SIMULACION EN
RADIOTERAPIA
MSc. Ana Rosa Quintero
Instituto Oncológico Dr. “Luís Razetti”
Caracas - Venezuela
Curso de Actualización para Tecnólogos en Radioterapia. ARCAL RLA6/058 Tema 12 : Simulación en Radioterapia
A. R. Quintero
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INTRODUCCION
La radioterapia es una forma de tratamiento de enfermedades
oncológicas basado en el empleo de radiaciones ionizantes.
En dicha modalidad se utilizan ciertos equipos como lo son
aceleradores lineales y unidades de cobaltos, para poder llevar
acabo el tratamiento, en otras palabras para poder administrar una
dosis de radiación al volumen tumoral, suficiente para destruirlo,
respetando al máximo el tejido sano circundante.
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INTRODUCCIÓN a la SIMULACIÓN
La simulación consiste en definir y localizar el
volumen de tejido a irradiar, respetando
máximo el tejido sano circundante.
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al
SIMULACIÓN
Procedimiento de simulación:
•
•
•
Posicionamiento del paciente.
Tamaño del campo de tratamiento
Direcciones de las incidencias del haz
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SIMULACIÓN
La reproducibilidad de las relaciones geométricas entre
la unidad de tratamiento y el blanco es esencial
Esta relación se describe utilizando:
• Un sistema de coordenadas estándar
• Plano de referencia anatómico
• Movimiento del equipo
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SIMULACIÓN
Planos de referencia utilizados:
• Cráneo- caudal.
• Transversal o axial.
• Coronal.
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SIMULACIÓN
Es esencial que la proyección de las líneas desde
el sistema sea idéntica y coincidan con los ejes de
rotación de la camilla y el gantry.
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INCERTIDUMBRES
1. Dosis.
2. Geometría del haz en el paciente (espacial).
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INCERTIDUMBRES
1.
Dosis
•
Inhomogeneidades
•
Cálculos de dosis
•
Variables en la salida de la maquina
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INCERTIDUMBRES
2.
Geometría del haz en el paciente (espacial)
Mecánica:
Simulador
Maquina de tratamiento
Láseres
Paciente:
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INCERTIDUMBRES MECANICAS
•
•
•
•
•
•
•
•
Tamaños de campo (mecánico , digital)
Rotacional
Retícula
Isocentro
Haz de luz
Láseres
Tope de la camilla
Bloques protectores
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INCERTIDUMBRES EN EL PACIENTE
• Delineación del blanco.
• Movimiento de los órganos .
• Marcas en la piel o en el inmovilizador.
• Reposicionamiento del paciente.
• Movimiento del paciente.
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TIPOS DE SIMULACION
• Simulación convencional
• Simulación virtual
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SIMULACION CONVENCIONAL
Consiste en la delimitación de los campos de tratamiento
con un equipo especifico de Rx (Simulador), que
reproduce con exactitud la geometría y los movimientos
de los equipos de tratamiento.
La información es obtenida a través de imágenes
fluoroscópicas
Así se obtiene información en 2D.
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SIMULADOR CONVENCIONAL
Consta:
• De un equipo de Rx de diagnóstico con un sistema
electromecánico que reproduce con exactitud la
geometría y movimientos de los equipos de
tratamiento,
• La información (o datos) es obtenida a través de
imágenes fluoroscópicas por lo que los datos se
convertirán en información 2D.
• La sala de Simulación convencional dispone de 3
láseres de posicionamiento.
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COMPONENTES DEL SIMULADOR
CONVENCIONAL
•
Gantry.
– Tubo de Rayos X.
– Colimadores.
– Soporte para colocar Bandejas.
– Bandeja porta Chasis.
– Intensificador de Imagen.
– Conversor de señal.
•
Mesa del Simulador.
•
Telemando.
•
Monitor de sala.
•
Fuente de Alimentación.
•
Consola.
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SIMULADOR CONVENCIONAL
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RADIOGRAFÍA CONVENCIONAL
Una radiografía es una imagen registrada en una placa o película
fotográfica La imagen se obtiene al exponer dicha placa o película a
una fuente de radiación, Rx o radiación gamma procedente de
isótopos radiactivos
Constituye una forma de registro permanente de las imágenes.
Principios básicos en la producción de los rayos x:
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PRODUCCIÓN DE RAYOS-X
PARA USO MÉDICO
Hay dos tipos:
• Frenado
• Característicos.
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PRODUCCIÓN DE RAYOS-X
PARA USO MÉDICO
Rx de Frenado

e

e
e
e


K

electrones
(proyectiles)
L
M

átomo blanco
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PRODUCCIÓN DE RAYOS-X
PARA USO MÉDICO
Rx Característicos
electrones
(proyectiles)

