análisis dosimétrico de un detector micro-diamante ptw

Análisis dosimétrico de un detector micro-diamante PTW 60019 (SCDD)

para dosimetría clínica de un acelerador lineal (clinac ix), en haces

de fotones de 6 MeV

Andrés Felipe Valdivieso Mosquera.

NIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE CIENCIAS

DEPARTAMENTO DE FÍSICA BOGOTÁ COLOMBIA

2019

Análisis dosimétrico de un detector micro-diamante PTW 60019 (SCDD)

para dosimetría clínica de un acelerador lineal (clinac ix), en haces

de fotones de 6 MeV

Andrés Felipe Valdivieso Mosquera.

Trabajo final de maestría presentado como requisito parcial para optar al título de:

Magíster en Física Médica

Director Msc. Edwin Edwardo Rozo Albarracín

Codirector Dra. Maria Cristina Plazas

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE CIENCIAS

DEPARTAMENTO DE FÍSICA BOGOTÁ COLOMBIA

2019

AGRADECIMIENTOS

A Dios todo poderoso por su infinita misericordia y acompañamiento en todos los instantes de crecimiento que han dado lugar al ser humano que soy.

Al Físico Médico Jaider Vásquez Mejía, por su gran aporte a éste trabajo final de maestría en la explicación del proceso dosimétrico de campos pequeños. Mi total agradecimiento y admiración.

Al Físico Médico Edwin Rozo; existen momentos en los cuales el conocimiento es algo imperioso para salir adelante, pero con él aprendí que un ser humano con la mente llena de ciencia, pero con el corazón falto de Dios, está destinado a vivir en el olvido y fracasar. Gracias por todo.

A la Doctora Maria Cristina Plazas, por su inagotable carisma, aportes en Física Médica y apoyo en todo momento de la realización de éste trabajo final de maestría.

A mi esposa e hija; entendí que el amor es algo más que un simple estado de fragilidad, con ustedes aprendí que es él quien te da la fortaleza para seguir adelante. Gracias por apoyarme en todo momento, las amo infinitamente.

A la familia Valdivieso Martínez, por su interminable fuente de cariño y apoyo incondicional que toman como punto de partida la realización de mi ser como padre y esposo. Gracias por estar ahí para mí siempre que los he necesitado.

A mis padres hermanos y sobrinos, quienes forman parte de mi vida y por los cuales seguiré avanzando para ser cada vez mejor, los amo con todo mi corazón

A mis suegros y noné; personas maravillosas que durante todos estos años de proceso de formación me han dado su apoyo incondicional siempre, los llevo en mi corazón.

A la Fundación Santa fe de Bogotá (FSFB) por permitirme hacer uso de la infraestructura del área de radioterapia con el fin de poder desarrollar éste trabajo final de maestría; a todos ellos mi agradecimiento total.

4

TABLA DE CONTENIDO

ÍNDICE DE FIGURAS .............................................................................................. 6

LISTA DE TABLAS ............................................................................................... 10

RESUMEN ............................................................................................................. 13

INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 14

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................. 16

1. ESTADO DEL ARTE ...................................................................................... 17

2. MARCO TEÓRICO ......................................................................................... 19

2.1 Detectores de radiación ............................................................................ 19

2.1.1 Detectores basados en semiconductores ................................................................. 19

2.1.2 Diodo semiconductor (Juntura PN) ........................................................................... 22

2.1.3 Diodo Schottky .......................................................................................................... 23

2.2 Control de calidad de aceleradores lineales de uso clínico ...................... 24

2.2.1 Dosimetría absoluta .................................................................................................. 25

2.2.2 Dosimetría relativa .................................................................................................... 26

2.2.2.1 Porcentaje de dosis en profundidad (PDD) ............................................................... 27

2.2.2.2 Perfiles de dosis ........................................................................................................ 28

3. OBJETIVO GENERAL ................................................................................... 31

3.1 Objetivos específicos ................................................................................... 31

4. METODOLOGÍA ............................................................................................. 32

4.1 Análisis de las magnitudes físicas ................................................................ 32

4.2. Calibración cruzada ..................................................................................... 33

4.3 Pruebas de dosimetría relativa ..................................................................... 34

5. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS ................................... 38

5.1 Prueba de repetitividad................................................................................. 38

5.2 Dependencia angular del detector ................................................................ 39

5.3 Tiempo de medida ........................................................................................ 40

5.4 Linealidad con la dosis ................................................................................. 43

5

5.5 Dependencia con la tasa de dosis ................................................................ 44

5.6 Resultados de la implementación de los procesos de dosimetría absoluta y relativa ................................................................................................................ 46

5.6.1 Resultados dosimetría relativa ........................................................................................ 46

5.6.1.1 Porcentajes de dosis en profundidad (PDD) ................................................................. 46

5.6.1.2 Perfiles de dosis ............................................................................................................ 52

5.6.1.3 Medida de los factores de salida de campo (Output Factor “OF”) ............................... 98

5.6.2 Resultados dosimetría absoluta ..................................................................................... 103

CONCLUSIONES ............................................................................................... 105

RECOMENDACIONES ....................................................................................... 106

ANEXO ................................................................................................................ 107

A. Influencia del posicionamiento de la cámara de referencia en el registro de perfiles de dosis. .............................................................................................. 107

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................... 110

6

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Estructura del detector microDiamond 60019. Imagen tomada de [11] …………………………………………………………………………………………………………………17

Figura 2. Detector microDiamond. (a), (b), (c) : Prototipo utilizado por Marco Marinelli y colaboradores para caracterizar las propiedades dosimétricas del detector SCDD sintetizado por CVD, imagen tomada de [12] (8). (d): Versión comercial del detector microDiamond PTW 60019,imagen tomada de [13]…………………………………………………………………………………………………………….18

Figura 3. Diagrama esquemático de la estructura de bandas. Material Aislante, semiconductor y conductor. Imagen adaptada de [17] ………………………………………………………………………20

Figura 4. Diagrama esquemático de un semiconductor tipo P y N. Imagen adaptada de [17] …….21

Figura 5. Diagrama esquemático de la producción par electrón-hueco, en un material semiconductor dopado de impurezas. Imagen adaptada de [17] ………………………………………………………..22

Figura 6. Formación de una juntura entre dos materiales semiconductores dopados con impurezas

P y N .Donde 𝐸𝑐,𝐸𝑣, 𝐸𝑓 son las energías correspondientes a las bandas de valencia, conducción y

nivel de FERMI, respectivamente. Imagen adaptada de [17].........………………………………….…23

Figura 7. a) Diagrama esquemático de una juntura metal-semiconductor, b) estructura de bandas electrónicas de una juntura Schottky. Imagen tomada de [17] …………………………………………23

Figura 8. Diagrama esquemático del proceso de medida del porcentaje de dosis en profundidad de un haz de radiación. Imagen adaptada de [21] …………………………………………………………..27

Figura 9. Diagrama esquemático del porcentaje de dosis en profundidad. Parte A: Regiones que componen un PDD. Parte B: Porcentaje de dosis en profundidad para radiaciones de diferente calidad de haz. Imagen tomada de [21] …………………………………………………………………..28

Figura 10. Izquierda: Distribución de curvas de isodosis a diferentes profundidades, imagen tomada de [21]. Derecha: Diagrama esquemático de la designación de ejes de escaneo……………..…….29

Figura 11. Diagrama esquemático de las regiones de interés en un perfil de dosis. A: Región interna del campo de radiación. B: Región de penumbra. C: Región de umbra. Imagen adaptada de [21]..30

Figura 12. Montaje utilizado para la implementación de la prueba de dependencia angular del detector microDiamond PTW 60019………………………………………………………………………33

Figura 13. Montaje utilizado para realizar las pruebas de dosimetría relativa: Porcentajes de dosis

en profundidad y perfiles de dosis………………………………………………………………………….34

Figura 14. Diagrama esquemático del posicionamiento de los detectores de radiación en el simulador físico (vista axial). Parte a: posicionamiento convencional de la cámara de referencia. Parte b: esquema de la dificultad de posicionamiento de la cámara de referencia para tamaños de campo pequeños. Parte c: perfil de dosis registrado con cámara de referencia fuera del campo de radiación (irradiación parcial del volumen sensible de la cámara de ionización)………………………………...35 Figura 15. Montaje utilizado para la realización de los procesos de dosimetría relativa, modificando el posicionamiento de la cámara de referencia. Parte A: Acelerador lineal CLINAC IX con el sistema

7

de blindaje expuesto. Parte B: Indicación de la posición del plomo restirado del sistema de colimadores secundarios para introducir la cámara de referencia. Parte C: Ubicación exacta de la cámara d referencia al interior del campo de radiación…………………………………………………36

Figura 16. Diagrama de flujo correspondiente a la metodología utilizada para la realización de este trabajo final de maestría…………………………………………………………………………………….37

Figura 17. Prueba de repetitividad del detector microDiamond: Figura superior 2 UM e inferior 50 UM, respectivamente. El número de medidas reportado corresponde a un total de 30 tomas consecutivas………………………………………………………………………………………………….38 Figura 18. Dependencia angular del detector microDiamond 60019. Lecturas normalizadas a valor

de 0𝑜…………………………………………………………………………………………………………..39

Figura 19. Perfil de dosis con cinco puntos, para un campo de 10𝑥10𝑐𝑚2. Medido con el detector microDiamond PTW 60019…………………………………………………………………………………40

Figura 20. Análisis de tiempo apropiado de medida, para cada punto del perfil estudiado, a diferentes ventanas temporales; 30, 60, 100, 300, 800, 1400, 2000 milisegundos………………………………42

Figura 21. Prueba de linealidad del detector microDiamond 60019. Datos azules: obtenidos al irradiar el detector con diferente número de unidades monitor. Linea amarilla: ajuste lineal de los datos obtenidos……………………………………………………………………………………………………..43

Figura 22. Medidas realizadas para la prueba de linealidad a 2 UM………………………………….44 Figura 23. Medidas realizadas para la prueba de dependencia con la tasa de dosis para el detector microDiamond PTW 60019………………………………………………………………………………....45

Figura 24. Porcentaje de dosis en profundidad medido en dirección descendente (Puntos azules) y ascendente (círculos rojos)……………………………………………………………………………...….47

Figura 25. Diferencias punto a punto del porcentaje de dosis medido en dirección ascendente (puntos rojos) y descendente (puntos azules). Porcentajes de dosis registrados con el detector microDiamond………………………………………………………………………………………………..48

Figura 26. Parte A: imagen de la formación del menisco producto de la tensión superficial del agua; medida realizada en dirección descendente. Parte B: Diagrama esquemático de la formación del menisco, vista sagital………………………………………………………………………………………..48

Figura 27. Porcentajes de dosis en profundidad para diferentes tamaños de campos medidos: Izquierda: microDiamond. Derecha: PinPoint-IC…………………………………………………………49

Figura 28. Comparación punto a punto de los porcentajes de dosis en profundidad para diferentes tamaños de campo…………………………………………………………………………………………..51

Figura 29. Perfiles de dosis para un tamaño de campo 0.5x0.5 𝑐𝑚2 medido a diferentes profundidades. Izquierda: perfiles medidos con el detector microDiamond. Derecha: PinPoint-IC….52

Figura 30. Diagrama esquemático del efecto de oclusión del haz de radiación producto de la colimación en un campo pequeño. Imagen tomada de [7] ……………………………………………..54

Figura 31. Comparación punto a punto de los perfiles de dosis a diferentes profundidades, para un

tamaño de campo 0.5𝑥0.5 𝑐𝑚2………………………………………………………………....................56

8

Figura 32. Perfiles de dosis “Cross Plane” para un tamaño de campo 0.5x0.5 𝑐𝑚2 medido a diferentes profundidades. Izquierda: perfiles medidos con el detector microDiamond. Derecha: PinPoint-IC……………………………………………………………………………………………………57

Figura 33. Comparación punto a punto de los perfiles de dosis “Cross Plane” a diferentes

profundidades, para un tamaño de campo 0.5𝑥0.5 𝑐𝑚2………………………………………………….59

Figura 34. Perfiles de dosis para un tamaño de campo 1x1 𝑐𝑚2, In plane medido a diferentes profundidades. Izquierda: perfiles medidos con el detector microDiamond. Derecha: PinPoint-IC………………………………………………………………………………………………………………61


tamaño de campo 1x1𝑐𝑚2…………………………………………………………………………………..63

Figura 36. Perfiles de dosis para un tamaño de campo 1x1 𝑐𝑚2. Cross plane, medido a diferentes profundidades. Izquierda: perfiles medidos con el detector microDiamond. Derecha: PinPoint-IC………………………………………………………………………………………………………………64


profundidades, para un tamaño de campo 1𝑥1 𝑐𝑚2……………………………………………………..66

Figura 38. Perfiles de dosis para un tamaño de campo 2x2 𝑐𝑚2 medido a diferentes profundidades. Izquierda: perfiles medidos con el detector microDiamond. Derecha: PinPoint-IC…………………...68

Figura 39. Comparación punto a punto de los perfiles de dosis “In Plane” a diferentes profundidades,

para un tamaño de campo 2𝑥2 𝑐𝑚2……………………………………………………………………..…70

Figura 40. Perfiles de dosis para un tamaño de campo 2x2 𝑐𝑚2 medido a diferentes profundidades.

