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Calibración de una fuente de 192Ir para braquiterapia de alta tasa de dosis

Resumen

Se calibró una fuente de 192Ir de un equipo de braquiterapia de alta tasa de dosis

mediante una cámara de ionización tipo pozo. En la primera parte del trabajo se

presentan los conceptos relevantes para la realización de la práctica y los aspectos

técnicos recomendados para la calibración de fuentes de radioterapia. En la segunda

parte se describe paso a paso el procedimiento de calibración y se presentan los

resultados.

PARTE I: Conceptos Básicos

1. Magnitudes y unidades de medida

Para la caracterización de la intensidad de las fuentes de braquiterapia, el protocolo

IAEA TEC – DOC 1151 recomienda emplear la magnitud intensidad de kerma en aire

, definida como el producto de la tasa de kerma en aire en el seno de aire y el

cuadrado de la distancia desde el punto de calibración hasta el centro de la fuente

tomada sobre el bisector perpendicular al eje longitudinal de la misma. Sus unidades SI

pueden ser Gy m2 h-1 ó cGy cm2 h-1. Los documentos ICRU-38 (1985) e IAEA –

TECDOC 1274/S (2004) recomiendan una magnitud similar a la anterior, definida

como “tasa de kerma de referencia en aire” . En este caso las unidades SI deben

ser Gy h-1 a 1m, ya que esta última magnitud es definida específicamente a un metro de

la fuente. La intensidad de kerma en aire es numéricamente igual a la tasa de

kerma en aire de referencia , aunque difiere por definición de esta última en que

puede ser determinada en cualquier distancia donde la fuente pueda ser considerada

como puntual mientras que se define a un metro. Para fuentes lineales de tipo

alambre o cadenas de semillas de 192Ir se suele emplear también la magnitud intensidad

lineal de kerma en aire, definida como por unidad de longitud de la fuente (IAEA

TEC – DOC 1151, 2000 p.17).

En el desarrollo de la práctica se adoptará la magnitud como medida de la

intensidad de la fuente de 192Ir.

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Figura 1: Esquema de una cámara de ionización de tipo pozo

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2. Instrumento de medición: Cámara de ionización tipo pozo

La intensidad de las fuentes usadas en braquiterapia puede determinarse con una gran

variedad de detectores. Entre ellos, las cámaras de ionización de tipo pozo suelen ser

los de uso habitual; y en particular las cámaras abiertas a la atmósfera son las

recomendadas (IAEA TEC – DOC

1274/S, 2004 p.27)

El principio de funcionamiento de este

tipo de detectores se basan en la

recolección directa de la carga

eléctrica producida por la radiación al

atravesar el aire contenido entre dos

electrodos sometidos a una diferencia

de potencial (Figura 1). Al incidir la

radiación sobre el volumen sensible produce una cantidad de pares iónicos que depende

de la energía y de la fluencia de radiación. El campo eléctrico en esta región acelera a

los electrones hacia el electrodo positivo, mientras que los iones cargados positivamente

se dirigen al electrodo negativo. Mediante un electrómetro, se mide a la salida del

dispositivo una corriente I que es proporcional tasa media de energía transferida por el

haz de fotones al volumen sensible, es decir, proporcional a la tasa de kerma en el seno

de la cámara y en consecuencia proporcional a .

La constante de proporcionalidad entre la magnitud de interés (intensidad de kerma en

aire) y la magnitud medida (corriente o carga) es el factor de calibración. Cabe

mencionar que la cámara y el electrómetro pueden tener factores de calibración

independientes. Si este es el caso, los factores de calibración deben multiplicarse para

formar el factor total de calibración del sistema completo.

La conversión de la lectura a intensidad de kerma en aire requiere que la cámara esté

calibrada en términos de kerma en aire para la energía de fotones real de la fuente que

se quiere calibrar. Esto se realiza mediante estándares primarios o secundarios

(calibrados mediante cámaras “patrón”). Cabe mencionar no existen en la actualidad

patrones primarios para haces de fotones de 192Ir (HDR) y por lo tanto, el procedimiento

de calibración de una cámara patrón para este tipo de haz se realiza mediante un

procedimiento alternativo, basado en la técnica de Goetsch. Este procedimiento

básicamente consiste en calibrar la cámara para una calidad de rayos X apropiada y en

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un haz de 137Cs ó 60Co. Con el conocimiento de los factores de calibración de kerma en

aire para estas dos energías, el factor de calibración para 192Ir se obtiene por

interpolación, teniendo en cuenta que la energía media (pesada por kerma en aire de una

fuente de braquiterapia) de 192Ir es 397 keV. Una vez calibrada la cámara patrón, la

calibración se transfiere a otras cámaras a través de patrones secundarios. Vale destacar

que la calibración de cualquier cámara es válida sólo para el tipo de fuente (geometría y

calidad del haz) con que se ha realizado la calibración, así como también para el voltaje

de operación y para las condiciones de presión y temperatura al momento de la

calibración.

