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IX Latin American IRPA Regional Congress on Radiation Protection and Safety - IRPA 2013
Rio de Janeiro, RJ, Brazil, April 15-19, 2013 SOCIEDADE BRASILEIRA DE PROTEÇÃO RADIOLÓGICA – SBPR
Código 3041
CALIBRACIÓN DE UNA FUENTE DE 192
Ir PARA BRAQUITERAPIA
DE ALTA TASA DE DOSIS MEDIANTE DIVERSAS TÉCNICAS.
Tedicel C. Montilla P.1
y Alvaro D. Padrón R.1 ,2
1 Departamento de Física y Dosimetría. Instituto de
Oncología “Dr. Miguel Pérez Carreño”
Antigua colonia psiquiátrica, pabellón 15
Bárbula, Venezuela. [email protected]
2 Departamento de Ciencias Fisiológicas, Facultad de Ciencias
de la Salud, Universidad de Carabobo.
Campus de Bárbula. Venezuela. [email protected]
RESUMEN
En esta investigación se estudiaron tres procedimientos experimentales para realizar la calibración de una fuente
de 192
Ir de Alta Tasa de Dosis para uso clínico en braquiterapia, y con ello se realizó una comparación y un
análisis de las ventajas y desventajas de cada uno de ellos. Este análisis se justica en el hecho de que es de vital
importancia que exista una precisión en la entrega de la dosis prescrita al paciente, aumentando de esta manera
la probabilidad del éxito del tratamiento.
Para este estudio se cuantificó el valor de la Intensidad de la Tasa de Kerma de Referencia en Aire mediante
tres procedimientos: calibración de la fuente haciendo uso de una cámara de pozo, con una cámara de ionización
cilíndrica en aire, y con una cámara de ionización cilíndrica en un maniquí, y dicha magnitud fue comparada
con el valor proporcionado por el fabricante de dicha fuente y obteniendo de esta forma la desviación
correspondiente.
Así, se obtuvo que la desviación correspondiente a la calibración de la fuente haciendo uso de una cámara de
pozo, se mantuvo dentro de tolerancia, mientras que con la cámara de ionización cilíndrica tanto en aire como
en maniquí superó los estándares establecidos en algunos documentos. Sin embargo, aunque tanto la medición
en aire como en el maniquí no son los procedimientos indicados para la calibración definitiva de una fuente,
estos se pueden emplear para verificar que las dosis entregadas se encuentran en tolerancia.
1. INTRODUCTION
La braquiterapia de Alta Tasa de Dosis (HDR) mediante el uso de fuentes de 192
Ir es muy
común en instituciones donde se presta el servicio de radioterapia, debido a que esta técnica
brinda algunas ventajas con respecto a los otros tipos de braquiterapia, como por ejemplo
disminuir los tiempos de duración de los tratamientos.
Debido a que las altas dosis de los tratamientos son entregadas en lapsos de tiempo
relativamente cortos, es necesario tener una gran precisión en lo que respecta a las
magnitudes involucradas en estos procedimientos.
La cantidad que se sugiere para realizar las calibraciones de fuentes para braquiterapia HDR
es la Intensidad de Kerma en Aire Sk [1], definida como el producto de la Tasa de Kerma en
Aire en el seno de aire y el cuadrado de la distancia entre el punto de calibración y el centro
de la fuente en el eje bisector de la misma [2], como expresa la ecuación (1).
2dk=S airk (1)
La calibración de este tipo de fuentes puede ser realizada con diversos métodos, tales como
la calibración en aire haciendo uso de una cámara de ionización de tipo dedal, la calibración
en un maniquí sólido también con cámara tipo dedal y la calibración mediante el uso de una
cámara de ionización tipo pozo.