e

K
e
L
M
e

e


átomo blanco
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ESTRUCTURA INTERNA DEL
TUBO DE RAYOS-X
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•
El cátodo consiste de un filamento de tungsteno.
•
Un blanco montado en el ánodo.
•
Alto vacío.
•
Los electrones al ser frenados bruscamente en el
blanco, emiten radiación electromagnética con un
espectro continuo de energías entre 15 y 150 keV.
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El número atómico del material del que está construido
el blanco y la velocidad del haz de electrones,
determina la energía máxima y la forma del espectro.
El haz tiene dos componentes, una de ellas es continua
y
corresponde
a
la
radiación
de
frenado
(bremsstrahlung) y la otra es discreta. A ésta última se
le conoce como radiación característica y se debe a
transiciones electrónicas entre estados excitados en los
átomos del blanco.
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OBTENCIÓN DE LA IMAGEN
En la radiografía, la mayor parte de la luz de los
rayos x del haz emergente es transformada en luz
(fotones de luz visible), siendo esta luz la que
fundamentalmente produce el efecto fotográfico en la
emulsión de la película y solo un pequeño porcentaje
es debido a la acción directa de los rayos x sobre la
emulsión.
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SIMULACIÓN VIRTUAL
Está
basada
en
conseguir
imágenes
de
TAC.
Proporciona mucha mayor información acerca del
tamaño y localización del tumor
El paciente se debe colocar en el TAC en la posición en
que se aplicará el tratamiento
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IMAGEN DIGITAL DE RAYOS X
•En la radiografía digital, el receptor de la imagen no es la
película. Se utilizan, detectores de radiación que suministran
una salida eléctrica proporcional a la intensidad de radiación.
•La señal de salida inicialmente se obtiene en forma
analógica y luego es transformada a un formato digital.
•La imagen luego de un proceso informático es obtenida en
un monitor de video.
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COMPONENTES DEL SIMULADOR
CONVENCIONAL
Intensificador de imagen:
Es un dispositivo que permite amplificar la intensidad
y el flujo (en 1:75) del luz suministrada por la pantalla
fluoroscópica aprovechando propiedades
químicas
de ciertas sustancias y un arreglo electrónico
adecuado.
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ACELERADOR CON PORTAL
VISIÓN
Sistema de
Imágenes Portales
(Portal Vision)
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IMÁGENES DIGITALES
Sistema de
Imágenes
Portales (Portal
Vision)
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Sistemas de
Imágenes a
Bordo (OBI)
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FLUOROSCOPIA DIGITAL
La fluoroscopia digital y la convencional, son estudios muy
similares. La diferencia radica en que se ha añadido un
ordenador, dos monitores de video y una consola operativa.
En la consola de control se tienen teclas alfanuméricas para la
introducción de los datos del paciente y la comunicación con el
ordenador.
Luego de obtenidas las imágenes, pueden tratarse mediante el
análisis de histogramas o manipulación en la región de interés.
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TOMOGRAFÍA COMPUTARIZADA
Tomografía axial computada (TAC)
• Realiza cortes milimétricos transversales al eje cráneocaudal, con un grosor
y espaciado determinado, que
depende del tamaño de la estructura a estudiar.
•Se pueden distinguir distintas densidades, pudiendo así
reconocer diferentes estructuras.
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TOMOGRAFÍA COMPUTARIZADA
En los inicios, cada corte o giro del tubo emisor de
radiación requería 4 minutos y medio para realizarse,
además de los 60 segundos indispensables para
reconstruir la imagen; actualmente con los tomógrafos
multicorte se realizan 2 cortes por segundo y éstos se
reconstruyen instantáneamente.
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TOMOGRAFÍA COMPUTARIZADA
1. Tomógrafos multicorte con multidetectores.
2. Los tomógrafos helicoidales:
•
Giro del tubo emisor es continuo,
•
Cortes y disparos simultáneos en diferentes ángulos, evitando la
discontinuidad entre cortes.
•
Reduce el tiempo de exposición
•
Menos líquido de contraste
•
Facilita la reconstrucción tridimensional de imágenes.
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PRINCIPIOS BÁSICOS
•Principio de Hounsfield.
•Presentación de la imagen, números CT.
•Técnicas de adquisición.
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PRINCIPIO DE HOUNSFIELD.
El coeficiente de atenuación lineal, expresa la atenuación que sufre un
haz de rayos X, al atravesar el espesor de una sustancia dada.
Para un rayo X monoenergético (compuesto por una sola longitud de
onda), que atraviesa un material, la atenuación que sufre se expresa
de la siguiente manera:
I
I la intensidad del rayo X
luego de atravesar el
material
 I0
I o es la
intensidad del
rayo X incidente

e
 ( L )
µ es el coeficiente de
atenuación lineal del
material
L es la distancia recorrida por el
rayo X en el material.
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PRINCIPIO DE HOUNSFIELD.
Si, como ocurre en el cuerpo humano, el haz de rayos X pasa a través de
materiales con distintos coeficientes de atenuación, y podemos considerar
éste, compuesto por un gran número de elementos de igual tamaño, de
largo w, cada uno de los cuales poseerá un coeficiente de absorción
constante.
Estos coeficientes de atenuación están indicados como µ1, µ2, ..., µn.
Entonces, la ecuación anterior queda:
I 
(  1   2  ....  n )  w  ln  0 
I 
 
