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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 1 2008-10

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.


La simulación consiste en definir y localizar el

volumen de tejido a irradiar, respetando al

máximo el tejido sano circundante.

INTRODUCCIÓN a la SIMULACIÓN


SIMULACIÓN

Procedimiento de simulación:

• Posicionamiento del paciente.• Tamaño del campo de tratamiento• Direcciones de las incidencias del haz


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


SIMULACIÓN

Planos de referencia utilizados:

• Cráneo- caudal.

• Transversal o axial.

• Coronal.


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.


INCERTIDUMBRES

1. Dosis.

2. Geometría del haz en el paciente (espacial).


INCERTIDUMBRES

1. Dosis

• Inhomogeneidades

• Cálculos de dosis

• Variables en la salida de la maquina


INCERTIDUMBRES

2. Geometría del haz en el paciente (espacial)

Mecánica: Simulador

Maquina de tratamiento

Láseres

Paciente:


INCERTIDUMBRES MECANICAS

• Tamaños de campo (mecánico , digital)

• Rotacional

• Retícula

• Isocentro

• Haz de luz

• Láseres

• Tope de la camilla

• Bloques protectores


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.


• Simulación convencional

• Simulación virtual

TIPOS DE SIMULACION


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.

SIMULACION CONVENCIONAL


15

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.


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.


SIMULADOR 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:

RADIOGRAFÍA CONVENCIONAL


PRODUCCIÓN DE RAYOS-X PARA USO MÉDICO

Hay dos tipos:

• Frenado

• Característicos.



Rx de Frenado

K

LM

e

e

e

e

átomo blanco

electrones (proyectiles)

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KL M

e

e

e

e

átomo blanco

electrones (proyectiles)


Rx Característicos


ESTRUCTURA INTERNA DEL

TUBO DE RAYOS-X


• 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.


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.


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.

OBTENCIÓN DE LA IMAGEN


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

SIMULACIÓN VIRTUAL


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.



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.


ACELERADOR CON PORTAL VISIÓN

Sistema de Imágenes Portales (Portal Vision)


IMÁGENES DIGITALES

Sistemas de Imágenes a Bordo (OBI)Sistema de

Imágenes Portales (Portal Vision)


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.


TOMOGRAFÍA COMPUTARIZADA

Tomografía axial computada (TAC)

• Realiza cortes milimétricos transversales al eje cráneo-

caudal, 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.


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.



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.



PRINCIPIOS BÁSICOS

•Principio de Hounsfield.

•Presentación de la imagen, números CT.

•Técnicas de adquisición.


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:

)(0

LeII

I la intensidad del rayo X luego de atravesar el

materialI o es la

intensidad del rayo X incidente

µ es el coeficiente de atenuación lineal del

material

L es la distancia recorrida por el

rayo X en el material.

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:

II

wn0

21 ln)....(

PRINCIPIO DE HOUNSFIELD.


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.


La fórmula que relaciona los números CT con los coeficientes de atenuación

es:

Universalmente se ha adoptado la escala Hounsfield. Este asigna el valor

cero al agua y el -1000 al aire.

K

ECT aguamaterial

)(

E representa la energía efectiva del

haz de rayos X

son los coeficientes lineales de atenuación del material en estudio y del agua respectivamente

aguamaterialK es una constante que depende del

diseño del equipo.

PRESENTACIÓN DE LA IMAGEN, NÚMEROS CT


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).

TECNICAS DE ADQUISICIÓN


COMPONENTES DEL SIMULADOR CONVENCIONAL.


FUNCIONAMIENTO FÍSICO DEL INTENSIFICADOR


TERCERA GENERACIÓN DE CT

• Arreglo de al menos 750 detectores.• La calibración del arreglo de detectores debe ser lo más homogénea posible.



CUARTA GENERACIÓN DE CT

• Arreglo de 1200 a 4800 detectores.• La calibración del arreglo de detectores debe ser lo más homogénea posible.



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.



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.



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.

TÉCNICAS DE ADQUISICIÓN


TOMÓGRAFO ONCOLÓGICO


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.


FENÓMENO DE ANIQUILACIÓN


CICLOTRÓN


ISÓTOPOS EMISORES DE POSITRONES

• Fluor - 18

• Nitrógeno-13

• Oxígeno-15

• Carbono-11


MODULO DE SÍNTESIS QUÍMICA


CÁMARA PET

• Una cámara PET consiste básicamente en unos

anillos de detectores colocados alrededor del

paciente, una electrónica y un sistema

informático .


CÁMARA PET


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.

SIMULACIÓN CON PET/TAC


PET/TAC


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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