3. Punto de Calibración

El punto de calibración de una cámara de pozo está definido como el punto en el cual se

coloca el centro de la fuente durante el procedimiento de calibración y puede diferir de

una fuente a otra dependiendo de la longitud de la fuente. Para cámaras que sean

idénticas a la cámara de pozo estándar del OIEA, el punto de calibración esta dado por

la posición dentro del pozo para el cual la respuesta máxima (Figura 2). Con la fuente

colocada en este punto, la cámara es menos sensible a pequeñas variaciones en la

posición de la fuente. En otras palabras, se minimiza la contribución a la incertidumbre

en la intensidad de kerma en aire debida a la incertidumbre en la posición de la fuente.

Esta posición es dependiente del tipo de fuente y debe ser determinada antes de la

calibración. La ubicación del punto de calibración debe ser descrita en el certificado de

calibración de la cámara y la posición de la fuente en este punto debe ser reproducible.

[IAEA TEC – DOC 1274/S (2004) p.27

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Fuente alambre192Ir

PozoEje

Punto de calibraciónPlano bisector de la fuente

Q

x

Figura 1: Punto de calibración de una cámara de ionización tipo pozo. El centro de la fuente se ubica en la posición donde la respuesta de la cámara es máxima.

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4. Determinación de la tasa de kerma de referencia en aire con una cámara de

ionización tipo pozo

Conocidos los factores de calibración de la cámara y el electrómetro, la intensidad de

kerma en aire se determina como

Donde:

es el valor de la lectura de corriente registrada

es el factor de calibración de la cámara en unidades de intensidad de kerma en aire

sobre corriente (mGy m2 h-1 A-1), cuyo valor se extrae del certificado de calibración de

la misma.

es el factor de calibración del electrómetro en unidades de corriente por dígito

(nA.Rdg-1), cuyo valor se extrae del certificado de calibración del mismo

es el factor de corrección por la densidad del aire, que debe aplicarse cuando la

presión P y temperatura T en el momento de la determinación difieran de los valores al

momento de la calibración de la cámara (Pcal y Tcal). Este factor se calcula como:

(con las temperaturas en Celsius)

es el factor de corrección por pérdidas debido a la recombinación de cargas, y se

determina mediante la técnica de los dos voltajes como:

Siendo y la carga colectada con el voltaje de trabajo de la cámara y la mitad

de éste respectivamente. (IAEA TEC – DOC 1274/S, 2004 p.28-29)

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5. Aspectos técnicos

Para asegurar la calidad de las medidas, éstas deben realizarse en un ambiente de

dispersión mínima. Para esto, se recomienda las siguientes seguir las siguientes

indicaciones [IAEA TEC – DOC 1274/S (2004) p.28]:

i. Ubicar la cámara a no menos de 1 metro de cualquier pared o el piso

ii. Previo a la medición, debe dejarse estabilizar la cámara por al menos 30

minutos, a fin de asegurar que el volumen sensible de la cámara se equilibre con

el medio

iii. Antes y después de cada medición debe verificarse la estabilidad de la cámara

iv. Antes de efectuar la medición de una fuente debe establecerse el punto de

calibración, es decir, la posición dentro de la fuente dentro de la cámara para la

cual la respuesta es máxima.

v. Las medidas de carga acumulada o corriente deben efectuarse con un mínimo de

4 cifras significativas

vi. Determinar presión y temperatura, que serán necesarias para efectuar las

correcciones indicadas en la sección anterior.

vii. Deben realizarse al menos dos inserciones de la fuente y determinar la lectura

media como el promedio de al menos 5 lecturas de carga acumulada o corriente

aleatoriamente distribuidas dentro de una banda de ± 0,3% de la lectura

promedio. La diferencia porcentual entre los dos grupos de lecturas efectuadas

no debe ser mayor que el 0,5%.

PARTE II: Realización de la práctica

Se calibró una fuente de 192Ir de un equipo de braquiterapia HDR (GammaMed Plus).

El volumen activo de la fuente es un alambre de 192Ir de ~ 0,34 mm de diámetro y 5 mm

contenido en una cápsula de NiTi de 0,6 mm de diámetro y 0,25 mm de espesor. Toda

la cápsula está contenida en un catéter plástico de 2 mm de diámetro externo sellado en

el extremo que se coloca dentro del pozo de la cámara. La intensidad de kerma en aire

informada por el fabricante 28,9 mGy m2 h-1 (valor nominal, fecha de referencia

25/09/2009).