Izquierda: perfiles medidos con el detector microDiamond. Derecha: PinPoint-IC……………………71

Figura 41. Defecto en la simetría del perfil registrado por la micro-cámara de ionización a una

profundidad de 15 mm. Campo 2x2 𝑐𝑚2………………………………………………………………….71


profundidades, para un tamaño de campo 2𝑥2 𝑐𝑚2……………………………………………………..73

Figura 43. Perfiles de dosis para un tamaño de campo 3x3 𝑐𝑚2 medido a diferentes profundidades. Izquierda: perfiles medidos con el detector microDiamond. Derecha: PinPoint-IC……………………75


para un tamaño de campo 3𝑥3 𝑐𝑚2……………………………………………………………………….77

Figura 45. Perfiles de dosis para un tamaño de campo 3x3 𝑐𝑚2 medido a diferentes profundidades. Izquierda: perfiles medidos con el detector microDiamond. Derecha: PinPoint-IC…………………..78


profundidades, para un tamaño de campo 3𝑥3 𝑐𝑚2…………………………………………………..…80

Figura 47. Perfiles de dosis para un tamaño de campo 5x5 𝑐𝑚2 medido a diferentes profundidades.

Izquierda: perfiles medidos con el detector microDiamond. Derecha: PinPoint-IC……………………82


para un tamaño de campo 5𝑥5 𝑐𝑚2………………………………………………………………………..84

9

Figura 49. Evaluación de la estabilidad de la señal obtenida con ambos detectores en la zona activa del campo de radiación “Plató”. Figura A: microDiamond. Figura B: PinPoint-IC. La línea punteada indica el rango definido por 2σ………………………………………………………………………..……85

Figura 50. Perfiles de dosis para un tamaño de campo 5x5 𝑐𝑚2 medido a diferentes profundidades. Izquierda: perfiles medidos con el detector microDiamond. Derecha: PinPoint-IC…………………..86

Figura 51. Evaluación de la estabilidad de la señal obtenida con ambos detectores en la zona activa del campo de radiación “Plató”. Figura A: microDiamond. Figura B: PinPoint-IC……………………...88


profundidades, para un tamaño de campo 5𝑥5 𝑐𝑚2………………………………………………………89

Figura 53. Perfiles de dosis para un tamaño de campo 10x10 𝑐𝑚2 medido a diferentes profundidades. Izquierda: perfiles medidos con el detector microDiamond. Derecha: PinPoint-IC….91

Figura 54. Evaluación de la estabilidad de la señal obtenida con ambos detectores en la zona activa del campo de radiación “Plató”. Figura A: microDiamond. Figura B: PinPoint-IC…………………….93


para un tamaño de campo 10𝑥10 𝑐𝑚2……………………………………………………………………..94

Figura 56. Perfiles de dosis para un tamaño de campo 10x10 𝑐𝑚2 medido a diferentes profundidades. Izquierda: perfiles medidos con el detector microDiamond. Derecha: PinPoint-IC…95

Figura 57. Factores de salida de campo para diferentes configuraciones del sistema de colimación. A: Vista 3D de los OF medidos con el detector microDiamond 60019. B: Vista 3D de los OF medidos con la PinPoint-IC. C y D: vista 2D de los OF medidos con la microDiamond 60019 y PinPoint-IC, respectivamente……………………………………………………………………………………………..99

Figura 58. Diagrama esquemático (vista axial) de la irradiación parcial del volumen sensible de la micro-cámara de ionización (PinPoint-IC)…………………………………………………………………100

Figura 59. Diferencias punto a punto de los factores de salida de campo microDiamond vs PinPoint-IC. Las gráficas superiores presentan la superficie formada por las diferencias encontradas entre los OF medidos por ambos detectores vista desde dos ángulos distintos. La gráfica inferior presenta la matriz de diferencias para las configuraciones de distintos tamaños de campo…………………………………………………………………………………………………….…102

10

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Resultados obtenidos para la prueba de repetitividad, del detector microDiamond 60019................................................................................................................................................38

Tabla 2. Resultados obtenidos para el tiempo de medida, del detector microDiamond 60019………………………………………………………………………………………………..…….….41 Tabla 3. Resultados obtenidos para la linealidad con la dosis, del detector microDiamond 60019...43 Tabla 4. Resultados obtenidos para la dependencia con la dosis tasa de dosis, del detector microDiamond 60019………………………………………………………………………………………..45 Tabla 5. Diferencia punto a punto en el estudio de la influencia de la dirección de medida del PDD…………………………………………………………………………………………………………...47 Tabla 6. Resultados obtenidos al medir los porcentajes de dosis en profundidad para los detectores microDiamond y PinPoint-IC………………………………………………………………………………..50

Tabla 7. Resultados diferencia punto a punto perfil de dosis “in plane”. Campo de 0.5𝑥0.5 𝑐𝑚2…….53 Tabla 8. Resultados planicidad y simetría. microDiamond vs PinPoint-IC. IN PLANE……………….54

Tabla 9. Resultados diferencia punto a punto perfil de dosis Cross plane. Campo 0.5x0.5 𝑐𝑚2…..57 Tabla 10. Resultados planicidad y simetría. microDiamond vs PinPoint-IC. CROSS PLANE.......…58 Tabla 11. Comparación del tamaño de campo geométrico y dosimétrico, obtenidos con ambos

detectores. "IN PLANE". 0.5x0.5 𝑐𝑚2……………………………………………………………………...60 Tabla 12. Comparación del tamaño de campo geométrico y dosimétrico, obtenidos con ambos

detectores. "CROSS PLANE". 0.5x0.5 𝑐𝑚2……………………………………………………………….60

Tabla 13. Resultados diferencia punto a punto perfil de dosis In plane. Campo 1x1 𝑐𝑚2…………..62 Tabla 14. Resultados planicidad y simetría, microDiamond vs PinPoint-IC, IN PLANE. Campo 1x1

𝑐𝑚2…………………………………………………………………………………………………………….62

Tabla 15. Resultados diferencia punto a punto perfil de dosis Cross plane campo 1𝑥1𝑐𝑚2………..64 Tabla 16. Resultados planicidad y simetría, microDiamond vs PinPoint-IC, Cross Plane……….….65 Tabla 17. Comparación del tamaño de campo geométrico y dosimétrico, obtenido con ambos

detectores. "IN PLANE". campo 1𝑥1 𝑐𝑚2………………………………………………………...............67 Tabla 18. Comparación del tamaño de campo geométrico y dosimétrico, obtenido con ambos

detectores. "CROSS PLANE". campo 1𝑥1 𝑐𝑚2…………………………………………………………...67

Tabla 19. Resultados diferencia punto a punto perfil de dosis in plane campo 2x2 𝑐𝑚2…………….68 Tabla 20. Resultados planicidad y simetría. microDiamond vs PinPoint-IC. IN PLANE campo 2x2

𝑐𝑚2……………………………………………………………………………………………………….……69

11

2x2 𝑐𝑚2......72

Tabla 22. Resultados planicidad y simetría. microDiamond vs PinPoint-IC. CROSS PLANE campo

2x2 𝑐𝑚2………………………………………………………………………………………………………72 Tabla 23. Comparación del tamaño de campo geométrico y dosimétrico, obtenido con ambos

detectores. "IN PLANE" campo 2𝑥2 𝑐𝑚2…………………………………………………………………..74 Tabla 24. Comparación del tamaño de campo geométrico y dosimétrico, obtenido con ambos

detectores. "CROSS PLANE" campo 2𝑥2 𝑐𝑚2……………………………………………………………74

Tabla 25. Resultados diferencia punto a punto perfil de dosis in plane campo 3x3 𝑐𝑚2……………..75 Tabla 26. Resultados planicidad y simetría. microDiamond vs PinPoint-IC. IN PLANE campo 3x3

𝑐𝑚2…………………………………………………………………………………………………………….76

Tabla 27. Resultados diferencia punto a punto perfil de dosis in plane campo 3x3 𝑐𝑚2…………….78

Tablas 28. Resultados planicidad y simetría. microDiamond vs PinPoint-IC. CROSS PLANE campo

3x3 𝑐𝑚2……………………………………………………………………………………………………….79

Tabla 29. Comparación del tamaño de campo geométrico y dosimétrico, obtenido con ambos

detectores. "IN PLANE" campo 3𝑥3 𝑐𝑚2………………………………………………………………..…81


detectores. "CROSS PLANE" campo 3𝑥3 𝑐𝑚2……………………………………………………………81

Tabla 31. Resultados diferencia punto a punto perfil de dosis in plane campo 5x5

𝑐𝑚2………………..…………………………………………………………………………………………..82

Tabla 32. Resultados planicidad y simetría. microDiamond vs PinPoint-IC. IN PLANE campo 5x5

𝑐𝑚2…………………………………………………………………………………………………………….83

Tabla 33. Evaluación de la estabilidad de la señal obtenida en el campo activo. microDiamond vs PinPoint. Campo 5x5. In Plane…………………………………………………………………………......86

Tabla 34. Resultados diferencia punto a punto perfil de dosis Cross plane campo 5x5 𝑐𝑚2……….87 Tabla 35. Resultados planicidad y simetría. microDiamond vs PinPoint-IC. CROSS PLANE campo

5x5 𝑐𝑚2……………………………………………………………………………………………………….87

Tabla 36. Evaluación de la estabilidad de la señal obtenida en el campo activo. microDiamond vs

PinPoint. Campo 5x5 𝑐𝑚2. Cross Plane………………………………………………………………………………………………………….88 Tabla 37. Comparación del tamaño de campo geométrico y dosimétrico, obtenidos con ambos

detectores. "IN PLANE" campo 5𝑥5 𝑐𝑚2………………………………………………………………….90 Tabla 38. Comparación del tamaño de campo geométrico y dosimétrico, obtenidos con ambos

detectores. "CROSS PLANE" campo 5𝑥5 𝑐𝑚2………………………………………………………......90

Tabla 21. Resultados diferencia punto a punto perfil de dosis “Cross plane” campo

12

Tabla 39. Resultados planicidad y simetría. microDiamond vs PinPoint-IC. IN PLANE 10x10 𝑐𝑚2…92 Tabla 40. Resultados diferencia punto a punto perfil de dosis In plane campo 10x10

