mai
mica in tesuturile sanatoase din jur
tintaPacient: [anonimizat]
•Tipul sistadiul de cancer
•Caracteristicile pacientului
•Doza de radiatii
supravietuire
timpPrognostic bun
Prognostic prost

Radioterapia externa
In mod obisnuit este fractionata -ex. 30 de fractiuni zilnice a
cate 2Gy pana la o doza totala de 60Gy
◦Radiatie superficiala /ortovoltaj (50 pana 400kVp) pentru
piele sauleziuni superficiale
◦Fotoni de mare energie (Co-60 sauacceleratoare lineare
=LINAC) pentru tumorile profunde .
◦Electroni de mare energie de la LINAC pentru leziuni mai
superficiale

Brahiterapie
•Implant de materiale radioactive (ex. Cs 137, Ir192) in apropierea ariei
tintei
•Aplicatii intracavitare , interstitiale simulaje superficiale
•Debite de doza reduse -LDR (60Gy in aproximativ 5 zile) sidebite de
doza mari -HDR (mai multe fractiuni de mai multi Gyin cateva minute
fiecare )

Brahiterapie
Implantul interstitial
pentru
radioterapia de sanImplant
ginecologic
intracavitarSapte fire de Ir 192 Trei surse de Cs 137

Producerea radia țieiX
Electroni de mare energie lovesc o țintă(metalic ă) unde o parte a
energiei loreste convertit ăîn radia ție
Distribuțiaunghiular ă:radia țiaX de mare energie este direc ționată
preponderent “înainte ”, în timp ceradia țiaX de energie joasăeste
emisă în principal perpendicular pefasciculul incident de electroni .
Radiații X XEnergie joas ă
sau medie
(10-400keV)Energie înaltă
> 1MeV
Radiații Xțintăelectroni

Aspecte legate de producerea radiaț ieiX
Eficiența de producere : în general, cu cât energia este mai
mare , cu at ât este mai mare eficiența de producere a
radia țieiX -aceasta înseamnă ca la energii joase ceamai
mare parte a energiei electronilor (>98%) este transformat ă
în căldur ăși, ca urmare -răcirea țintei este importantă.

Producerea radiatiei X
Radiatiile X apar la interactiunea electronilor puternic accelerate cu
atomii tintei .
Se produc doua tipuri de fenomene:
◦-radiatia X caracteristica
◦Radiatia X de franare

Radia țiaX caracteristic ă:
1. electronul incident scoate
un electron de pe un nivel
al unui atom din materialul
anodului
2. un electron de peun nivel
energetic superior ocup ălocul
liber iardiferenț a de energie
este emis ăca radiaț ieX având
o energie caraceristic ăacelei
tranziț ii.
12

Radiatia X de franare
Ianastere prin interactiunea electronilor cu campul electric al nucleului

Radioterapia cu fascicul extern
Este realizată cutreitipuri deechipamente:
 generatori deradiații X(superficial sauortovoltaj),
 teleterapie cusursă (înprincipal :Cobalt -60)
 acceleratoare lineare (linac) .

Superficial și ortovoltaj
Tub deraze X“convențional” cu
electronii accelerați într-uncâmp
electric .
Anod staționar (încontrast cu
tuburile dediagnostic, care auun
anod rotativ, pentru apermite
focar mic) .
Filtrarea este foarte importantă .

Tubul X -superficial (Philips RT 100)
Tubul de raze X
Apa de
răcire Ținta
Aplicator/
colimator

Instalația de ortovoltaj

150 la 400kVp

tub de radiații X
convențional

Aplicații:

leziuni mai profunde
la piele

metastaze osoase

Instalația de ortovoltaj
Cele mai multe folosesc
colimatoare con.
Mai recent auapărut cudiafragm
șicâmp luminos.
Atenție la:
◦asigurarea corectă adistanței ;
◦considerarea penumbrei mari dată
defocarul mare .

Co-60
•Energie, înjurde1,25MeV (2liniila1,17MeV si
1,33MeV) .
•Activitate specifică suficient demare pentru a
permite DSP de80cm șichiar 100cm .