Para todos estos tipos de calibraciones es necesario tener en cuenta ciertos factores que
influencian en los resultados de las mediciones correspondientes. Dichos factores se
denominan magnitudes de influencia y se definen como aquellas que no son el objeto de la
medida pero influyen en la magnitud a medir. Pueden ser de naturaleza diferente, como la
presión, la temperatura y el voltaje de polarización. En la calibración de una cámara de
ionización se mantienen bajo control tantas magnitudes de influencia como sea posible. Sin
embargo muchas no pueden controlarse (como la presión), por lo que es necesario corregir
por dichas magnitudes de influencia.
2. PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES
Como se mencionó anteriormente la investigación consistió fundamentalmente en realizar la
calibración de fuentes de 192
Ir utilizando tres técnicas para ello. Dichas Técnicas se
describen en las subsecciones a continuación.
2.1. Calibración de Fuente de 192
Ir en Aire.
En este procedimiento fue necesario calcular la intensidad de Kerma en aire, utilizando la
ecuación (2.1.1),
Sk= k̇ p(d)⋅d2
(2.1.1)
donde k̇ p es la tasa de Kerma en aire a una distancia d debida solo a la radiación primaria de
la fuente, y viene dada por la ecuación (2.1.2),
k̇ p (d)=k (d)− ks (2.1.2)
donde k(d) es la tasa de Kerma en aire medida a una distancia d y viene dada por la expresión
(2.1.3),
k (d)= (Mo− ML)ptp N k .air pgrad (2.1.3)
Siendo:
Mo : la corriente medida con el sistema cámara-electrómetro.
ML : la corriente de fuga de la cámara de ionización.
ptp : es el factor por corrección de densidad de aire.
Nk .air : es el factor de calibración de la cámara de ionización.
pgrad : el factor de corrección por gradiente.
k scatt : es la contribución de la radiación dispersada a la Tasa de Kerma.
En cámaras de ionización que son abiertas al aire, la masa de aire en el volumen de la cavidad
está sujeta a las variaciones atmosféricas, esto es, el número de moléculas de aire varía con la
temperatura y la presión. Esto conlleva a un número diferente de iones para una cierta dosis
en el volumen activo [3]. Para convertir la masa de aire de la cavidad a las condiciones
referencia se aplicó el factor de corrección de la expresión (2.1.4).
P
P
T+
T+=p o
o
tp 273,15
273,15
(2.1.4)
donde P y T son la presión y temperatura del aire de la cavidad durante la medición,
respectivamente, y P
o y T
o son los valores de referencia.
De esta manera la expresión final para el cálculo de la intensidad de Kerma en aire de la
fuente se expresa en (2.1.5).
22
. dkdpNpMM=S scattgradairktpLok (2.1.5)
2.1.1. Montaje experimental.
Corriente medida con el sistema cámara-electrómetro (Mo ).
Para esto se realizó el arreglo experimental de la fig. (2.1.1), usando la caperuza metálica
para la cámara, y tomando una distancia cámara-aplicador de d = 10 cm. Se habilitaron 12
posiciones dentro del aplicador usando el sistema de planificación HDR Plus de Bebig, con
un tiempo de irradiación de 20 segundos.
Figura 2.1.1. Arreglo experimental para obtener Mo .
Corriente de fuga (ML )
Para obtener el valor de la corriente de fuga de la cámara de ionización utilizada, se realizó el
montaje experimental de la figura (2.1.2), y en este caso se colocó la fuente en tránsito por el
aplicador, obteniendo un valor apreciable para la carga colectada. Transcurrido un tiempo de
espera sin iradiación se tomó el valor de la carga colectada final. Valores que fueron
utilizados en la expresión (2.1.6).
ML=Q final− Qinicial
∆tdescarga
(2.1.6)
Figura 2.1.2. Montaje experimental para obtener
la corriente de fuga ML .
Contribución de la radiación dispersada a la Tasa de Kerma (k scatt ).
Para obtener el valor de k scatt se usó el método de la sombra delescudo. Se realizó el montaje
experimental de la figura (2.1.3), colocando entre la cámara y el aplicador un bloque de
cerrobend.