𝑐𝑚2…………………………………………………………………………………………………………….92 Tabla 41. Evaluación de la estabilidad de la señal obtenida en el campo activo. microDiamond vs

PinPoint. Campo 10x10 𝑐𝑚2. In Plane……………………………………………………………………..93 Tabla 42. Resultados planicidad y simetría. microDiamond vs PinPoint-IC. CROSS PLANE. 10x10

𝑐𝑚2…………………………………………………………………………………………………………….95 Tabla 43. Comparación del tamaño de campo geométrico y dosimétrico, obtenidos con ambos

detectores. "IN PLANE" campo 10x10 𝑐𝑚2……………………………………………………………….96 Tabla 44. Comparación del tamaño de campo geométrico y dosimétrico, obtenidos con ambos detectores. "CROSS PLANE" campo 10x10 𝑐𝑚2………………………………………………………………….97

Tabla 45. Configuración del sistema de colimación para el registro de los factores de salida del campo (OF)…………………………………………………………………………………………………..98 Tabla 46. Factores de salida del campo (OF). Detector: microDiamond 60019……….…………….98

Tabla 47. Factores de salida del campo (OF). Detector: PinPoint-IC……………………………….…98 Tabla 48. Diferencia punto a punto de los factores de salida del campo (OF). microDiamond 60019 vs PinPoint-IC………………………………………………………………………………………………..100 Tabla 49. Valores obtenidos con la cámara Farmer, para determinar la dosis absorbida…………..103 Tabla 50. Resultados de la determinación de la dosis absorbida en agua, bajo condiciones de referencia…………………………………………………………………………………………………..103 Tabla 51. Resultados de la determinación del factor de calibración cruzada para e detector microDiamond……………………………………………………………………………………………..104

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RESUMEN

TÍTULO: Análisis dosimétrico de un detector microDiamond1 PTW 60019 para dosimetría clínica de un acelerador lineal (clinac ix), en haces de fotones de 6 MeV

AUTOR: VALDIVIESO MOSQUERA, Andrés Felipe

PALABRAS CLAVE: Detector, Dosimetría, acelerador lineal, microDiamond.

DESCRIPCIÓN

En el presente trabajo final de maestría se realizó la evaluación de las características dosimétricas de un detector SCDD2 microDiamond 60019 PTW, con el fin validar su uso en la dosimetría de campos pequeños para haces de fotones de 6MeV del acelerador lineal clinac ix, adjunto al área de radioterapia de la FSFB3. La evaluación de las características del microDiamond se hizo en tres etapas: inicialmente se evaluaron características como tiempo apropiado de medida, dependencia angular del detector, corrección por dependencia en la tasa de dosis y linealidad del mismo. Posteriormente implemento una calibración cruzada, como lo recomienda el protocolo TRS 398 [1], la cual se realizó por medio de la intercomparación en mediciones realizadas en un simulador de agua con el detector tipo Farmer PTW 30013. Finalmente se llevó a cabo la correspondiente dosimetría absoluta y relativa en las cuales se verificaron perfiles de dosis para diferentes tamaños de campo y profundidades, porcentajes de dosis en profundidad, factores de salida de campo,

para fotones de 6MeV y tamaños de campo inferiores a 3 x 3 𝑐𝑚2, donde el tamaño de

campo más pequeño estudiado fue 0.5x0.5 𝑐𝑚2. Los detectores tipo diamante son altamente utilizados para realizar la dosimetría de campos pequeños, tamaños inferiores a

3 x 3 𝑐𝑚2, debido a su alta resolución espacial, apropiada equivalencia de su factor de ponderación en tejido, entre otras [2-6]. Se encontró una alta estabilidad del detector con un índice de variación máximo de 0.98%; se verifico que el detector es lineal en un rango de 2 a 1500 UM. El detector es independiente del tiempo de medida y la tasa de dosis con la cual se entrega la radiación. No se recomienda el uso del detector microDiamond en verificación de dosis que involucren técnicas con movimientos dinámicos del Gantry (Arcos). El factor de calibración cruzada corresponde a 0.758 ± 0.026 [𝐺𝑦/𝑛𝐶] con una diferencia porcentual de 2.4% respecto al valor reportado por el fabricante. El porcentaje de dosis en profundidad se debe medir en dirección ascendente. Para estudiar el tamaño del campo de radiación a partir del perfil de dosis, en campos pequeños, se debe tener en cuenta la perdida de equilibrio lateral de partículas cargadas debido a su influencia en la planicidad del perfil de dosis [7,8]. Por lo anterior se valida el uso del detector microDiamond PTW 60019 en la dosimetría de campos pequeños en haces de fotones de 6 MeV.

1 PTW FREIRBURG 60019 2 Del ingles: Single Crystal Diamond Detector 3 Fundación Santa Fe de Bogotá

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INTRODUCCIÓN

En el proceso evolutivo de la radioterapia y con la llegada de aceleradores lineales cada vez más precisos a la hora de entregar los tratamientos, se ha hecho evidente la necesidad de instaurar acciones sistemáticas que permitan garantizar la calidad de los tratamientos entregados a los pacientes. De estas necesidades surgen los llamados controles de calidad, en radioterapia, definidos en el ISO-6215-1980. Uno de los diversos procesos de control de calidad consiste en las garantías de calidad de los equipos de teleterapia como los aceleradores lineales, así como las garantías de calidad de los instrumentos (detectores) utilizados para realizar las medidas dosimétricas correspondientes [9]. En las pruebas de garantía de calidad de aceleradores lineales (LINAC) se encuentran una serie de ensayos dosimétricos de carácter mensual; constancia de la Dosis de Referencia (fotones y electrones), constancia de la calidad del haz: Fotones (PDD20,10 ó TPR20,10) PDD4 de Electrones (o

J1/J2), entre otros [9]. Asimismo, podemos encontrar controles de calidad de los detectores que son utilizados para realizar las pruebas antes mencionadas; dependencia energética, linealidad, fugas. Dichos controles obedecen a la necesidad de obtener una medida cada vez más confiable. En el medio clínico es común encontrar que los detectores más utilizados sean las cámaras de ionización ya que fueron los primeros dispositivos desarrollados para medir radiación ionizante, su alta precisión y reproducibilidad, hacen que sea el más recomendado por los protocolos de dosimetría como el TRS398 [1]. En la actualidad existen varios detectores gaseosos utilizados en el estudio dosimétrico de aceleradores clínicos; cámaras de ionización cilíndricas, plano paralelas, micro cámaras de ionización, entre otros; una diferencia potencial entre cada una de ellas, es la búsqueda de una mayor resolución espacial. Esta limitación en la resolución espacial conlleva al surgimiento de un nuevo tipo de detectores con alto grado de precisión en la medición de la agudeza en altos gradientes dosimétricos, siendo los detectores de estado sólido los más estudiados para desempeñar estas tareas [7,10]. En ese sentido, este trabajo final de maestría pretende realizar el análisis de las variables dosimétricas del detector microDiamond 60019 para su posterior utilización en los controles de calidad en haces de fotones de 6 MeV y para campos pequeños cuyas dimensiones se encuentran por debajo de 3 x 3 cm2.

En este documento, se encontrarán siete capítulos: Inicialmente se formula el planteamiento del problema y las ideas que motivaron el desarrollo de este trabajo final de maestría. El capítulo 1 presenta un breve estado del arte correspondiente a las pruebas y resultados reportados por la literatura, respecto a la evaluación de la pertinencia del uso del detector microDiamond PTW 60019 en la dosimetría de campos pequeños de aceleradores lineales de uso clínico y específicamente en campos de fotones de rayos X de alta energía. El capítulo 2 contiene los fundamentos teóricos del sistema físico de detección de los detectores semiconductores y los procedimientos necesarios para la realización del estudio de las pruebas de dosimetría absoluta y relativa. El objetivo general, que encierra la idea básica de este trabajo final de maestría, y el enunciado de los objetivos específicos se muestra en el capítulo 3. El conjunto de

4 Del inglés: Percent Depth Dose

15

procedimientos que fueron utilizados para alcanzar los objetivos propuestos se exponen en la metodología del capítulo 4. Finalmente, en los capítulos 5 y 6 se presenta el análisis de los resultados obtenidos y las conclusiones del presente trabajo final de maestría.

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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Son numerosas las técnicas de radioterapia utilizadas en la actualidad, cada una con rasgos clínico y físicos particulares, dentro de las cuales se encuentran: radioterapia de campos conformales (3DCRT), Radioterapia de intensidad modulada (IMRT), radioterapia volumétrica modulada por arcos (VMAT) y finalmente las actuales técnicas de radiocirugía (SRS). Esta última técnica, radiocirugía, a diferencia de las demás demanda un alto grado de resolución espacial, debido a la necesidad de entregar dosis muy altas en espacios dimensionalmente muy pequeños [6]. Uno de los procesos dosimétricos más importantes en la determinación de la dosis entregada por el acelerador se realiza siguiendo el protocolo TRS398, el cual establece un código de práctica consolidado para la realización de la dosimetría basada en patrones de dosis absorbida en agua [1]. Este código adoptado por varios centros de radioterapia a nivel mundial, muestra los procesos que se deben realizar para la obtención de la dosis absorbida en agua utilizando como detector principal las cámaras de ionización, las cuales determinan la dosis absorbida en agua siguiendo el formalismo ND,w, el cual

establece una serie de calibraciones en términos de dosis absorbida en agua trazables a un laboratorio primario de calibración dosimétrica, estableciendo factores de corrección que influyen en la medición de la dosis; corrección por calidad del haz (KQ,Q0

), corrección por recombinación de iones, corrección por polarización (Kpol), entre

otros [1]. Pero es allí donde radica el problema; como se ha mencionado el TRS 398 proporciona una metodología específica para la calibración de detectores tipo cámara de ionización con lo cual, hasta el momento, no se ha desarrollado un formalismo paralelo a este que incluya otro tipo de detectores como por ejemplo detectores de estado sólido. En ese sentido es de suma importancia tener en cuenta el correcto uso de nuevos detectores, en la determinación de la dosis absorbida en agua. Basados en las recomendaciones hechas por el protocolo aquí mencionado: “Se debería tener mucho cuidado con la utilización de ciertos detectores sólidos (algunos tipos de detectores de diodos y diamantes) para la medida de distribuciones de dosis en profundidad solamente se debería elegir para estas medidas un detector de estado sólido cuya respuesta haya sido verificada regularmente frente a un detector de referencia (cámara de ionización)” [1]. En ese sentido, este trabajo final de maestría, persigue principalmente, la realización del análisis dosimétrico del detector microDiamond PTW 60019, adquirido por el área de radioterapia de la Fundación Santa Fe de Bogotá, con el fin de establecer su correcto uso en la dosimetría de haces de fotones de 6MeV de uso clínico, para tamaños de campo inferiores a 3x3cm2.

17

1. ESTADO DEL ARTE

Los protocolos establecidos para realizar el análisis dosimétrico de campos pequeños, empleados en radioterapia de haces externos, guardan un estricto compromiso con las dimensiones de los detectores implementados para dichas prácticas, dado que, las características espaciales de estos campos se apoyan en la exigencia de una mayor resolución espacial; llevando al límite los ya conocidos detectores tipo cámara de ionización [7]. No obstante, existen nuevos detectores de estado sólido que permiten realizar el análisis dosimétrico de éstos campos pequeños debido a su alta resolución espacial; los candidatos más opcionados son los detectores de estado sólido. En el año 2010 se realizó la publicación de un artículo, en la revista “Journal of Applied Physics”, acerca de la sintetización de un nuevo detector de radiación ionizante basado en una multicapa de diamante sintético depositado por la técnica CVD5 en configuración diodo schottky [11] (ver figura 1).

.