Montajul izocentric :
Montajul izocentric permite
mișcarea tuturor componentelor în
jurul aceluiași centru .
izocentrul =punctul deintersecție
alaxelor colimatorului cu axele
gantry -ului siaxele mesei de
tratament
colimator
“gantry”
masă

Comparația distribuției dozei în profunzime

Fascicul
ortovoltajFascicul superficial
Parcursul în apă (cm)Doza (pro cent din doza maximă )

Acceleratoare liniare medicale
Cei mai mulți dintre
pacienții tratați prin
radioterapie externă sunt
tratați utilizând “linac” .

Linac: componente

Colimatorul
Fasciculul de radia ții X
Câmpul

ACELERATORUL LINIAR
•este undispozitiv care permite obținerea unui fascicul deelectroni cuenergii de
domeniul MeV ;
•accelerarea electronilor seface ciclic peotraiectorie rectilinie, acesta trecând de
mai multe oriprin secțiuni deaccelerare aflate tottimpul launpotențial accelerator
față departicule ;
•secțiunile deaccelerare sunt electrozi deaccelerare deformă tubulară prin
interiorul cărora nuexistă câmp electric ;
•electronul pre-accelerat este injectat înprima secțiune deaccelerare ;

ACELERATORUL LINIAR
înintervalul detimp încare electronul străbate secțiunea are locschimbarea
semnului tensiunii aplicate acesteia astfel încât, înmomentul când electronul
părăsește secțiunea între prima șiurmătoarea secțiune seaplică odiferență de
potențial accelerator ;
procedura seaplică deatâtea oripână când electronul străbate toate secțiunile,
energia finală fiind egală cusuma energiilor căpătate înspațiile dintre secțiuni
plus energia depre-accelerare ;
toate secțiunile sunt aliniate astfel încât spațiile interne, goale aleacestora, săfie
perfect coliniare ;
lungimile secțiunilor sunt ușor crescătoare, pentru acompensa creșterea vitezei
electronilor odată cucreșterea energiei;

ACELERATORUL LINIAR
alimentarea secțiunilor deaccelerare seface cuotensiune alternativă acărei
periodicitate este egală cutimpul dezbor alparticulei prin secțiune ;
acceleratoarele moderne folosesc pentru accelerare unmagneton care funcționează
înregim deghid deunde (microunde) ;
catodul, secțiunea depre-accelerare ansamblul tuturor secțiunilor deaccelerare și
ținta dewolfram seaflă într- ocavitate vidată .

Schița unui linac

Acceleratoare de electroni
6 MeV ghid de unde scurt
Fărămagnet

Acceleratoare de electroni
18 MeV ghid de unde lung

Acceleratoare de electroni
Curbarea fasciculului de electroni
Magnet:
toate energiile sunt
focalizate pe țintă
Despicătura pentru
selectarea energieielectronului

Capul de
tratament
Unghiul
magnetului 270

Fascicul de electroni
Folia deîmprăștiere folosită
pentru aproduce unfascicul
larg –alternativa arfiscanarea
(pencil beam) folosind câmp
electromagnetic .
Necesită aplicator (colimator)
pentru aproduce odelimitare
bună acâmpului pepacient .Fascicul de
electroni
Folie de
imprăștiere Camera de ionizare
Colimator secundar
Aplicator
PacientColimator primar

Acceleratoare de electroni
Acceleratoarele moderne au multiple
opțiuni de tratament,
de ex.:
◦radiații X sau electroni (mod “dual”)
◦energii multiple
◦2 energii pentru radiațiile X
◦5 sau mai multe energii pentru electroni

Acceleratoare de electroni
Complexitatea capului de iradiere,
pentru operarea cu multiple energii
◦diverse filtre de
omogenizare
◦camere monitor
◦colimatoare

Simulatorul
Înpractica deradioterapie, simulatorul este deseori folosit îndouă etape :
◦pentru achiziția dedate privind pacientul (localizarea volumului țintă, stabilirea
contururilor șiaproiecțiilor) ;
◦pentru operația deverificare :Poate fipus planul înpractică? Achiziția deimagini
dereferință pentru verificare .