Figura 2.1.3. Arreglo experimental para obtener
la radiación dispersada k scatt .
2.2. Calibración de Fuente de 192
Ir Usando un Phantom Sólido.
La calibración usando un phantom sólido proporciona la ventaja de obtener unas condiciones
de dispersión y una geometría bien definida, así como también una recepción óptima de la
señal generada por la fuente, debido a la distancia entre la cámara de ionización y el aplicador
donde circula la fuente.
Para realizar este procedimiento con el phantom se utilizó el montaje experimental de la
figura (2.2.1), donde se seleccionaron los 12 primeros puntos dentro del aplicador, utilizando
un tiempo de irradiación de 20 segundos por posición.
Figura 2.2.1. Montaje experimental para realizar
la calibración con el phantom sólido.
Se calculó la intensidad de Kerma en aire con la ecuación (2.2.1),
Sk =Mo⋅ Nk,w⋅ ks⋅ k pol⋅ ptp⋅ kLF⋅ d2
(2.2.1)
donde:
Mo : la corriente medida con el sistema cámara-electrómetro.
N
k .w : es el factor de calibración de la cámara de ionización.
k
s : la correción por pérdida de carga debida a la recombinación.
k
pol : el efecto de polaridad del voltaje.
La correción por pérdida de carga debida a la recombinacion, k
s , viene dada por
(2.2.2), siendo el voltaje de operación U1= 3U2
k s=
U1
U2
− 1
U1
U2
−M
1
M2
(2.2.2)
El efecto de polaridad del voltaje U1 de la cámara se obtiene con la ecuación (2.2.3), donde
M1 es la lectura con la polaridad de referencia y M2 con la polaridad opuesta.
(2.2.3)
Por otra parte el factor por influencia de la humedad del aire, k LF , se considera 1,000 para la
mayoria de los casos.
2.3. Calibración de Fuente de 192
Ir Usando una Cámara de Pozo.
Para realizar la calibración con cámara de pozo se realizó el montaje experimental de la figura
(2.3.1), donde se obtuvo el valor de la carga colectada en el punto de máxima lectura.
Figura 2.3.1. Montaje experimental para realizar
la calibración con cámara de pozo.
La ecuación para obtener la intensidad de Kerma en aire, Sk , es la que se expresa en (2.3.1),
donde Mo es la corriente de ionización,
Nk es el factor de calibración de la cámara de
ionizaci ón usada, p
ion es el factor de corrección por recombinación de cargas, ypE es el
factor de corrección por escala del electrómetro.
Sk =Mo ·N k ·ptp ·pion ·pE (2.3.1)
Típicamente, p
ion se obtienen mediante la ecuación (2.3.2), pero debido a que el fabricante
de la cámara de ionización proporcionó en el certificado el valor, no fue necesario realizar
este cálculo.
pion=4
3−
QHV /2
QHV
(2.3.2)
2.4. Cálculo de la Desviación de la Intensidad de la Fuente con Respecto al Certificado.
Debido a que debe existir una concordancia entre la calibración realizada por la institución y
la realizada por el Laboratorio Primario de Calibración Dosimétrica (LPCD) que expide la
fuente [1], [4], se verificó que la desviación de este valor se encuentra entre ±1 %.
En primer lugar, es necesario conocer la intensidad de Kerma en aire corregida por el
decaimiento, Sk,c , la cual se obtiene con la ecuación (2.4.1), donde
So es la intensidad de
Kerma en aire expresada en el certificado de la fuente, λ es la constante de decaimiento para
el 192
Ir , y t es el tiempo transcurrido desde la fecha de referencia en el certificado hasta el
día de la calibración por la institución.
Sk,c =Soe− λt
(2.4.1)
Finalmente, la desviación ∆ se calculó con la expresión (2.4.2) la cual esta dada en %.
∆=(Sk
− Sk,c)·100
Sk,c
(2.4.2)
3. RESULTADOS Y CÁLCULOS
2.1. Calibración de Fuente de 192
Ir en Aire.