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Figura 4: Curva de respuesta de la cámara de ionización. Las posiciones del centro de la fuente están referidas desde el centro de la fuente hasta el tope del catéter

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Se utilizó una cámara de tipo pozo marca Standard Imaging modelo HDR1000Plus con

salida a un electrómetro marca Standard Imaging modelo CDX 200B. (Figura 3).

La cámara y el electrómetro fueron calibrados por el Laboratorio de Calibración de la

Universidad de Wisconsin (University of Wisconsin, Accredited Dosimetry Calibration

Laboratory) con un patrón secundario trazable al National Institute of Standard and

Technology (NIST) y de iguales características a la fuente utilizada en la práctica.

(Reportes de calibración Nº HDR3012 y EDM11289)

1. Búsqueda de punto de calibración

Se realizó la curva de respuesta de la cámara (Figura 4) mediante medidas relativas

tomadas cada 10 mm para posiciones de 10 a 40 mm y 60 a 90 mm; y cada 2 mm para

posiciones de 42 a 58 mm. Las posiciones corresponden a la posición del centro de la

fuente respecto del tope del catéter. El punto de calibración se encontró a una distancia

de (52 ± 1) mm. Puede apreciarse efectivamente en la figura 4, trabajando en el punto

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Figura 3: Cámara de Ionización (izq.), electrómetro (al centro) y equipo de braquiterapia (der.)

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de calibración, puede asegurarse que eventuales variaciones (pequeñas) alrededor del

punto de calibración, no se introducirán cambios significativos en la lectura.

2. Determinación de la lectura

Una vez determinado el punto de calibración, su ubicó la fuente en esa posición y se

realizaron dos inserciones de la fuente. Para cada inserción se obtuvo una serie de 5

lecturas de corriente y carga total colectada y se verificaron las condiciones requeridas

según lo especificado en los ítems 5.v y 5.vi de la Parte I . La lectura promedio de

ambas inserciones fue (59,86 ± 0,01) nA. Se resumen los resultados en la tabla 1.

Inserción 1 Inserción 2:

Lectura promedio: 59,85 nA [ 3590,65 nC ] 59,87 nA [ 3591,98 nC ]

Lectura máxima: 59,86 nA [ 3591,80 nC ] 59,87 nA [ 3592,10 nC ]

Lectura mínima: 59,83 nA [ 3589,2 nC ] 59,87 nA [ 3581,8 nC ]

Diferencia % entre lectura máxima

y mínima:

0,05% [ 0,07% ] 0,00% [ 0,01% ]

Promedio de ambas inserciones: 59,86 nA [ 3591,31 nC]

Diferencia % entre las lecturas

obtenidas en cada inserción:

0,017% [ 0,008%]

Tabla 1: Resumen de las lecturas de corriente [carga colectada]. Las lecturas de carga colectada fueron corregidas por la eficiencia de colección (0,999 )

3. Determinación de

Se efectuaron las medidas de temperatura y presión para determinar el factor de

corrección correspondiente. Los valores de referencia según el certificado de

calibración son

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Los valores de presión y temperatura registrados al momento de la medición fueron

y . El factor de corrección se calculó a

partir de como:

4. Determinación del factor

Se efectuó una tercera inserción y se efectuó una serie de 5 mediciones con un voltaje

de operación de 151 V. A partir de ésta y de las lectura media obtenida en la segunda

inserción, se calculó la corrección por recombinación como.

5. Determinación de la intensidad de kerma en aire

El certificado de calibración de la cámara indica

La intensidad de kerma en aire se calculó entonces a partir de los factores de

calibración y las correcciones calculadas, como:

BIBLIOGRAFIA

International Atomic Energy Agency. Aspectos Físicos de la garantía de calidad

en radioterapia: Protocolo de control de calidad, IAEA TEC – DOC 1151. (2000)

International Atomic Energy Agency. Calibración de fuentes de fotones y rayos

beta usadas en braquiterapia, IAEA TEC – DOC 1274/S. (2004)

International Commission on Radiation Units and Measurements. Dose volume

specification for reporting intracavitary therapy in gynecology, ICRU Report 38,

Bethesda, MD (1985).

M. Eugenia Capoulat 8

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University of Wisconsin Accredited Dosimetry Calibration Laboratory.

Certificado de calibración. Apéndice: Description of reported UW – ADCL well

typer ionization chamber calibration coefficients. ( (2005)

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