Simularea tratamentului are ca scop:
determinarea poziționării pacientului întimpul tratamentului ;
identificarea volumului țintă șiaorganelor derisc;
determinarea șiverificarea geometriei câmpului detratament ;
generarea deradiografii desimulare pentru fiecare fascicul utilizat pentru
tratament pentru aficomparat cufilmele depoziționare realizate întimpul
tratamentului ;
achiziționarea datelor pacientului necesare întimpul tratamentului .

2. Notiuni fundamentale in
radiobiologie
Scopul radioterapiei este de a omora celulele tumorale si
de a cruta tesuturile normale
In folosirea teleterapiei si in brahiterapie apar si unele
doze mari in tesutul normalpacienttumoraFascicul 3Fascicul 2
Fascicul 1Sursa de brahiterapie

Notiuni fundamentale in
radiobiologie : tinta
•Scopul radioterapiei este de a omora celulele care se afla in
masa tumorii , sauin ganglionii limfatici de drenaj si/sauin
diseminarile microscopice
•Radiobiologia tumorii este complexa –raspunsul depinde nu
doar de doza ci side radiosensibilitatea specifica , timp ,
fractionarea dozei , altiagenti concurentiali (ex.
chimioterapia )
•Exista mai multe caide sterilizare a unei tumori , printre care
simoartea mitotica a celulei (moartea programata a
celulelor )

Radiobiologie: tumora
•Iradierea ucide celulele
•Diferite mecanisme de ucidere a celulelor
•Radiosensibilitate diferita a diferitelor tumori
•Reducerea marimii face tumora
•Mai bine oxigenata
•Crestere mai rapida

Radiobiologie: micrometastaze
Tumorile se extind initial in tesuturile adiacente siprin nodulii
limfatici invecinati
Necesitatea de a iradia precoce depozitele mici ale celulelor
clonogenice
Este necesara o doza mai redusa pemasura cefiecare fractionare a
dozei reduce numarul de celule cu un anumit factor

Radiobiologia: tesuturi
normale
Protejarea tesuturilor normale este esentiala pentru
a avea rezultate bune terapeutice
Radiobiologia tesutului normal poate fi chiar mai
complexa decat a tumorii:
◦diferitele organe raspund diferit
◦Aici este un raspuns al unei organizari celulare, nu doar a
unui singur tip de celula
◦Repararea modificarilor este in general mult mai importanta

Clasificarea efectelor radiatiilor
in tesuturile normale
Reactii precoce sau acute
◦Inrosirea pielii, eritem
◦Greturi
◦Varsaturi
◦Astenie
Apar in cursul
radioterapiei, sau in
primele 3 luniReactii tardive
◦Telangectazia
◦Afectarea coloanei vertebrale, paralizie
◦Fibroze
◦Fistule
Apar dupa 6 luni de la
iradiere
Efectele tardive pot fi un rezultat
al reactiilor precoce severe

Modele radiobiologice
Exista multe modele
Se bazeaza pe experienta clinica, pe experimentele efectuate pe
celule sau doar pe baza unor calcule matematice
Unul din cele mai simple si des folosite modele este cel denumit
“linear -patratic”sau modelul “alfa/beta” propus si modificat de
Thames, Withers, Dale, Fowler si multi altii.

Regula simpla pentru
rapoartele a/b
Rapoarte mari a/b
a/b = 10 la 20
◦Tesuturi ce reactioneaza acut sau
precoce
◦cea mai mare parte a tumorilorRapoarte mici a/b
a/b = 2
◦Tesuturi care reactioneaza tarziu,
ex. coloana vertebrala
◦cancerul de prostata potential

Efectul fractionarii dozei
0,0010,010,11
0 2 4 6 8 10
Doza (Gy)Probabilitatea de supravietuire a
celulelor
cell kill (low a/b)
cell kill (high a/b)
fractionated (low a/b)
fractionated (low a/b)

Radiobiologia este esentiala pentru a intelege
efectele radioterapiei
Este importanta protectia radiologica a pacientului
pentru a reduce efectele radiatiilor in tesuturile
sanatoase
Exista modele care permit o estimare a efectelor
pentru o schema data de radioterapie
Este necesara precautia cand se aplica un model
unui individ -judecata clinica nu trebuie ingradita de
reguli