Para la calibración en aire se realizaron las mediciones de la corriente de ionización
utilizando la caperuza metálica de la cámara, a una distancia d =10 cm y un voltaje de
operación del electrómetro de v = 300V, y además se hayaron los valores de los factores de
corrección correspondiente a dicho procedimiento, tomando como Mo el valor más alto
obtenido de la corriente de ionización. Estos valores se expresan en la tabla (3.1.1). Es
importante resaltar que esta calibración se llevó a cabo el día 16 de septiembre de 2011.
Tabla 3.1.1: Resultados obtenidos para la calibración en aire.
Presión P (kPa) Presión P
o (kPa) Distancia d (m)
95,40 101,00 0,1
Temperatura T (°C) TemperaturaT
o (°C) Factor ptp
21,1 20,0 1,062
Radiación dispersada Kscatt (μ Gy/h)
Factor pgrad Factor de calibración
N K (μ Gy /h A)
8640
1,006
1,18× 10
18
Corriente Mo (A)
Corriente de fuga
ML (A)
Tasa de Kerma
K p(d )
(μGy/h)
1,380× 10− 12
-1,15 × 10− 14
1716599,16
El valor de la intensidad de Kerma en aire obtenido mediante fue:
Sk= 17165,99μGy·m2/h
Con un valor de incertidumbre, calculado por el método de incertidumbre combinada, de:
u(Sk )= 92,63μGy·m2 /h
En la tabla (3.1.2) se expresan los valores de la intensidad de Kerma corregida para la fecha
según el certificado de la fuente junto al porcentaje de desviación de los cálculos realizados.
Tabla 3.1.2: Valor de la intensidad de Kerma en aire corregido y la desviación de la
calibración.
Constante de
decaimiento
λ 192
Ir días− 1
Tiempo de
decaimiento
t (días)
Intensidad de
Kerma inicial
So(μGym2 /h)
Intensidad de
Kerma Corregida
Sk,c(μGym2 /h)
Desviación
∆ ( %)
9,39 ×10−3 113,31 51100 17636,91 -2,67
3.2. Calibración de Fuente de 192
Ir Usando un Phantom Sólido.
Para este procedimiento se obtuvo los valores de la corriente de ionización con el sistema
cámara-electrómetro y los factores de corrección correspondientes.
Dichos valores se representan en la tabla (3.2.1). Es importante señalar que la fecha en la cual
se realizó la calibración fue el 09 de enero de 2013.
Tabla 3.2.1: Resultados obtenidos para la calibración con phantom.
Presión P (kPa) Presión P
o (kPa) Distancia d (m)
95,53 95,22 0,08
Temperatura T (°C) TemperaturaT
o (°C) Factor ptp
21,5 19,4 1,003
Corrección por efecto
de polaridad K
pol
Corrección por
pérdida de carga k
s
Factor de calibración
N K (μ Gy /h A)
1,008 1,006 1,02× 1018
Corriente Mo (A)
Corrección por
humedad k LF
Tasa de Kerma
de referencia
K̇ref (μGy/h)
2,300× 10− 12
1,00 2386093,48
El valor de la intensidad de Kerma en aire obtenido mediante fue:
Sk= 15271,00μGy·m2/h
Con un valor de incertidumbre, calculado por el método de incertidumbre combinada, de:
u(Sk )= 92,63μGy·m2 /h
En la tabla (3.2.2) se expresan los valores de la intensidad de Kerma corregida para la fecha
según el certificado de la fuente junto al porcentaje de desviación de los cálculos realizados.
Tabla 3.2.2: Valor de la intensidad de Kerma en aire corregido y la desviación de la
calibración.
