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Hospiral Virgen Macarena Sevilla, Mayo de 2011 Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/1 Sistemas de verificación de tratamientos en RT externa Rafael Arráns Ph.D. Servicio de Radiofísica Hospital Virgen Macarena Sevilla
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Hospiral Virgen Macarena
Sev
illa
, M
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de
2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/1
Sistemas de verificación de
tratamientos en RT externa
Rafael Arráns Ph.D.
Servicio de Radiofísica
Hospital Virgen Macarena
Sevilla
Hospiral Virgen Macarena
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, M
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/2
• ¿Por qué la verificación?
• Detectores 2D (basados en distintos fenómenos
físicos)
• Detectores 2D con reconstrucción 3D
• Detectores 3D
• Recapitulación
Esquema general
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/3
TRS-398
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/4
celwalldfairwDuw ppppsNMD ,
*
00, QQwQDQwQ kNMD
Dosimetría física en condiciones de
referencia
Hospiral Virgen Macarena
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/5
S1 (112 MU)
S6 (35 MU) S5 (101 MU) S4 (31 MU)
S2 (24 MU) S3 (36 MU)
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/6
Dosimetría física en condiciones
de referencia
Hospiral Virgen Macarena
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/7
Dosimetría física en condiciones
de referencia
Hospiral Virgen Macarena
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/8
Dosimetría física en condiciones
de no-referencia
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Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/9
Dosimetría física en condiciones
de no-referencia
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/10
Dosimetría física en condiciones
de no-referencia
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/11
Dosimetría física en condiciones
de no-referencia
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/12
Dosimetría física en condiciones
de no-referencia
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Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/13
SSD 90cm
Ref. chamber
field chamber
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/14
campo 1X4 fotones 6mv
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-45 -35 -25 -15 -5 5 15 25 35 45
mm
dosis
Medidas con microcamara
Calculos Helax
campo 4x1 fotones 6mv
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-45 -35 -25 -15 -5 5 15 25 35 45
mm
dosis
Medidas con microcamara
Calculos Helax
Diferencias entre dosis medidas y calculadas
en la región de colas y penumbras
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/15
Cuatro haces 3x3cm2 en un campo 10x10cm2
Prescripción: 100 cGy en isocentro (5 cm depth and 95cm SSD)
36.5 cGy
?
TPS Film
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/16
Comprobación con TLD
32.6 cGy
Valor Experimental
en isocentro
?
Cuatro haces 3x3cm2 en un campo 10x10cm2
Prescripción: 100 cGy en isocentro (5 cm depth and 95cm SSD)
Hospiral Virgen Macarena
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/17
B = 37.6 cGy
A = 1360 cGy
A (cGy)
TPS: 1360
Film: X
TLD: X
MC: 1360
B (cGy)
TPS: 100
Film: 36.5
TLD: 32.6
MC: 37.6
Simulación MC 4 segmentos (3x3cm2) en un campo (10x10cm2)
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/18
Forma del haz en
el MLC
Distribución de
Fluencia resultante
Evolución de las técnicas en
Radioterapia externa
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/19
Evolución de las técnicas en
Radioterapia externa
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/20
Evolución de las técnicas en
Radioterapia externa
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/21
• Lectura directa vs registro permanente
• Linealidad con la dosis
• Independencia de: tasa de dosis, energía, dirección de incidencia, condiciones atmosféricas, dosis acumulada
• Reproducibilidad
• Estabilidad de la respuesta con el tiempo (fading)
• Alta sensibilidad
• Tejido equivalente
• Pequeño volumen sensible
• Alta resolución espacial
• Uniformidad en las direcciones X e Y
Características ideales de un detector
Detector 2D
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/22
• Películas
– Radiográficas
– Radiocrómicas
• Sistemas de imagen portal
• Matrices 2D
• Cámaras de transmisión
• Nuevas aplicaciones de detectores en uso en otras disciplinas.
Detectores 2D
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/23
• La radiación es el catalizador de una
reacción química en la emulsión
• El oscurecimiento de la película está
relacionado con la dosis
• El grado de opacidad se cuantifica a partir del
factor de transmisión luminosa (T)
• T se mide a partir de la densidad óptica (OD)
Dosimetría con películas
)/(loglog 01010 IITOD
),,,,,,,( pcFSdQEDDfOD R
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/24
Ventajas e inconvenientes de la
dosimetría Radiográfica
Alta resolución espacial Lectura diferida
Bajo precio No equivalencia a agua
Amplia disponibilidad Sensible a la luz visible
Inserción en maniquíes sin perturbar EE Saturación a dosis altas
Naturaleza Bidimensional Necesita procesado (QA reveladora)
Dosímetro integrador Dependencia energética, de la
orientación y de la tasa
-Espectro del haz
-Tamaño del campo 340cm2: ODmedia>10%
-Dependencia con la profundidad 215cm: ODmedia<5%
-La temperatura condiciona el contraste y la sensibilidad
-NECESIDAD de QA
Van Battum et al. Med. Phys. 33; 2006
Sal de plata: sobre respuesta
a bajas energías
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/25
Incertidumbres en la dosimetría
fotográfica basada en sales e plata
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/26
• Rango entre 2cGy y 8Gy (saturación 15Gy)
• Varios tamaños
• Zeff = 7.05
• Homogeneidad mejorada (respecto a la MD-55)
• Más baratas que sus predecesoras
• Reemplazadas por las EBT2 (2009). Adición de un tinte amarillo que permite la corrección por diferencias de uniformidad en espesor(???)