Efectele radiatiilor
Tinta in radioterapie este masa tumorala si/sau diseminarile
confirmate sau suspectate
Este important de stiut atat efectele ce apar la nivelul
tumorii cat si cele de la nivelul tesuturilor normale
Tesuturile normale trebuie considerate la nivelul intregului
organ
Efectele radiatiilor sunt un proces complex -discutii detaliate
nu fac obiectul acestui curs
Modelele sunt folosite pentru a reduce complexitatea si
permit predictia efectelor…

3. Tehnici utilizate in
radioterapie
2D
3D
3D CRT
IMRT
VMAT

Tehnici de
iradiere
3D CRT
◦radioterapie conformațională 3D
◦Sistem MLC
IMRT
◦radioterapie cu intensitate modulată
◦fascicule de tratament fixe în care
modularea intensității fasciculului de
iradiere se face prin modificarea MLC
VMAT
◦arcterapie modulată volumetric
◦tehnică rotațională de radioterapie cu
intensitate modulată
◦sursa de iradiere se rotește în jurul pacientului

Procedura de planning
Decizie
Simulare ct
Conturing
Planning
Tratament

Simulare ct
Pozitionare
Laseri
Tatuaje
Mijloace de imobilizare side fixare

Planning vs inverse planning
Alegerea manuala a fasciculelor si
a intensitatii fiecarui fascicul in
parte in vederea obtinerii unui
anumit dozaj in volumul ; tinta cu
restrictii peOLR
VS
Instructiuni in ceea cepriveste
doza minima, maxima si mediana
sauprocent din volumul de interes
in vederea modularii intensitatii
fasciculelor utilizate

IMRT -ul este o extensie logică conceptuală a tehnicii conformaționale,
bazate pe analiza câmpului de tratament la același unghi al gantry- ului
folosind set de camp în camp (aceeași poziție de gantry cu deschideri
diferite de colimator).

Verificarea dozimetrică a influenței erorilor de poziționare
asupra distribuției de doză
întratamentul radioterapeutic

Obiective
Verificarea modificării distribuției de doză încazul introducerii unor erori
intenționate de poziționare (rotație șitranslație )
Influența erorilor de poziționare asupra valorilor de doză absolută sidoză
relativă prin folosirea criteriului gamma
Reproductibilitatea tratamentului :
◦Precizie învolumul țintă
◦Doză scăzută la organele la risc

Aparatura șicondiții de lucru
Simulator CT –Siemens
Accelerator medical Unique Performance -Varian
◦Energie –6MV
◦Debit max. 600 MU/min
◦MLC dinamic pentru tehnica IMRT -VMAT
◦ 120 lamele
◦ Precizie 0,5 cm înizocentru
Portal Vision
◦Imagistica pentru poziționare
Laser Guard
◦Sistem pentru evitarea coliziunii cu gantry -ul
Treatment plan system “Eclipse 13”

SUN NUCLAR
ArcCHECK
Detector 4D cu 1386 diode situate într-o geometrie
elicoidală
Diametru –21 cm
Lungime activă –27 cm
Înclinometru virtual Fantoma SUN NUCLEAR ArcCheck + Software SNS Pacient 6.6

Localizări verificate conform criteriului
gamma
Bronhopulmonar
ORL
ProstatăCriteriul gamma reprezintă comparația între doza absolută măsurată
cu dispozitivul ArcCheck și
doza calculată în planul de tratament.

Pozitionare eronata in raport cu sistemul
de laseri
Erori de translație
Pozitionare corecta = Δx,Δy,Δz<1mm
Erori introduse intentionat :
◦X={0,2mm, 0,4mm……10mm), y,z =0;
◦Y={0,2mm,0,4mm,…….10mm), x,z=0;
◦Z={0,2mm,0,4mm,……..10mm)’ x,y=0;

Bronhopulmonar
020406080100
0 2 4 6 8 10 12Eroare conform citeriului gamma
(%)
Deplasare (mm)Bronhopulmonar
Vertical
Longitudinal
Longitudinal + vertical
Lateral