Posteriormente en el año 2012, en el departamento de ingeniería industrial de la

universidad “Tor Vergata” en Roma Italia, Marco Marinelli y colaboradores, realizaron el análisis dosimétrico de este nuevo detector en haces de fotones con un acelerador lineal Varian Clinac DHX con energías inferiores a 10 MeV, con el fin de evaluar su pertinencia en la aplicación de procesos de caracterización de haces de radiación de tamaños pequeños, llegando a la conclusión de que este nuevo detector sería un posible candidato para realizar la dosimetría de campos pequeños en aceleradores de uso clínico [12] (ver figura 2). En el año 2014 la empresa PTW realizó la construcción en masa de este nuevo detector basado en el prototipo propuesto por Marco Marinelli, a este nuevo detector de estado sólido le denominaron microDiamond de referencia PTW 60019 [13] (ver figura 2). Debido a

5 Del inglés: Chemical Vapor Deposition

Figura 1. Estructura del detector microDiamond 60019. Imagen tomada de [11].

18

su pequeño volumen sensible (0.004 mm3) permite alcanzar una gran resolución espacial con alta reproducibilidad y gran precisión.

Desde su llegada al medio clínico, el detector microDiamond ha sido expuesto a una serie de pruebas de caracterización dosimétrica en múltiples haces de radiaciones ionizantes; fotones, electrones, protones e iones pesados [12][14-16]. Dentro de las pruebas a las cuales ha sido sometido por diversos autores se encuentran: Dosimetría relativa: Perfiles de dosis para diferentes tamaños de campo, porcentajes de dosis en profundidad, factores de salida de campo (Output Factor), entre otros [10,12]. Caracterización de variables de influencia Linealidad, dependencia angular del detector, dependencia con la tasa de dosis Dando como resultado que en diversos reportes se obtenga como conclusión la aceptación del detector PTW 60019 como un candidato óptimo para la realización de los procesos de dosimetría relativa en campos pequeños en aceleradores lineales de uso clínico.

Figura 2. Detector microDiamond. (a), (b), (c) : Prototipo utilizado por Marco Marinelli y colaboradores para caracterizar las propiedades dosimétricas del detector SCDD sintetizado por CVD, imagen tomada de[12]. (d): Versión comercial del detector microDiamond PTW 60019, imagen tomada de [13].

19

2. MARCO TEÓRICO

El escenario natural para abordar los fundamentos de los sistemas de detección de radiación ionizante se encuentra en los principios de interacción radiación materia. En este capítulo se revisan las ideas elementales sobre los detectores de estado sólido, en especial los diodos semiconductores y los diodos schottky o de barrera.

2.1 Detectores de radiación

Existen diversos tipos de detectores de radiaciones ionizantes, entre los cuales encontramos: cámaras de ionización, detectores de estado sólido, entre otros. El principio físico de detección entre estos dos tipos de detectores se diferencia en el mecanismo de interacción, en los cuales, las cámaras de ionización se apoyan en la ionización del gas contenido en su volumen sensible, y los detectores sólidos principalmente en la excitación y luminiscencia del mismo. Fundamentalmente los detectores de estado sólido han tomado un fuerte impulso en los últimos años, debido a su alta sensibilidad y resolución espacial; es por este motivo que son ampliamente utilizados en la implementación de procesos de dosimetría clínica en aceleradores lineales de alta energía para tamaños de campo pequeños.

Una de las limitaciones más importantes presentes en los detectores gaseosos (cámaras de ionización) es su baja sensitividad, producto del pequeño número de átomos objetivo por unidad de volumen. Esto conlleva a la necesidad de introducir un nuevo material cuya densidad de átomos objetivo sea mucho mayor, haciendo factible el uso de materiales sólidos para estas tareas. Un detector de estado sólido utiliza como medio activo un sólido con características específicas; propiedades de conducción altas, buena densidad de portadores de carga, entre otros. Existen diversos sólidos utilizados como medio base para la generación de altas producciones de iones, entre los cuales se destacan: materiales semiconductores y diamantes tanto naturales como sintéticos [6,17].

2.1.1 Detectores basados en semiconductores

Un semiconductor es básicamente un sólido cristalino, como el silicio o el germanio, el cual se comporta como un conductor o como un aislante dependiendo de diversos factores; campo eléctrico o magnético externo, temperatura, presión, tipo de radiación que incida sobre él, entre otros [18]. Es por esto que podemos decir que un semiconductor se encuentra en un estado intermedio entre un material perfectamente conductor o uno perfectamente aislante (Ver figura3). De la teoría cuántica sabemos que los electrones presentes en los orbitales de un átomo solo pueden ocupar niveles de energía cuyos valores son discretos. En particular los átomos que conforman un sólido semiconductor establecen enlaces covalentes creando niveles de energía discretos los cuales son divididos en dos tipos de

20

bandas: banda de valencia y banda de conducción. Estas bandas, a su vez, se encuentran separadas por una brecha (Gap) de energía prohibida haciendo necesario que un electrón que desea ser promovido de la banda de valencia a la de conducción deba tener una energía mayor a la brecha prohibida [17,19].

Por otra parte, como se muestra en la figura anterior, la brecha prohibida entre los materiales aislantes y los conductores es estrictamente opuesta; en los materiales aislantes es muy grande (E~6eV) en comparación con los conductores en los cuales dicha brecha prohibida no existe. Asimismo, en los materiales semiconductores, el tamaño de esta brecha prohibida es tan pequeño que basta con impartir una pequeña cantidad de energía (E > 1eV) al material para hacer que los electrones presentes en la banda de valencia salten o sean promovidos a la banda de conducción [17]. La figura 3 muestra la estructura de un material semiconductor ideal; “un material cuyas impurezas prácticamente son inexistentes con lo cual no se afectan las propiedades de conducción del semiconductor, a este material se le denominan semiconductor ideal o intrínseco” [17]. Estos tipos de materiales ideales reciben su nombre explicito ya que no es posible encontrarlos en la naturaleza, por otra parte, es mucho más factible encontrar materiales que contengan algún tipo de impurezas las cuales modifican sus propiedades de conducción al disminuir el ancho de la brecha prohibida; a estos materiales semiconductores que están provistos de alguna clase de impurezas (estas impurezas pueden introducirse en el material en un proceso natural o pueden ser agregadas mediante procesos de crecimiento en condiciones controladas de laboratorio) se denominan semiconductores extrínsecos.

Banda de conducción

Banda de valencia


Banda de valencia


Banda de valencia

Aislante Semiconductor Conductor

Gap~6 eV Gap~1 eV

Figura 3. Diagrama esquemático de la estructura de bandas. Material Aislante,

semiconductor y conductor. Imagen adaptada de [17].

E

21

Si consideramos que el elemento incorporado (impureza) al semiconductor tiene un electrón menos que el semiconductor podemos decir que éste, eventualmente, puede capturar un electrón de la red semiconductora y posteriormente encajar en ella. Ahora bien, si tenemos en cuenta que no sólo existe un átomo dopante en el semiconductor, sino que este puede ser agregado en un gran número, los huecos presentes en el material superan en número a los electrones presentes en la banda de valencia. “El efecto concreto debido a la incorporación de impurezas receptoras de carga es el cambio del nivel de fermi hacia la banda de valencia, que, en esencia, significa que la concentración de cargas positivas en el material supera a la de las cargas negativas; a este tipo de semiconductores se les denomina de tipo P” (ver figura 4) [17][19]. Por otra parte, si el elemento incorporado posee mayor cantidad de electrones que los contenidos en la red del semiconductor, estos electrones no pueden efectuar enlaces covalentes con los átomos del sólido y por lo tanto son libres de moverse en el mismo. “El efecto neto es la disminución de la banda de conducción puesto que la brecha prohibida disminuye por la concentración de una mayor cantidad de electrones libres en la banda de conducción, a este tipo de semiconductores se les denomina de tipo N” (ver figura4). La figura 4A y 4B muestran el esquema de la estructura de bandas de un material semiconductor dopado con impurezas receptoras (P) y donadoras de carga (N), respectivamente.

El mecanismo de producción de pares electrón-hueco, excitación atómica, en semiconductores es muy similar que en otro tipo de sólidos; la energía promedio necesaria para la creación del par e-h es independiente del tipo de radiación y depende estrictamente del tipo de materiales del cual está constituido el semiconductor y su temperatura promedio. Algo que hemos discutido como diferencia principal entre un sólido y un gas es la densidad de átomos objetivo presentes en el medio; a esto la diferencia en la energía necesaria para ionizar el medio que en los semiconductores es de 4 a 8 veces menor que en los gases [17]. La figura 5 muestra el mecanismo de producción par electrón-hueco por fotones que inciden en el material semiconductor. Si tenemos en cuenta la presencia de


Banda de valencia


Banda de valencia

Semiconductor tipo P Semiconductor tipo N

Niveles receptores

Niveles donadores

E E

Figura 4. Diagrama esquemático de un semiconductor tipo P y N. Imagen adaptada de [17]

22

impurezas en el material podemos ver, en dicho esquema, cómo la presencia de estos receptores o donadores de carga mejoran las propiedades de conducción y por ende favorecen la generación de pares e-h.

2.1.2 Diodo semiconductor (Juntura PN)

Otro tipo de material utilizado como medio sensible, en un detector de estado sólido, es el denominado diodo; éste se basa principalmente en la unión de dos materiales semiconductores con distinto tipo de dopaje, uno P y el otro N (ver figura 4), la cual recibe el nombre de juntura PN, ver figura 6. En la región de juntura se crea un movimiento por difusión de portadores de carga (N) hacia el material receptor (P) formando una zona de carga con iones positivos. Esto mismo sucede con los huecos que se movilizan hacia el material N formando una zona de carga con iones negativos (electrones); esta concentración de cargas en la región de la juntura genera un campo eléctrico como resultado de la disfunción de cargas (ver figura 6). Este proceso de difusión se da hasta que los niveles de fermi en ambos materiales coinciden; a medida que este proceso transcurre los huecos y electrones se neutralizan entre si creando una región denominada “región de agotamiento”. Esta región es de gran importancia ya que es allí donde la radiación ionizante incide y crea pares e-h dando como resultado la aparición de una corriente eléctrica [17][19].


Banda de valencia

Radiación incidente

Electrón Hueco

E

𝐸𝑖𝑚𝑝 𝐸𝐺𝑎𝑝

Figura 5. Diagrama esquemático de la producción par electrón-hueco, en un material semiconductor dopado de impurezas. Imagen adaptada de [17].

23

2.1.3 Diodo Schottky

Hemos revisado las propiedades principales de los detectores de estado sólido basados en materiales semiconductores intrínsecos y extrínsecos, además en el capítulo inmediatamente anterior vimos que una de las aplicaciones más utilizadas debido a sus propiedades de conducción es la unión de dos materiales semiconductores con diferente tipo de dopaje denominada juntura PN. Pues bien, otro tipo de unión muy utilizada, para realizar detectores de radiación ionizante de estado sólido, es la denominada juntura metal-semiconductor (o barrera Schottky).

Material P Material N E

𝐸𝑐

𝐸𝑣

𝐸𝑓

Figura 6. Formación de una juntura entre dos materiales semiconductores dopados con impurezas P y N. Donde 𝐸𝑐,𝐸𝑣, 𝐸𝑓 son las energías correspondientes a las bandas de valencia,

conducción y nivel de FERMI, respectivamente. Imagen adaptada de [17].

Figura 7. a) Diagrama esquemático de una juntura metal-semiconductor, b) estructura de bandas electrónicas de una juntura Schottky. Imagen tomada de [17].

24

En esta configuración es posible realizar una hetero-unión la cual se caracteriza porque el material a cada lado de la unión no es el mismo; este contacto generalmente se efectúa por medio de un contacto óhmico a cada lado de la juntura con esto, en la interfaz de unión, se crea una región de baja resistividad la cual proporciona una correcta conducción de corriente eléctrica en ambas direcciones, ver figura 7a. A medida que nos acercamos a la región de la interfaz metal-semiconductor es posible observar la nivelación del nivel de fermi en ambos materiales dando como resultado la disminución de la brecha prohibida lo cual proporciona la aparición de un campo eléctrico en la interfaz, ver figura 7b.