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PRESENTACIÓN DE LA IMAGEN,
NÚMEROS CT
El resultado final de la reconstrucción, es una matriz de números. Mediante un
procesador, éste, se encarga de asignar a cada número o rango de números,
un tono gris adecuado.
Los valores numéricos de la imagen de tomografía computada, están
relacionados con los coeficientes de atenuación, debido a que la disminución
que sufre el haz de rayos X, al atravesar un objeto, depende de los
coeficientes de atenuación lineales locales del objeto.
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PRESENTACIÓN DE LA IMAGEN,
NÚMEROS CT
La fórmula que relaciona los números CT con los coeficientes de atenuación
es:
CT 
(  material   agua )  E
E representa la
energía efectiva del
haz de rayos X
K
 material
 agua
son
los
coeficientes
lineales de atenuación del material en estudio y
del agua respectivamente
K es una constante que depende del
diseño del equipo.
Universalmente se ha adoptado la escala Hounsfield. Este asigna el
valor cero al agua y el -1000 al aire.
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TECNICAS DE ADQUISICIÓN
PRIMERA Y SEGUNDA GENERACIÓN DE CT
• Tienen geometría de haz paralelo (160 rayos en 24 cm).
• Tienen la capacidad adicional de rotar.
• Hay poco efecto de dispersión.
• Segunda generación: Incorpora un
arreglo de 30 detectores lineales.
Abanico de 10 grados. Se reduce
tiempo de barrido.
• Segunda generación: Se incrementa
a 600 rayos por vista y 540 vistas
(antes 180).
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COMPONENTES DEL SIMULADOR
CONVENCIONAL
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COMPONENTES DEL SIMULADOR
CONVENCIONAL.
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FUNCIONAMIENTO FÍSICO DEL
INTENSIFICADOR
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TECNICAS DE ADQUISICIÓN
TERCERA GENERACIÓN DE CT
• Arreglo de al menos 750 detectores.
• La calibración del arreglo de detectores debe ser lo más homogénea posible.
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TECNICAS DE ADQUISICIÓN
CUARTA GENERACIÓN DE CT
• Arreglo de 1200 a 4800 detectores.
• La calibración del arreglo de detectores debe ser lo más homogénea posible.
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TECNICAS DE ADQUISICIÓN
SONDEO HELICOIDAL
• El primer tomógrafo helicoidal aparece en 1989, en paralelo con la
tercera generación.
• El sondeo se logra mediante el movimiento simultáneo del detector a
lo largo de un marco circular y de la camilla.
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TECNICAS DE ADQUISICIÓN
TAC HELICOIDAL
Está dotado con un sistema de rotación constante, para lo cual dispone
de un sistema de roce o escobillas que mantienen la conexión eléctrica
entre las fuentes de alimentación eléctrica, el tubo y los demás
componentes que giran durante el disparo.
Estos aparatos tienen la capacidad de realizar cortes axiales
convencionales, además de poder realizar exploraciones helicoidales.
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TÉCNICAS DE ADQUISICIÓN
En el TAC helicoidal se combinan a la vez el movimiento rotatorio
del tubo y el movimiento de desplazamiento de la mesa durante el
barrido, con lo que se consigue una adquisición volumétrica.
Al factor de desplazamiento se le denomina pitch
pitch = Movimiento de la mesa en mm x giro (segundos) / Grosor de
corte.
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TOMÓGRAFO ONCOLÓGICO
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PET/TAC
Es un sistema híbrido, capaz de mostrar una imagen con la
claridad anatómica de las imágenes del TAC, pero con la
información biológica y metabólica ofrecida por la PET.
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FENÓMENO DE ANIQUILACIÓN
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CICLOTRÓN
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ISÓTOPOS EMISORES DE
POSITRONES
• Fluor - 18
• Nitrógeno-13
• Oxígeno-15
•
Carbono-11
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MODULO DE SÍNTESIS QUÍMICA
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CÁMARA PET
• Una cámara PET consiste básicamente en unos
anillos de detectores colocados alrededor del
paciente,
una
electrónica
y
un
sistema
informático .
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CÁMARA PET
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SIMULACIÓN CON PET/TAC
En la simulación de radioterapia por PET/TAC, las
imágenes
obtenidas
nos
proporcionan
una
información metabólica y morfológica vital en el
momento de la definición del volumen clínico de
tratamiento.
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PET/TAC
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PET/TAC
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2008-09
BIBLIOGRAFÍA
• Perry Sprawls, Jr., Ph.D., F.A.C.R.Physical Principles of
Medical Imaging.1987
• Stewart C. Bushong. Manual de Radiología para
Técnicos.2005Joachim Alexander, Willie Kalender and
Gerhard Linke. Computed Tomography.1986
• Javier Gonzalez Rico, Jose A. Vara. Juan Vasquez.
Tomografia Computarizada.
• Luis Felipe Colmenter R. PET/CT Fundamentos.2007
• Internet
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GRACIAS
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Equipos y principios de simulacion