Constante de
decaimiento
de l 192
Ir
λ
( días− 1
)
Tiempo de
decaimiento
t (días)
Intensidad de
Kerma inicial
So(μGym2 /h)
Intensidad de
Kerma corregida
Sk,c(μGym2 /h)
Desviación
∆ ( %)
9,39 ×10−3 111,84 45420 15891,35 -3,90
3.3. Calibración de Fuente de 192
Ir Usando una Cámara de Pozo.
En la tabla (3.3.1) se representan los valores de las constantes y algunas magnitudes
necesarias para calcular la intensidad de la fuente. La fecha en la cual se realizó la calibración
fue el 03 de octubre de 2012.
Tabla 3.3.1: Resultados obtenidos para la calibración con cámara de pozo.
Presión P (kPa) Presión P
o (kPa) Corrección por
recombinacion iónica p
ion
95,66 101,30 1,00
Temperatura T (°C)
Temperatura
To (°C)
Factor ptp
19,1 22,0 1,048
Corrección por escala
del electrómetro pE
Carga promedio
colectada Q (nC)
Factor de calibración N K ( μGym
2/hA )
1,00
1220,00
4,67× 10
11
Corriente Mo (A)
Tiempo de recolección
de carga t (s)
Tasa de Kerma
K̇ (μGy/h)
8,13× 10− 8
15 39,83
El valor de la intensidad de Kerma en aire obtenido mediante fue:
Sk= 39826,88μGy·m2/h
Con un valor de incertidumbre, calculado por el método de incertidumbre combinada, de:
u(Sk )= 2,87× 10− 3
μGy·m2 /h
En la tabla (3.3.2) se expresan los valores de la intensidad de Kerma corregida para la fecha
según el certificado de la fuente junto al porcentaje de desviación de los cálculos realizados.
Tabla 3.3.2: Valor de la intensidad de Kerma en aire corregido y la desviación de la
calibración.
Constante de
decaimiento del 192
Ir λ
( días− 1
)
Tiempo de
decaimiento
t (días)
Intensidad de
Kerma inicial
So(μGym2 /h)
Intensidad de
Kerma corregida
Sk,c(μGym2 /h)
Desviación
∆ ( %)
9,39 ×10−3
13,85
45420
39883,45
-0,14
4. ANÁLISIS Y CONCLUSIONES
Los valores de intensidad de Kerma en aire, que se obtuvo mediante la calibración en aire y la
calibración en maniquí se tuvo como resultado una desviación de -2,67 % y -3,90 %,
respectivamente, y para la calibración con cámara de pozo se obtuvo una desviación de -0,14
%, teniendo un porcentaje de incertidumbre de 0,5 %, 0,07 %, y << 1 % de valor de Sk .
El porcentaje de desviación de Sk medido con respecto al certificado de la fuente para la
calibración en aire y calibración en maniquí se debe a que esta cámara, en principio, está
diseñada para la medición de haces monodireccionales (tales como los que se producen con
un acelerador lineal) y no para haces multidireccionales como los producidos por una fuente
radiactiva, comprobándose que el procedimiento ideal para la calibración es el realizado con
la cámara de pozo, ya que su geometría permite realizar una medición adecuada para la
distribución de dosis de dicha fuente. Sin embargo, aunque tanto la medición en aire como la
medición en el maniquí no sean los procedimientos indicados para la calibración definitiva de
una fuente radiactiva, estos se pueden emplear para verificar que las dosis entregadas se
encuentran en tolerancia, siendo este valor de desviación de ±5 %.
REFERENCIAS
1. “Aspectos Físicos de la Garantía de Calidad: Protocolo de Control de Calidad”
(TECDOC 1151). Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA). Viena, 2000.
2. International Commision on Radiation Units and Measurements (ICRU). Reporte 60.
Magnitudes y unidades fundamentales para la radiación ionizante. (1988).
3. “Determinación de la dosis absorbida en radioterapia con haces externos”. Colección
de informes técnicos N° 398.Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA).
Viena, 2000.
4. “Calibración de fuentes de fotones y rayos beta usadas en braquiterapia” (TECDOC
1274). Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA). Viena, 2004.
Código 3041