2.2 Control de calidad de aceleradores lineales de uso clínico

Usar aceleradores lineales en el medio clínico, requiere un riguroso sistema de control que permita asegurar la calidad de los tratamientos suministrados a los pacientes con este tipo de tecnología. La sociedad americana de físicos en medicina (AAPM) mediante su reporte TG-40, ha establecido una serie de procedimientos y valores de tolerancias sobre los parámetros dosimétricos que permiten establecer un control de las variables física que influyen en la administración de los tratamientos clínicos. Estas tolerancias encierran gran cantidad de dispositivos que integran la estructura general de un acelerador lineal; colimadores multiláminas (MLC), sistemas de imágenes abordo (OBI), aditamentos especializados en técnicas de precisión como la radiocirugía (SRS), entre otros [20]. Asimismo, se divide el control de calidad en dos aspectos importantes:

Controles de calidad mecánicos: enfocados específicamente en la revisión periódica

de la integridad física de los elementos mecánicos del equipo.

Controles de calidad dosimétricos: enfocados directamente en la cuantificación de

la dosis y caracterización del haz de radiación.

El objetivo fundamental de los procesos de dosimetría obedece a la necesidad de caracterizar el haz de radiación con el fin de cuantificar la dosis que es depositada por cierto tipo de radiación ionizante (directa e indirectamente ionizante) al interior de un tejido. En radioterapia existen protocolos internacionales que permiten llevar a cabo la estimación de la dosis absorbida en agua [1,7,9]. Estos protocolos consisten en acciones y procesos sistemáticos con alto grado de reproducibilidad y consistencia en las medidas de la cantidad de radiación depositada en simuladores de agua. Podemos dividir los procesos de dosimetría en dos grandes grupos:

Dosimetría absoluta: su objetivo principal el cuantificar la dosis absorbida en

simuladores físicos, bajo condiciones de referencia, establecidas a nivel mundial [7].

25

Dosimetría relativa: su objetivo principal se enfoca en el establecimiento de pruebas

dosimétricas que permitan una caracterización del haz de radiación; determinando

su forma al instituir las regiones básicas que componen el campo de radiación

(perfiles de dosis), estableciendo la cantidad de dosis que se deposita a medida que

la radiación se propaga en profundidad (porcentaje de dosis en profundidad),

midiendo la influencia del sistema de colimación en la cantidad de radiación

entregada por el acelerador en la profundidad de referencia, entre otras [20].

2.2.1 Dosimetría absoluta

Para determinar la dosis absorbida en agua por medio de simuladores físicos de alta precisión, a nivel mundial, se siguen las recomendación y protocolos establecidos por la sociedad americana de físicos en medicina en el TRS 398, el cual crea una serie de procesos que deben llevarse a cabo para obtener la dosis absorbida en agua utilizando como detector principal las cámaras de ionización. Las condiciones de medida se imponen como referencia a nivel mundial, éstas condiciones de referencia bajo las cuales se deben realizar las

medidas de la dosis absorbida son: Tamaño de campo 10𝑥10 𝑐𝑚2, distancia fuente piel 𝑆𝑆𝐷 = 90 𝑐𝑚, profundidad de inmersión del detector en el simulador de agua igual a 10 𝑐𝑚. Seguido a esto se instaura una serie de parámetros que corrigen la influencia de variables físicas que afectan las medidas obtenidas por este tipo de detectores y que finalmente influyen de forma directa en la determinación de la dosis absorbida. A continuación, se listan dichos parámetros de corrección:

Factor de corrección por temperatura y presión: corrige la medida por la

influencia de la temperatura y la presión al momento de realizar la medida, donde

𝑇𝑜, 𝑃𝑜 corresponden a la temperatura y presión de calibración del detector en el

laboratorio de calibración primario y T, P la temperatura y presión registrada en

el momento de realizar la medición [1]. Este factor de corrección viene descrito

por la ecuación (1).

𝐾𝑇,𝑃 =(273.2 + 𝑇)𝑃𝑜

(273.2 + 𝑇𝑜)𝑃 (1)

Factor de corrección por polaridad: Corrige el efecto de la polaridad en la

recolección de los iones producidos en el volumen sensible de la cámara. Donde

𝑀+ y 𝑀− corresponden a la lecturas registradas en polaridad positiva y

negativa respectivamente [1]. Este factor de corrección viene establecido por

la ecuación (2).

26

𝐾𝑝𝑜𝑙 =|𝑀+| + |𝑀−|

2𝑀 (2)

Factor de corrección por recombinación: Corrige la influencia del proceso de

recombinación de pares de iones creados en el medio. Donde 𝑀1y 𝑀2

corresponden a las medidas registradas a dos valores de voltaje distintos

(método de las dos tensiones) [1]. Este factor viene dado por la ecuación (3)

𝐾𝑠 = 𝑎𝑜 + 𝑎1

𝑀1

𝑀2+ 𝑎2 (

𝑀1

𝑀2)

2

(3)

Otro factor importante que corrige la influencia de la electrónica del sistema de

lectura (electrómetros) es el factor 𝐾𝑒𝑙𝑒𝑐; por lo general se trata de que éste factor sea 1. Una vez calculados los factores de corrección descritos anteriormente, se procede a calcular el valor de lectura corregido 𝑀𝑄, donde 𝑀1 es el valor de carga

eléctrica recolectada dividida por el número de unidades monitos entregadas (100 UM) [1].

𝑀𝑄 = 𝑀1𝐾𝑇,𝑃 𝐾𝑝𝑜𝑙 𝐾𝑒𝑙𝑒𝑐 𝐾𝑠 [𝑛𝐶

𝑈𝑀] (4)

Finalmente, se procede a calcular la dosis en la profundidad de referencia:

𝐷𝑤,𝑄(𝑍𝑟𝑒𝑓) = 𝑀𝑄 𝑁𝐷,𝑤 𝐾𝑄,𝑄𝑜 [

𝐺𝑦

𝑈𝑀] (5)

Donde 𝑁𝐷,𝑤 es el factor de calibración de dosis absorbida en agua de la cámara de

ionización obtenido en un laboratorio de calibración primario. Y finalmente un factor que corrige la calidad de haz 𝐾𝑄,𝑄𝑜

propio de cada detector [1].

2.2.2 Dosimetría relativa

Existen tres factores principales que se deben realizar para caracterizar un haz de radiación: Porcentaje de dosis en profundidad (PDD), perfiles de dosis y factores de salida del campo (OF); estos factores proveen una primera caracterización del haz de radiación determinando la influencia de la profundidad en la dosis depositada, la forma como la radiación se deposita en el agua a cada profundidad y la influencia del sistema de colimación en la dosis entregada por el acelerador, respectivamente.

27

2.2.2.1 Porcentaje de dosis en profundidad (PDD)

Una primera característica de un haz de radiación es su forma de depositar la energía a diferentes profundidades. Dosimétricamente es posible caracterizar este comportamiento, obteniendo la cantidad de dosis a diferentes profundidades y posteriormente establecer una profundidad de referencia para normalizar los valores encontrados a cada profundidad. Este proceso dosimétrico se conoce como porcentaje de dosis en profundidad el cual establece la cantidad de dosis que radiación ionizante, como fotones de rayos X de alta energía, entrega a medida que

esta profundiza en el medio [21]. Sea 𝑃 el porcentaje de dosis a una profundidad 𝑑

y 𝑑𝑜 la profundidad de referencia, entonces P se calcula según la ecuación (6)

𝑃 =𝐷𝑑

𝐷𝑑𝑜

𝑥100% (6)

Donde 𝐷𝑑 y 𝐷𝑑𝑜

representan la dosis a una profundidad d arbitraria y la dosis

entregada a la profundidad de referencia (normalmente esta profundidad corresponde con la profundidad del máximo de dosis entregada en el medio (ver figura 8). Una zona importante y que corresponde con la característica dosimétrica más importante de un haz de radiación y la cual se obtiene a partir de la gráfica del porcentaje de dosis en profundidad es la zona de recombinación (“Buildup”).

Figura 8. Diagrama esquemático del proceso de medida del porcentaje de dosis en profundidad de un haz de radiación. Imagen adaptada de [21].

28

La región comprendida entre la superficie y el punto correspondiente a la

profundidad de máxima dosis se denomina región de acumulación de dosis o

“Buildup” (ver figura 9A); para radiación ionizante de alta energía este punto de

máxima dosis se desplaza a una mayor profundidad, debido a la calidad del haz (ver

figura 9B) [21]. En la figura 9ª se presenta un esquema del porcentaje de las zonas

que conforman un porcentaje de dosis en profundidad. Asimismo, la figura 9B

presenta las diferencias entre porcentajes de profundidad adquiridos para diferentes

haces de radiación.

2.2.2.2 Perfiles de dosis Una segunda característica importante de un haz de radiación es la distribución de

dosis dentro del paciente, la cual es posible de estimar a partir del estudio del

comportamiento de la radiación ionizante en simuladores físicos de agua. La

distribución de dosis depende básicamente de la geometría del campo de radiación,

dicha geometría está determinada por el sistema de colimación secundario

(mandíbulas). Estos sistemas de colimadores secundarios pueden reformar la

geometría principal del campo de radiación en formas geométricas cuadradas o

rectangulares; generando distribuciones de dosis uniformes al interior del medio,

denominadas curvas de isodosis. Si re revisan estas familias de curvas a diferentes

profundidades al interior del simulador físico se encuentra que dichas distribuciones

poseen una fuerte dependencia del porcentaje de dosis obtenido a diferentes

profundidades (ver figura 10A). Al ser una medida relativa éstas curvas están

normalizadas al valor encontrado en el eje central del campo de radiación y

describen el comportamiento del campo de radiación a lo largo de dos ejes

Figura 9. Diagrama esquemático del porcentaje de dosis en profundidad. Parte A: Regiones que componen un PDD. Parte B: Porcentaje de dosis en profundidad para radiaciones de diferente calidad de haz. Imagen tomada de [21].

29

principales denominados eje longitudinal y eje transversal (In plane, Cross plane)

definidos en el plano orientado en sentido del Gantry como se muestra en la figura

10B.

El perfil de dosis se divide en 3 regiones de interés: la región interna del campo de

radiación, la región de penumbra y la región de umbra definidas como:

Región interna: Parte del perfil comprendida en el eje central del campo de

radiación [21,22], ver figura 11.

Región de penumbra: Definida dosimétricamente como la distancia comprendida

entre la intersección de las curvas de isodosis del 80% y 20% [21,22], ver figura

11.

Región de umbra: Porción del perfil de radiación que se encuentra más allá de

la región de penumbra [21,22], ver figura 11.

Figura 10. Izquierda: Distribución de curvas de isodosis a diferentes profundidades, imagen tomada de [21]. Derecha: Diagrama esquemático de la designación de ejes de escaneo.

30

Dos parámetros de estudio en un perfil de radiación comprenden el análisis de

planicidad y simetría del perfil de radiación, los cuales vienen definidos por las

ecuaciones (7) y (8). La planicidad de un perfil de radiación se obtiene encontrando

la dosis máxima y mínima al interior del 80% del ancho promedio del campo de

radiación en la región interna del campo.

𝑃𝑙𝑎𝑛𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 =𝐷𝑚𝑎𝑥 − 𝐷𝑚𝑖𝑛

𝐷𝑚𝑎𝑥 + 𝐷𝑚𝑖𝑛∗ 100% (7)

El análisis de simetría se realiza definiendo la uniformidad del perfil de radiación a

izquierda y derecha del eje central. Para esto se calcula el área a izquierda y

derecha del eje central y por encima del centro de la zona de penumbra.