• Se mantiene la dependencia con la dirección de lectura
Películas Radiocrómicas (EBT)
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/27
Revisión actualizada de dosimetría
con películas radiocrómicas
Arráns et al. Rev Fis Med 2009,10(2):83-104
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/28
Dependencia de la respuesta con la
dirección de lectura
16 bits por canal
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/29
Canal de color
Para el rango utilizado normalmente en la práctica clínica (0 – 3 Gy),
el canal que presenta menor incertidumbre relativa (mejor relación
señal/ruido) es el rojo
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/30
Parámetros de lectura
• Color 48 bits
• La profundidad de color no influye en la forma de la curva de calibración (pero sí en la resolución en dosis)
• La resolución espacial no es un parámetro determinante en la curva de calibración, pero sí en distribuciones de dosis
• 75 ppp es un buen compromiso entre el ruido y la resolución de la imagen
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Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/31
Calibración
• Con distintos niveles de dosis en una única película
• Con trozos pequeños a dosis conocidas
• Mediante un campo con cuña (son necesarios al menos
2 películas con distinto nº de UM para cubrir el rango
clínico)
• Irradiando la placa paralela al haz
• El nº mínimo de puntos aconsejado de la curva de
calibración es 12.
• Ajuste por un polinomio de 2º o 3er grado
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Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/32
Dependencia energética
Incertidumbre <8% (50 kV – 18 MV)
Independiente del tamaño del campo
y la profundidad
Curva de calibración independiente
del tamaño del campo y la
profundidad Un solo aplicador y
una única profundidad
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/33
Dosimetría Radiográfica vs Radiocrómica
Respuesta no inmediata Respuesta inmediata???
No equivalente agua Equivalente agua
Dependencia energética (sobre-
respuesta comparada con agua a
bajas energías)
No (pequeña) dependencia energética
Alta resolución espacial Alta resolución espacial
Necesidad de procesado No necesita procesado
Dependiente de la tasa de dosis
Independiente de la tasa de dosis
Sensible a la luz visible Insensible a la luz visible
Buena resolución color-dosis Resolución color-dosis pobre
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/34
Dosimetría Radiográfica vs
Radiocrómica
Relación dosis-color
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
0 50 100 150 200 250 300 350
Dosis (cGy)
Valo
r d
e p
ixel
EDR-2
EBT-2
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/35
Precauciones en el uso de EBT
• Manipular con guantes
• Controlar la temperatura en almacenaje, uso y lectura
• No exponer prolongadamente al sol
• Evitar inmersiones prolongadas
• Mantener dirección de lectura al cortar
• Mayor efecto de la no homogeneidad del escáner (light
scattering), fundamentalmente en la dirección horizontal
(depende del nivel de dosis)
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/36
Matrices 2D
• La tendencia hacia “hospitales digitales” limita, en cierto modo, la
dosimetría de película a las radiocrómicas.
• ¿Procedimientos en tiempo real?
• Matrices 2D
– Normalmente limitados a verificaciones de un único haz
– Posibilidad de medidas absolutas
– Basados en diversos principios físicos (cámaras, diodos, etc)
– Resolución espacial limitada (¿análisis gamma comprometido?)
– Programas dedicados (importación, análisis, etc.)
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/37
Matrices 2D
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/38
Cámaras de transmisión
Compass (IBA)
Matriz de 1600 c.i. de 0.02cm3
Atenuación del 1% (6MV)
Mide Fluencia
David (PTW)
c.i. multi-hilos
Atenuación del 5% (6MV)
Nº hilos = Nº pares de láminas
Mide el producto dosis-longitud
Resolución espacial limitada
¿Monitorización sofisticada?
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/39
Detectores ¿3D?
2 planos ortogonales
Matrices 2D de diodos
Reconstrucción 3D
Basada en datos del TPS
Matriz de diodos
con disposición cilíndrica
Reconstrucción 3D
Medida de dosis en isocentro
Utiliza datos del TPS
Posibilidad de evaluar la relevancia clínica de las
discrepancias en el análisis gamma
James L. Bedford et al. Phys Med Biol 54 (2009) Daniel Létourneau et al. Med Phys 36 (2009)
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/40
Matrices 3D de detectores • Cuando una matriz 2D se irradia oblícuamente, se “degrada” a 1D
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/41
Matrices 3D de detectores
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/42
EPID como detectores
• De serie en los nuevos aceleradores
• Diseñados para posicionamiento de pacientes (fluencia dosis)
• Variedad de aplicaciones
• Área de intensa investigación
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/43
EPID basado en pantalla
fuoroscópica-cámara de vídeo
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/44
EPID basado en cámaras de
ionización líquidas
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/45
EPID basado en Silicio amorfo
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/46 46
Detector micro-tiras OSI
resolución 0.25mm
Tiempo de integración 10µs
Otros detectores
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/47 47
Detector SSSSD (Single-Sided Silicon Strip Detector)
(Cortesía de Micron Semiconductor, Ltd.)