ORL
020406080100
0 2 4 6 8 10Eroare conform citeriului gamma (%)
Deplasare (mm)ORL
Vertical
Longitudinal
Lateral

Prostata
020406080100
0 2 4 6 8 10Eroare conform citeriului gamma (%)
Deplasare (mm)Prostata
Vertical
Longitudinal
Lateral

Influenta erorilor de pozitionare (10
mm) asupra profilului de doza

Erori la rotație
Localizare Eroare intentionata
de rotatie (°)Corespondenta
conform criteriului
gamma (%)
Bronhopulmonar 3 96.2
5 83.9
ORL 3 97.7
5 89.9
Prostata 3 97.5
5 90.8

CONCLUZII
În cadrul acestui raport, în primele 4 capitole am realizat o scurtă
introducere în radioterapia clinică. Astfel:
◦în primul capitol am prezentat noțiuni teoretice referitoare la generarea
radiațiilor X și la principiul de funcționare al acceleratoarelor de particule
întru -cât acceleratoarele utilizate în radioterapie produc fotoni de energi
mari aplicând principiul folosit la acceleratoarele de particule unui generator de raze X.
◦Al doilea capitol cuprinde elemente de radiobiologie utilizate în practica
clinica, elemente cu ajutorul cărora se poate determina impactul pe care îl au radiațiile asupra materiei organice.
◦În capitolul 3 am prezentat tehnicile radioterapeutice utilizate curent în
centrele de radioterapie pentru tratarea diferitelor forme de cancer.
◦Cel de-al patrulea capitol cuprinde elementele necesare și obligatorii de
asigurare a calității atât în vederea supravegherii dozimetrice personalului operator din cadrul departamentului cât și procedeul de asigurare al calității în ceea ce privește planul de tratament.

CONCLUZII
•Capitolul 5 prezintă măsurătorile experimentale efectuate pentru verificarea
dozimetrică a influenței erorilor de poziționare asupra distribuției de doză. Pentru obținerea unei corespondențe reale între distribuția de doză obținută teoretic în planul de tratament și distribuția de doză din timpul tratamentului este necesar un sistem de asigurare al calității din care să nu lipsească dispozitivele de contenție, imageria portală, și sisteme dozimetrice de verificare .
•Pentru erori de pozitionare de pana la 1 cm sau 5 grade, (care de altfel pot fi
frecvente dacă nu se folosesc sisteme de contenție sau metode imagistice de verificare la fiecare ședință de tratament) sub 50% din punctele măsurate trec criteriul γ (3% sau 3 mm).

Activitate :
•TIM 2014 –Timisoara -20-22 noiembrie 2014 –participare la conferinta
cu posterul “Craniospinal Irradiation Tehniques ”
•Workshop de Radioterapie –Centrul medical NeoLife –23-25 aprilie
2015 Bucuresti
•Al 25 -lea congress Annual al Societatii Romane de Radioterapie si
Oncologie Medicala –Sibiu 15 -17 octombrie 2015 –participare cu
prezentare orala cu titlul “Verificarea dozimetrica a influentei erorilor de
pozitionare asupra distributiei de doza in radioterapia moderna ”
•Conferinta Societatii Romane de Radioterapie siZilele Medicale ale
institutului Oncologic “Prof. Dr. Alexandru Testioreanu ” –5-7
noiembrie 2015 -Bucuresti

Activitate
•Curs Nivel 2 –Securitate radiologica in practice cu surse de radiatii
Ionizante ” Domeniile (GR, SI, AP ) –Institutul National pentru fizica si
inginerie nucleara “Horia Hulubei ” –Centrul de pregatire sispecializare
in domeniul nuclear –2-19 noiembrie 2015 Bucuresti
•Conferintele Institutului Regional de Oncologie –27-29 noiembrie 2015
-Iasi

Plan de activitate 2016
•Fourth International Conference on radiation and applications in various
fields of research –23-27 mai 2016 -Serbia –participare cu poster
•Conferinta Best of ASCO a asociatiei MEDISPROF –26-26 iunie 2016 –
Cluj Napoca
•ESTRO School of radiotherapy and oncology –Physics for modern
radiotherapy –11-15 septembrie Grecia

VA MULTUMESC!