𝑆𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟í𝑎 =𝐴𝑟𝑒𝑎𝐼𝑧𝑞 − 𝐴𝑟𝑒𝑎𝐷𝑒𝑟

𝐴𝑟𝑒𝑎𝐼𝑧𝑞 + 𝐴𝑟𝑒𝑎𝐷𝑒𝑟∗ 100% (8)

Figura 11. Diagrama esquemático de las regiones de interés en un perfil de dosis. A: Región interna del campo de radiación. B: Región de penumbra. C: Región de umbra. Imagen adaptada de [21].

31

3. OBJETIVO GENERAL

Validar el uso del detector microDiamond PTW60019 para dosimetría de fotones de

6 MeV de uso clínico, mediante el análisis dosimétrico de las magnitudes físicas que

influyen en la determinación de la dosis absorbida en agua.

3.1 Objetivos específicos

Caracterizar las propiedades dosimétricas principales del detector

microDiamond PTW60019; determinando tiempo apropiado de medida,

linealidad, dependencia con la tasa de dosis y dependencia angular.

Realizar las pruebas de dosimetría absoluta para fotones de 6MeV utilizando

el detector microDiamond PTW60019; obteniendo el coeficiente de

calibración del detector por medio de una calibración cruzada con un detector

micro-cámara de ionización PinPoint IC PTW.

Adquirir los porcentajes y perfiles de dosis en profundidad para campos

pequeños (tamaños menores a 3x3cm2) en fotones de 6MeV utilizando el

detector microDiamond PTW60019 de modo que sean compatibles con el

TPS (Treatment Planning System).

32

4. METODOLOGÍA

En este trabajo final de maestría se validó el uso del detector microDiamond PTW 60019 para realizar la dosimetría de campos pequeños de un acelerador clinac ix, en haces de fotones de 6MeV. Para desarrollar este propósito se utilizaron estudios descriptivos y explicativos basados en resultados experimentales siguiendo un planteamiento metodológico cuantitativo.

Antes de realizar los estudios experimentales se realizó una revisión de la literatura (estado del arte) relacionada con la evolución de los protocolos de dosimetría clínica asociados al uso de detectores, diferentes a las cámaras de ionización, en dosimetría clínica. Asimismo, se requiere adquirir fundamentos en aspectos fenomenológicos y experimentales de los detectores de estado sólido.

4.1 Análisis de las magnitudes físicas

Implementar las pruebas con las cuales se realizará el análisis de las magnitudes físicas que influyen en la determinación de la dosis absorbida usando el detector microDiamond PTW 60019:

Inicialmente se revisó la dependencia angular que tiene el detector; se escogió una

SSD=100, un tamaño de campo de 10x10cm2, y se irradió el detector para diferentes

angulaciones del gantry, desde 00 hasta 3300 (en pasos de 300); en cada posición del gantry se entregarán 50 UM. (Ver figura 12)

El tiempo apropiado de medida se estudió en un perfil de dosis para un tamaño de

campo de 10x10cm2 a diferentes ventanas temporales de medida del detector con tiempos de medida de 30, 60, 100, 300, 800, 1400, 2000 milisegundos.

Posteriormente fue necesario realizar un análisis de linealidad con la dosis, esta prueba se ejecutó bajo condiciones de referencia: SSD= 90 cm, , profundidad 10cm,

tamaño de campo 10x10cm2, tasa de dosis de 300 UM/min, y se escogieron diferentes valores de unidades monitor en un intervalo de 2 a 1500 UM.

Seguido a esto se estudió la dependencia con la tasa de dosis irradiando el detector a distancia fija de SSD= 90 cm con 200 UM para las tasas de dosis disponibles en el acelerador en 6 pasos desde 100 UM/min hasta 600 UM/min.

33

4.2. Calibración cruzada

Para obtener el factor de calibración para la medida de la dosis absorbida en agua, del detector microDiamond PTW 60019, se realizó una calibración cruzada con la cámara de ionización Farmer PTW 30013; la cámara de ionización y el detector microDiamond se dispuso alternativamente en las condiciones de referencia ( tasa de dosis de 300 UM/min, SSD= 90, profundidad de 10cm ) tamaños de campo

10x10cm2, 5x5cm2, 4x4cm2y se entregó 100 UM a cada uno, lo cual corresponde a 100 cGy. Una vez obtenidas las lecturas, el factor de calibración para la medida de la dosis absorbida en agua, se calculó siguiendo las recomendaciones del TRS 398:

𝑁𝐷,𝑤𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝐷𝑖𝑚𝑜𝑛𝑑 =

𝐷𝑤𝑄𝐹𝑎𝑟𝑚𝑒𝑟

𝑀𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜 (9)

Donde 𝑅𝐷𝑊 es el factor de calibración cursada, 𝐷𝑤𝑄𝐹𝑎𝑟𝑚𝑒𝑟 es la dosis calculada para

la cámara de ionización; teniendo en cuenta todos los factores de corrección

dispuestos en el TRS 398. Y 𝑀𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜 corresponde a la lectura registrada por el detector microDiamond bajo las mismas condiciones que la Farmer.

Figura 12. Montaje utilizado para la implementación de la prueba de dependencia angular del detector microDiamond PTW 60019.

34

4.3 Pruebas de dosimetría relativa

Posteriormente se efectuó las pruebas de dosimetría relativa con el fin de obtener los porcentajes de dosis en profundidad y los perfiles de dosis; escogiendo cuatro

tamaños de campo pequeños (0.5x0.5cm2, 1x1cm2, 2x2cm2, 3x3cm2), y dos tamaños de campo intermedios (5x5 cm2, 10x10 cm2), energía de 6MeV y tasa dosis de 300Um/min. Se utilizó una SSD=100cm.

En la figura 13, se presenta el montaje utilizado para la medición de los porcentajes de dosis en profundidad y perfiles de dosis. Las medidas de dosis relativa son tomadas con una cámara de referencia la cual es ubicada al interior del campo de radiación sin que ésta obstaculice la medición del detector al interior del simulador físico (ver figura 14a). Esta cámara de referencia tiene como fin eliminar las fluctuaciones producto de la inhomogeneidad de cada uno de los pulsos que constituyen el haz de radiación.

La ubicación de la cámara de referencia se dificulta cuando el tamaño de campo

disminuye por debajo de 3𝑥3 𝑐𝑚2, en este punto es imposible situar la cámara al

interior del campo de tal forma que no dificulte el paso de la radiación en cada

dirección del plano y a su vez que el volumen sensible de ésta sea irradiado en su

totalidad (ver figura 14b). Al no tener una cámara de referencia, al interior del campo

Figura 13. Montaje utilizado para realizar las pruebas de dosimetría relativa: Porcentajes de dosis en profundidad y perfiles de dosis.

35

de radiación, se obtiene una medida con altas fluctuaciones e irregularidades (ver

figura 14c) las cuales no sirven para caracterizar el haz de radiación.

[a] [b]

[c]

Figura 14. Diagrama esquemático del posicionamiento de los detectores de radiación en el simulador físico (vista axial). Parte a: posicionamiento convencional de la cámara de referencia. Parte b: esquema de la dificultad de posicionamiento de la cámara de referencia para tamaños de campo pequeños. Parte c: perfil de dosis registrado con cámara de referencia fuera del campo de radiación (irradiación parcial del volumen sensible de la cámara de ionización).

36

Cabe resaltar que hoy en día existen sistemas de dosimetría los cuales incorporan

nuevos métodos y tecnologías, en sus detectores, los cuales no evitan la necesidad

de realizar los procedimientos aquí utilizados puesto que la cámara de referencia

en ellos posicionada directamente al cabezal del acelerador de tal forma que la

radiación es censada sin perturbar el campo de radiación haciendo que la medida

recolectada por el detector que se encuentra al interior del simulador físico y

Figura 15. Montaje utilizado para la realización de los procesos de dosimetría relativa, modificando el posicionamiento de la cámara de referencia. Parte A: Acelerador lineal CLINAC IX con el sistema de blindaje expuesto. Parte B: Indicación de la posición del plomo restirado del sistema de colimadores secundarios para introducir la cámara de referencia. Parte C: Ubicación exacta de la cámara d referencia al interior del campo de radiación.

37

expuesto al campo de radiación, no se vea afectada [23]. Para evitar el problema

de la ubicación de la cámara de referencia, en nuestro montaje, se modificó la

ubicación convencional de la cámara de referencia: fue necesario retirar las corazas

de fibra de vidrio del acelerador con el fin de exhibir el sistema de autoblindaje del

cabezal (sistema que disminuye la radiación de fuga del acelerador), una vez son

retiradas estas corazas se procedió a desmontar uno de los plomos ubicados a los

laterales del sistema de colimadores X e Y, para así poder introducir directamente

la cámara de referencia antes de las mandíbulas Y (colimadores) y posterior al

espejo reflector de la luz que indica el campo de radiación (ver figura 15).

Finalmente, el esquema mostrado a continuación, representa el diagrama de flujo

correspondiente a la metodología antes mencionada.

Figura 16. Diagrama de flujo correspondiente a la metodología utilizada para la realización de este trabajo final de maestría.

38

5. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

En este capítulo se presentan los resultados derivados de la implementación de los protocolos para la dosimetría de campos pequeños en haces de fotones de 6 MeV obtenidos con el detector microDiamond 60019.

5.1 Prueba de repetitividad

Se realizó un análisis de repetitividad con el fin de garantizar la estabilidad del detector. En la figura 17 se muestra el comportamiento de la repetitividad del detector microDiamond 60019 para 2 UM y 50UM respectivamente. Estos resultados muestran una gran estabilidad del detector lo cual está en concordancia con lo reportado por el fabricante y la literatura [12].

En la tabla 1 se presenta el resumen de los cálculos numéricos obtenidos al analizar los datos.

Tabla 1. Resultados obtenidos para la prueba de repetitividad, del detector microDiamond 60019

UM Valor promedio [pC] Desviación estándar índice de Pearson

[%] Error% Entre MAX-

MIN

2 3,16 0,031 0,98 2,50

50 76,72 0,117 0,15 0,66

Figura 17. Prueba de repetitividad del detector microDiamond: Figura superior 2 UM e inferior 50 UM, respectivamente. El número de medidas reportado corresponde a un total de 30 tomas consecutivas.

39

Se puede notar que al aumentar el número de unidades monitor, entregadas al detector, aumenta la estabilidad del mismo, esto se ve reflejado en el índice de Pearson el cual muestra la variabilidad de los datos obtenidos; dando como resultado un índice mucho menor para 50 UM que para 2 UM, 0.15% y 0.98%, respectivamente. Si bien el índice de variabilidad en 2 UM supera el límite reportado

por el fabricante (±0.5%), se puede verificar en la figura 17 que solo 4 datos quedan excluidos del rango definido por la desviación estándar. Asimismo, se debe tener en cuenta que existe un tiempo transitorio que el acelerador lineal requiere para estabilizar la tasa de dosis con el fin de entregar la cantidad de radiación solicitada por el usuario dando como resultado que para bajas unidades monitor, como por ejemplo 2UM, el detector reporte dicha inestabilidad en las medidas.

5.2 Dependencia angular del detector

El detector microDiamond al ser una capa muy delgada de diamante sintético depositada sobre un sustrato, presenta una geometría axial de su volumen activo, dando como resultado que la dirección en que incide la radiación ionizante sobre él se vea favorecida en una dirección especifica. La figura 18 muestra la dependencia angular del detector microDiamond; la incidencia del haz de radiación inicia en el ángulo 0 grados, posteriormente se rotó el gantry en dirección de las manecillas del reloj en pasos de 30 grados. Se puede apreciar una alta dependencia angular del

Figura 18. Dependencia angular del detector microDiamond 60019.

