Fisica de la Oncología
Dr. Willy H. Gerber
Objetivos: Comprender la forma reaccionan los distintos materiales
que se emplean en la practica profesional.
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Cáncer: Causa
Viruses
Quimicos
Heredado
Radiacion
Daño
Cromosomas
y ADN
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Cáncer: Mecanismo
Multiplicacion normal
Celda con defecto
Multiplicacion
descontrolada
Alternativa: suicidio
Alternativa: multiplicacion
Cuarta
Primera Segunda Tercera
mutilacion mutilacion mutilacion mutilacion
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Cáncer: Desarrollo
Inicio
Multiplicacion
Distribucion y proliferacion
en nueva localizacion
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Método de combate IMRT: destruir célula
IMRT = Radioterapia de intensidad modulada
Problema: maximisar celdas cancerijenas
minimizar celdas sanas
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Mecanismo de daño de Células
Acción indirecta
(dominante en radiación X)
Acción directa
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Ciclo de la Célula y probabilidad de dañarla
Preparación
Para división
Probabilidad por dosis
División (mitosis)
Crecimiento
Replicacion de ADN
División de la celda
Probabilidad de sobrevivencia
alta
baja
baja
Momento de radiación
[fracción del periodo]
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Sincronización de la irradiación
Periodo de celdas
sanas y cancerigenas es
distinto.
Celdas sanas bombaredas
en forma sincronica
Celdas cancerigenas
en forma asincronica.
Posicion en el ciclo
Grupos de Células
Primera irradiacion
Segunda irradiación
(en el periodo de reproducción
de las celdas – aprox. 24 horas)
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Método de combate: destruir célula – modelo cuadrático
Probabilidad total
P(n,d) = e
D = nd
-(αD + βD2/n)
P(n,D) = e
n = 20
Probabilidad de sobrevivencia
-n(αd + βd2)
n = 10
n=1
Efecto biologico BED:
βD
BED = (1 +
)
αn
Total de Dosis Absorbida (D)
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Método de combate: destruir célula – modelo cuadrático
P(n,D) = e
-(αD+ βD2/n)
αD
βD2/n
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Método de combate: destruir célula – modelo cuadrático
Probabilidad de sobrevivencia
Caso α/β = 5 .. 20 Gy celulas tumor
Caso α/β = 1 .. 4 Gy celulas normales
Oportunidad (diferente
reaccion) y problema
(tumor menos sensible)
Total de Dosis Absorbida (D)
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Simulador de dano a celulas
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Ejercico: Numero de sesiones
Varie el numero de sesiones sin cambiar la dosis (ej. de 10 a 20):
Que sucede? Porque?
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Ejercico: Dosis total
Varie la dosis total manteniendo el numero de sesiones (ej. de 35Gy a 70Gy):
Que sucede? Porque?
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Ejercico: Efecto de α/β
Compare las curvas azul (α=0.2, β=1.0) y roja (α=0.2, β=12.5)
Que sucede? Porque?
Nota: se volvio a los
datos originales de
Numero de sesiones y
Dosis total.
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Ejercico: Simulacion de un tratamiento
Inicie la simulacion y observe su desarrollo (azul normal, rojo cancer)
Poblacion releativa
en funcion del tiempo
Distribucion en el
Ciclo de la celula
Fraccion con
cancer
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Ejercico: Simulacion de un tratamiento
Observe como crece durante el ciclo y decrece en cada tratamiento la
respectiva poblacion de celulas.
Multiplicacion
Tratamiento
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Ejercico: Simulacion de un tratamiento
Mitosis
Primer tratamiento
asincronico
sincronizmo
Segundo tratamiento
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IMRT: acelerador lineal
β
γ
β
Generador γ
Acelerador e
Colimador
Generación e
Daño ADN
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Emision de electrones
Energia minima
Nivel del vacio
Funcion de
trabajo
Filamento
Energia de Fermi
N(E) electrones con la energia E
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Emision de Electrones desde el Filamento
Child-Langmuir Law
2.5
T1
Richardson-Dushman
(1-γ)
Corriente en tubo
No saturado
T2
T3
2.0
1.5
1.0
Saturado
0.5
0.0
Ec = V/ed
Voltaje Anodo
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Radiación característica
2.5
80kV
40kV
1.0
0.5
0.0
20kV
2 3 4 5 6 7 8 9 10
Corriente en filamento
T1
No saturado
Corriente en tubo
Corriente en tubo
1.5
T2
T3
2.0
1.5
1.0
Saturado
0.5
0.0
Voltaje Anodo
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Aceleradores de electrones
Tubo de rayos X
Guia de Ondas
Bajas energias
Altas energias
Solo Filamento
Filamento +
Guia de Ondas para acelerar
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Radiación característica
Rayos X
Haz de electrones
Filamento
catodo
AC
Blanco
(ej. Tungsteno)
Estator
Rotor
IF
Anodo que
rota
IA
V
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Linac
Filamento
Haz de electrones
Iman
Guia de ondas
Guia de ondas
Blanco (fierro)
Colimador
Rayos γ
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Scattering
α
β
γ
n
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e Scattering: Bremsstrahlung
Energia continua
desde 0 hasta
toda la enervia cinetica
Espectro “blanco”
I w = A i Z V2
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e Scattering: Radiación característica
Lα
Ik = B i (V - Vk)1.5
Kβ
Kα
Nucleo
Orbital K
Orbital L
Orbital M
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Espectro de Rayos X
λmin (Å)=12.39/Vo (kV)
Intensidad (valor relativo)
Radiacion
caracteristica
Radiacion continua
(Bremsstrahlung)
Largo de onda (Å)
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Radiación característica
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Scattering
α
β
γ
n
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Scattering γ: Efecto fotoeletrico
Fotones
Electrones
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Scattering γ: Compton (scattering incoherente)
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Scattering γ: Rayleigh (scattering coherente)
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Scattering γ: Produccion de pares
Positron e+
Campo de Nucleo
Electron e-
Positron e+
Campo de un electron
Electron e35
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Absorpcion
Atenuacion [cm2/g]
Scattering coherente
Scattering incoherente
Absorption fotoelectrica
Produccion de pares (Nucleo)
Produccion de pares (Electrones)
Total
Energia [MeV]
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Radiación característica
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Radiación característica
38
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