Otros detectores
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/48 48
Maniquí plano Maniquí cilíndrico
Se utiliza para
calibrar y caracterizar la
respuesta del detector.
Se utiliza para:
1.Medidas de respuesta en función del
ángulo.
2.Medidas 2D para verificación de
tratamientos de radioterapia.
Otros detectores
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/49
Cociente TPS vs. SSSSD Dosis calibrada
49
El factor de calibración es
independiente de la posición
de la tira y del ángulo de
incidencia del haz.
Las diferencias relativas entre
la dosis calibrada y el TPS son
<2% para las tiras en los
extremos y <1% para las
centrales. Volumen sensible centrado en el isocentro
Otros detectores
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/50
Dosímetros de gel
• Son los únicos verdaderos dosímetros 3D
• El dosímetro de gel es un maniquí que puede medir la distribución
de dosis en una geometría 3D
• Son casi tejido-equivalentes y pueden moldearse a cualquier forma
• Pueden estar basados en Fricke o en polímeros
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/51
• Los iones Fe2+ en una solución de sulfato ferroso se distribuyen en una matriz de gelatina o agarosa
• Los cambios que produce la radiación son debidos a la absorción directa o mediante radicales intermedios
• La radiación convierte los iones Fe2+ en Fe3+ lo que implica cambios en las propiedades paramagnéticas, medidas por tiempos de relajación (NMR) o técnicas ópticas
Gel Fricke
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/52
• En el gel de polímero, se dispersan monómeros (acrilamida, p.ej.) en una matriz de agarosa o agarosa
• La radiación hace que los monómeros sufran una polimerización, cuyo resultado es una matriz 3D de polímero. Esta reacción es función de la dosis absorbida
• La señal puede evaluarse usando técnicas de imagen (NMR, CT, tomografía óptica o ultrasonidos)
Gel de polímero
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/53
• Existen varios productos comerciales
• Se puede utilizar la relación semi-linear entre el tiempo de relajación en NMR y la dosis absorbida en un punto del gel
• Por su alto contenido en agua son casi tejido-equivalentes y no son necesarias correcciones energéticas en el rango usado en Radioterapia
• El gel de polímero es apropiado para medir regiones de alto gradiente de dosis
Ventajas de los dosímetros de gel
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/54
• Necesitan acceso a NMR
• La difusión continua post-irradiación de los
iones en el gel Fricke causa un
emborronamiento de la distribución de dosis.
• Los efectos post-irradiación pueden conducir
a distorsiones en la imagen
– Polimerización continua
– Endurecimiento de la matriz de gel
Desventajas de los dosímetros de gel
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/55
Secuencia de uso
de los dosímetros de gel
Tomado de Yves De Deene. Univ Gante
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/56
Dosímetros de gel. Escaneo óptico
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/57
Dosímetros de gel
Verificación de un tratamiento IMRT de próstata
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/58
• La película es muy apropiada para la medida de la distribución espacial de dosis, pero una dosimetría adecuada requiere procedimientos de QA y una calibración meticulosa
• Los efectos a estudiar se deben tanto a la película como al dispositivo de lectura
• En las películas envueltas, considerar las posibles bolsas de aire
• La precisión puede variar debido al proceso de fabricación
Resumen
Hospiral Virgen Macarena
Sev
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/59
• El análisis de la información 2D (3D) requiere herramientas adecuadas (software)
• Diferencias en resolución espacial, dependencia energética, sensibilidad, tasa de dosis, tamaño de campo, etc
• Se han incorporado al mercado nuevos dosímetros que puedan sustituir a las películas basadas en sales de plata
– Películas radiocrómicas (lote, orientación, resolución dosis/color, light scattering, etc.)
– Matrices 2D
– Dosimetría portal
– ….
• Diferencias en resolución espacial, dependencia energética, sensibilidad, tasa de dosis, tamaño de campo, etc
Resumen
Hospiral Virgen Macarena
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/60
Resumen
Elección del dosímetro 2D Para:
-Commissioning de unidades de tratamiento
-Adquisición de datos para TPS
-Commissioning de TPS
-QA de unidades de tratamiento
-Verificación de tratamientos
-Dosimetría en vivo
Requerimientos dosimétricos:
-Precisión
-Resolución espacial
-Dosis absoluta vs relativa
Logística:
-Maniquíes apropiados disponibles
-Tiempo disponible de máquina
-Tiempo necesario de calibración
-Tiempo de procesado/flexibilidad
Hospiral Virgen Macarena
Sev
illa
, M
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2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/61
Lecturas recomendadas
Hospiral Virgen Macarena
Sev
illa
, M
ayo
de
2011
Sistemas de verificación en Radioterapia externa R. Arráns/62
Lecturas recomendadas
Mis agradecimientos a B. Mijnheer, N. Jornet y F.S. Doblado