Lecturas normalizadas a valor de 0𝑜

40

detector lo cual sugiere que, para obtener una medida estable y repetible, debe considerarse irradiaciones en el mismo ángulo de incidencia del haz; dando como resultado que éste detector no es óptimo para la realización de medidas dosimétricas en técnicas de terapias volumétricas que incluyan movimientos continuos del gantry (VMAT).

5.3 Tiempo de medida

Como se especificó en la metodología del capítulo 4 se implementó una prueba del tiempo de medida únicamente en el proceso de dosimetría relativa. La figura 19 muestra el perfil utilizado para la realización de la prueba; Se varió el tiempo de medida en un perfil con 5 puntos uno ubicado en el eje central y dos a izquierda y derecha del campo de radiación. Los resultados de las medidas para cada uno de los puntos en el perfil, se muestran en las gráficas 20A a 20E; dicha medida corresponde a la cantidad de tiempo que el detector se posiciona en cada punto del perfil establecido. Se tomaron tiempos comprendidos entre 30, 60,100, 300 ,800,1400 y 2000 milisegundos. En la tabla 2 se muestran los resultados de los cálculos para cada uno de los puntos en el perfil.

Como se mencionó en la metodología del capítulo 4 las medidas del tiempo únicamente se pudieron realizar en la interfaz de dosimetría relativa, medidas de pdd y perfiles, esto hace que el tiempo de medida no pueda ser estudiado para la influencia en la determinación de la dosis absorbida en agua.

Figura 19. Perfil de dosis con cinco puntos, para un campo de 10𝑥10𝑐𝑚2. Medido con el detector microDiamond PTW 60019.

41

Tabla 2. Resultados obtenidos para el tiempo de medida, del detector microDiamond 60019

Punto del perfil [mm]

Valor promedio [UA]

Desviación estándar

índice de Pearson % Error% Entre

MAX-MIN

-55 0,201 0,002 0,98 0,99

-27,5 1,438 0,005 0,32 0,21

0 1,453 0,007 0,51 0,48

27,5 1,439 0,006 0,38 0,28

55 0,212 0,002 0,71 0,94

Se pudo observar una baja dependencia con el tiempo de medida. En los puntos del perfil -55mm y 55mm se tuvo un error porcentual máximo de 0.99% y 0.94% entre los tiempos 30 y 60 milisegundos, dicho error es muy pequeño y las lecturas se encuentran en el intervalo definido por la desviación estándar, ambos datos tocan el valor promedio. La desviación máxima observada se obtuvo en el eje central del

campo de radiación (figura 20C) con un valor de ±0.007. Asimismo, al revisar cada una de las gráficas en la figura10, se observa un comportamiento muy estable en los datos obtenidos a diferentes tiempos de medida para cada uno de los puntos en el perfil; para tiempos de medida bajos (30,60,100 milisegundos) la desviación asociada a cada grupo de medidas es mucho mayor que para tiempos de medida altos (300,800,1400,2000 milisegundos).

42

Figura 20. Análisis de tiempo apropiado de medida, para cada punto del perfil estudiado, a diferentes ventanas temporales; 30, 60, 100, 300, 800, 1400, 2000 milisegundos.

43

5.4 Linealidad con la dosis

El resultado obtenido para la prueba de linealidad con la dosis se presenta en la figura 21, junto con la ecuación resultado del ajuste lineal; se puede apreciar una

tendencia lineal con un factor de correlación 𝑅2 = 1. La tabla 3 muestra los cálculos estadísticos para cada uno de los puntos en la gráfica.

Al apreciar lo resultados se puede apreciar que el detector presenta el mismo comportamiento en el rango de unidades monitor estudiado (2 a 1500 UM), por tanto, para las pruebas posteriores se puede elegir cualquier número de unidades monitor en dicho rango

Tabla 3. Resultados obtenidos para la linealidad con la dosis, del detector microDiamond 60019

UM Valor promedio

[nC] Desviación estándar

índice de Pearson [%]

Error% Entre MAX-MIN

2 0,021 0,0003 1,50 4,09

5 0,053 0,0000 0,00 0,00

20 0,211 0,0005 0,23 0,47

50 0,526 0,0005 0,10 0,19

200 2,105 0,0016 0,07 0,23

500 5,267 0,0022 0,04 0,13

1000 10,540 0,0000 0,00 0

1500 15,812 0,0045 0,03 0,06

Figura 21. Prueba de linealidad del detector microDiamond 60019. Datos azules: obtenidos al irradiar el detector con diferente número de unidades monitor. Linea amarilla: ajuste lineal de los datos obtenidos.

44

Se aprecia que para 2 UM existe un error porcentual de 4.09% entre la lectura máxima y mínima del detector, sin embargo, en la figura 20 se presenta la serie de lecturas con las cuales se obtuvo el promedio para 2UM, presentado en la tabla 3. En la figura 22 se puede notar que dicha lectura máxima solo se presenta una vez en la serie de 10 tomas realizadas consecutivamente; el resto de datos se encuentran en el promedio y al interior del intervalo definido por la desviación estándar.

5.5 Dependencia con la tasa de dosis

Los aceleradores lineales de uso clínico generalmente proveen la oportunidad de varia la rapidez a la cual se entrega la dosis en un determinado tratamiento. A esta capacidad se le conoce como tasa de dosis y sus unidades generalmente se dan en UM/min (Unidades Monitor por minuto). Es de suma importancia verificar que la influencia de este parámetro en la dosis entregada por el acelerador no sea considerable y se encuentre dentro de ciertos márgenes de tolerancia. Este parámetro se estudia al revisar la influencia en la carga recolectada por el detector en condiciones isocéntricas y de referencia para la determinación de la dosis absorbida. La tabla 4 muestra los resultados de la variación de la carga recolectada por el detector cuando se varía la tasa de dosis del acelerador; donde 𝑄 300

corresponde a la lectura obtenida por el detector para la tasa de calibración (300 UM/min), y 𝑄 𝑖 la lectura obtenida para las demás tasas de dosis (100,200,300,400,500,600).

Figura 22. Medidas realizadas para la prueba de linealidad a 2 UM.

45

Tabla 4. Resultados obtenidos para la dependencia con la dosis tasa de dosis, del detector microDiamond 60019

Tasa de dosis [UM/min]

Promedio [nC] Desviación estándar

𝑄 300 − 𝑄𝑖

𝑄 300∗ 100

índice de Pearson %

100 0,2102 0,0004 0,10 0,2

200 0,2107 0,0005 0,14 0,2

300 0,2104 0,0005 0,00 0,2

400 0,2099 0,0003 0,24 0,2

500 0,2100 0,0000 0,19 0,0

600 0,2098 0,0004 0,29 0,2

Finalmente, en la figura 23 se muestra el comportamiento de los datos presentados en la tabla 4; se puede apreciar una baja dependencia con la tasa de dosis pues todos los valores recolectados a diferentes tasas se encuentran en el rango definido por la desviación estándar y todos tocan el valor promedio.

Figura 23. Medidas realizadas para la prueba de dependencia con la tasa de dosis para el detector microDiamond PTW 60019.

46

5.6 Resultados de la implementación de los procesos de dosimetría absoluta y relativa

En éste capítulo se presentan los resultados obtenidos para las pruebas de dosimetría absoluta y relativa implementadas con el detector microDiamond PTW 60019. Todos los procesos aquí realizados y con los cuales se evaluó la pertinencia del uso del detector para campos pequeños, en radioterapia de haces externos, toman como base las recomendaciones y protocolos internacionales [1,7,9].

5.6.1 Resultados dosimetría relativa

A continuación se presentan los resultados obtenidos al implementar los protocolos de dosimetría relativa con el detector microDiamond 60019; se realizó la medida de los porcentajes de dosis en profundidad (PDD6), obtención de los perfiles de dosis para diferentes profundidades y la medida de los factores de salida de campo (OF7), todas las medidas fueron realizadas para tamaños de campo comprendidos entre

0.5𝑥0.5 𝑐𝑚2 hasta 10𝑥10 𝑐𝑚2. Los resultados y análisis aquí presentados fueron comparados bajo las mismas condiciones de medida con el detector tipo cámara de ionización PTW PinPoint-IC; se utilizó esta cámara de ionización debido a su pequeño volumen sensible y por ende su alta resolución espacial en comparación con sus predecesoras las cámaras semiflex.

5.6.1.1 Porcentajes de dosis en profundidad (PDD)

Inicialmente se realizó la verificación de la dependencia en la dirección de medida del PDD. La figura 24 presenta el porcentaje de dosis en profundidad medido con el detector microDiamond en dirección descendente (puntos azules) y ascendente (círculos rojos).

6 PDD: del inglés Percent Deep Dose 7 OF: del ingles Output Factors

47

En la tabla 5 se presentan los resultados al realizar la comparación punto a punto de las medidas obtenidas para verificar la dependencia con la dirección de medida del PDD. Al comparar las medidas registradas en ambas direcciones se puede ver que en el intervalo de 0 a 2 mm de profundidad existe una mayor medida registrada para el PDD medido en dirección ascendente, pero una vez alcanzada una profundidad entre 3 y 5 mm, las medidas obtenidas para la dirección de medida descendente aumentan; la altura del capilar aumenta de tal forma que la cantidad de aire en la parte superior del detector es mayor (ver figura 26).

Tabla 5. Diferencia punto a punto en el estudio de la influencia de la dirección de medida del PDD

Profundidad [mm]

DOWN-UP UP-DOWN Diferencias Medida

[%Dosis] Desviación estándar

Medida [%Dosis]

Desviación estándar

0,0 51,0 0,2 56,9 0,3 5,9

1,0 51,5 0,2 57,3 0,3 5,8

2,0 62,4 0,4 57,5 0,1 -4,8

3,0 73,0 0,2 68,1 8,6 -5,0

5,5 88,3 0,3 88,3 0,2 0,0

Figura 24. Porcentaje de dosis en profundidad medido en dirección descendente (Puntos azules) y ascendente (círculos rojos).

48

Éstas diferencias obedecen a la influencia de la tensión superficial del agua la cual forma un capilar cuando se realiza la medición del PDD de forma descendente (ver

Figura 25. Diferencias punto a punto del porcentaje de dosis medido en dirección ascendente (puntos rojos) y descendente (puntos azules). Porcentajes de dosis registrados con el detector microDiamond.

Figura 26. Parte A: imagen de la formación del menisco producto de la tensión superficial del agua; medida realizada en dirección descendente. Parte B: Diagrama esquemático de la formación del menisco, vista sagital.

49

figura 26A). Al formarse el capilar se crea una zona de ausencia de agua, en la parte superior del detector, haciendo que la medida obtenida en ésta dirección sea menor que aquella registrada en dirección ascendente (ver figura 26B). En la figura 27 se muestran los porcentajes de dosis en profundidad medidos con el detector microDiamond (Figura 27a) y con la micro-cámara de ionización PinPoint-IC (Figura 27b). Se puede observar que la lectura en ambos detectores (Carga eléctrica recolectada) aumenta de manera concomitante con el tamaño del campo de radiación, dando como resultado que la medida registrada entre el tamaño de

campo más pequeño (0.5x0.5 𝑐𝑚2) y el tamaño de campo mayor (10x10 𝑐𝑚2) para ambos detectores tengan una diferencia de hasta un 10% de Dosis. Este resultado está en concordancia con lo reportado por la teoría y la literatura [12,14,22,21]; la carga recolectada aumenta con el tamaño de campo debido a que existe un mayor volumen de agua que puede dispersar la radiación y por ende una mayor contribución de la radiación dispersa. Por otra parte, es importante resaltar otra variable que puede influir en la contribución de dosis en profundidad es la calidad del haz de radiación; a medida que aumenta la calidad del haz los fotones tienden a dispersarse con la misma dirección de los fotones incidentes [21]. La figura 28 muestra las comparaciones de los porcentajes de dosis en profundidad medidos con ambos detectores, para cada tamaño de campo. Se aprecia un aumento en la diferencia de porcentaje de dosis registrado con ambos detectores y con el fin de presentar mucho mejor estas diferencias se analizan dos zonas importantes de los porcentajes de dosis en profundidad:

Figura 27. Porcentajes de dosis en profundidad para diferentes tamaños de campos medidos: Izquierda: microDiamond. Derecha: PinPoint-IC

50

Zona de equilibrio electrónico (CPE) : En la zona de equilibrio electrónico se puede apreciar una diferencia máxima de 17.8% de dosis para el tamaño de campo

0.5x0.5 𝑐𝑚2 (ver figura 28A), donde el detector microDiamond expresa una mayor medida que la cámara de ionización. A medida que aumenta el tamaño de campo esta diferencia disminuye considerablemente dando como resultado final que para

el tamaño de campo 10x10 𝑐𝑚2 se reduzca a 7.7% (ver figura 28F). Zona de transición (posterior a la zona CPE): A medida que aumenta el tamaño de campo y posterior a la zona de equilibrio electrónico se evidencia que la cámara de ionización presenta una mayor lectura que el detector microDiamond (Ver figuras 28A a 28F), dando como resultado que para el tamaño de campo mayor (10x10

𝑐𝑚2) esta diferencia alcance un máximo de 2% de dosis (ver figura 28F).

En la tabla 6 se presentan los resultados correspondientes a la ubicación en profundidad del máximo porcentaje de dosis, así como el porcentaje de dosis a la entrada, registrados por cada uno de los detectores.

Tabla 6. Resultados obtenidos al medir los porcentajes de dosis en profundidad para los detectores microDiamond y PinPoint-IC

Tamaño de

campo [𝑐𝑚2]

Profundidad del máximo

microDiamond [mm]

Profundidad del máximo

PinPoint-IC [mm]

%Dosis a la entrada

microDiamond

%Dosis a la entrada

PinPoint-IC %𝐷𝑀𝐷 − %𝐷𝑃𝑃

0,5x0,5 10,5 13 53,9 47,3 6,6

1x1 13 13 45 39,5 5,5

2x2 14,2 15,5 44 38,5 5,5

3x3 15 15,5 46,3 40,1 6,2

5x5 15,5 15,5 48,9 42 6,9

10x10 15,5 15,5 54,7 46,8 7,9

Se aprecia una diferencia de 0.35 mm en la ubicación en profundidad del máximo porcentaje de dosis para el tamaño de campo más pequeño. Con forme se aumenta el tamaño de campo la diferencia en la ubicación del máximo de dosis, registrada por ambos detectores, es la misma. Respecto al porcentaje de dosis en la entrada se evidencia una mayor lectura en el detector microDiamond, obteniéndose que

para un tamaño de 0.5x0.5 cm2 la diferencia de porcentaje de dosis sea del 6.6%,

sin embargo la mayor diferencia registrada se presenta en el tamaño 10𝑥10 𝑐𝑚2 con un 7.9%.

51

Figura 28. Comparación punto a punto de los porcentajes de dosis en profundidad para diferentes tamaños de campo.

52

5.6.1.2 Perfiles de dosis

Se registraron los perfiles de dosis conforme al montaje descrito en la metodología del capítulo 4. En esta sección presentamos los resultados teniendo en cuenta la variación tanto del tamaño del campo de radiación como la profundidad de medición de cada uno de ellos. Con el fin de presentar un análisis comparativo más detallado se enseñan las comparaciones punto a punto de los perfiles medidos por ambos detectores, en cada una de las direcciones del plano (“In Plane” Y “Cross Plane”).

Tamaño de campo 𝟎. 𝟓𝒙𝟎. 𝟓 𝒄𝒎𝟐

Este corresponde al tamaño de campo cuadrado más pequeño conformado por el sistema de mandíbulas (colimadores) y el cual requiere una mayor resolución espacial en la medida de cada punto representativo del perfil.

Perfil de dosis medido “In Plane”: En la figura 29 se muestran los perfiles de dosis “In Plane” medidos a cinco profundidades con el detector microDiamond (Figura 29a) y con la micro-cámara de ionización PinPoint-IC (Figura 29b). Se puede observar una alta estabilidad en la zona de umbra en los perfiles medidos por el detector microDiamond a comparación de aquellos registrados con la cámara de ionización los cuales presentan una baja razón señal a ruido en la zona de umbra producto de la sobre respuesta a la radiación dispersa.

Figura 29. Perfiles de dosis para un tamaño de campo 0.5x0.5 𝑐𝑚2 medido a diferentes profundidades. Izquierda: perfiles medidos con el detector microDiamond. Derecha: PinPoint-IC

53

La figura 31 muestra las comparaciones punto a punto para cada uno de los perfiles de dosis. Se puede observar que existe una diferencia apreciable del porcentaje de dosis medido por cada uno de los detectores de hasta un 11% en la zona donde empieza el campo de radiación. En las tablas 7 y 8 se presentan los resultados de la diferencia en porcentaje de dosis y los resultados de planicidad y simetría entre las medidas adquiridas por el detector microDiamond y aquellas registradas por la PinPoint-IC. El signo negativo expresado en la diferencia de dosis calculada entre las medidas obtenidas por la PinPoint-IC y el detector microDiamond, representan una mayor lectura del detector microDiamond en dicho punto de evaluación (ver ecuación (10)).

%𝑫𝑷𝑷 − %𝑫𝑴𝑫 = %𝑫𝑫𝒊𝒇𝒆𝒓𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 (𝟏𝟎)

Tabla 7. Resultados diferencia punto a punto perfil de dosis “in plane”. Campo de 0.5x0.5 𝑐𝑚2

Profundidad [mm] Diferencia máxima

[%Dosis] Punto en el perfil [mm]

Diferencia en el CAX [%Dosis]

15 10,4 -2,9 0,1

50 11 -2,5 0,3

100 11,1 -3,1 0,2

200 10,9 -3,4 0,4

300 11,2 -3,6 0,3

En la zona de umbra, a medida que aumenta la profundidad, aumenta la diferencia en el porcentaje de dosis debido a la sobre respuesta de la cámara de ionización, dicha diferencia alcanza un máximo de 5%. La figura 31A muestra el perfil medido a una profundidad de 15 mm donde se evidencia una diferencia máxima de 10.4% de dosis en la zona donde empieza el campo de radiación en el punto -2.9 mm. En la figura 31B, profundidad de 50 mm, se muestra una diferencia máxima de 11% en el punto -2.4 mm. En la figura 31C la cual pertenece al perfil medido en la profundidad de 100mm, existe una diferencia máxima de 11.1% en el punto -3.1 mm. Finalmente en las profundidades de 200 mm y 300 mm se exhiben diferencias de 10.9% y 11.2%, en los puntos -3.4 mm y -3.6 mm respectivamente.

54

Tabla 8. Resultados planicidad y simetría. microDiamond vs PinPoint-IC. IN PLANE

Detector Profundidad planicidad [%] simetría [%]

microDiamond

15 17,8 0,9

50 18,03 1,54

100 17,75 1,47

200 17,68 1,31

300 17,54 0,84

PinPoint-IC

15 17,75 1

50 17,46 1,51

100 17,69 0,78

200 17,86 1,78

300 18,04 1,43

Para este tamaño de campo se aprecia una baja planicidad en todos los perfiles registrados por ambos detectores; esto se debe a la perdida de equilibrio lateral de partículas cargadas (LCPE) y a la oclusión parcial de la salida del campo de radiación [7], (ver figura 30).

Existe un parámetro que determina cuantitativamente si un campo de radiación se puede considerar como pequeño; éste parámetro relaciona el tamaño mínimo de campo para el cual existe equilibrio lateral de partículas cargadas, definido como el “radio mínimo de un campo de fotones circular para el cual el kerma y la dosis absorbida en agua están relacionados mediante un factor constante” [7]:

Figura 30. Diagrama esquemático del efecto de oclusión del haz de radiación producto de la colimación en un campo pequeño. Imagen tomada de [7].

55

Cuantitativamente, mediante simulaciones Monte Carlo [8], se ha obtenido la relación:

𝑟𝐿𝐶𝑃𝐸 = 8.369 ∗ 𝑇𝑃𝑅20,10(10) − 4.382 (11)

Donde 𝑇𝑃𝑅20,10(10) corresponde cuantitativamente con la calidad del haz de

radiación, en nuestro caso 0.67, y 8.369, 4.382 las contantes de proporcionalidad producto del ajuste de la simulación. Si tenemos en cuenta el valor correspondiente a la calidad del haz para nuestro caso, entonces, podemos calcular el radio mínimo para el cual aún podemos considerar la existencia de equilibrio electrónico lateral.

𝑟𝐿𝐶𝑃𝐸 = 8.369 ∗ (0.67) − 4.382 = 1.23 [𝑐𝑚] (12)

Como en nuestro caso utilizamos campos cuadrados debemos hallar el equivalente cuadrado para el campo circular calculado en la ecuación (11) [21]:

𝑎 = 𝑟𝐿𝐶𝑃𝐸√𝜋 = 1.23 𝑐𝑚 ∗ √𝜋 = 2.18 [𝑐𝑚] (13)

Entonces, para nuestro caso, el tamaño mínimo de campo para el cual aún tenemos equilibrio lateral de partículas cargadas corresponde a 2.18 [cm], lo cual indica que todo campo cuyo tamaño sea inferior a éste valor es considerado como pequeño. Éste resultado conlleva a considerar como campos pequeños a los tamaños

0.5𝑥0.5, 1𝑥1 𝑦 2𝑥2 𝑐𝑚2, debido al LCPE estos tamaños de campo presentan una pérdida considerable de la planicidad; esto explica la falta de planicidad presentada

por éste tamaño de campo (0.5x0.5 𝑐𝑚2) . Por otro lado, el análisis de simetría es muy favorable para ambos detectores, siendo mucho más simétricos aquellos perfiles registrados con el detector microDiamond.

56


tamaño de campo 0.5𝑥0.5 𝑐𝑚2.

57

Perfil de dosis medido “Cross Plane”: En la figura 32 se enseñan los perfiles de dosis “Cross Plane” medidos a cinco profundidades con el detector microDiamond (Figura 32a) y con la micro-cámara de ionización PinPoint-IC (Figura 32b).

A diferencia de los perfiles medidos “In Plane” en este caso se observa un defecto en la zona de umbra por parte del detector PinPoint-IC; este efecto obedece a una serie de fenómenos ya descritos en la literatura: efecto del pequeño volumen de recolección, tallo e irradiación del cable, contaminación por materiales de alto Z que constituyen los electrodos y anillos de guarda, efectos de polaridad, entre otros [24-27]. En la tabla 9 de presentan los resultados de la diferencia en porcentaje de dosis entre las medidas adquiridas por el detector microDiamond y aquellas registradas por la PinPoint-IC.

Tabla 9. Resultados diferencia punto a punto perfil de dosis Cross plane.

Campo 0.5x0.5 𝑐𝑚2

Profundidad [mm]

Diferencia máxima (Zona negativa)

Diferencia máxima (Zona positiva)

Diferencia máxima proximidad al CAX Diferencia

en el CAX [%Dosis]

%Dosis Punto en el perfil [mm]



15 12,1 -4,5 15,8 4,2 -9,3 -2,0 0,2

50 11 -4,6 14,9 4,3 -9,1 -1,9 0,2

100 9,4 -4,9 15,7 4,4 -11,1 -2,2 0,3

200 8,9 -6,1 14,2 5,3 -9,6 -2,5 0,1

300 9,3 -7,2 7,7 7,3 -8,2 -2,7 0,4

Figura 32. Perfiles de dosis “Cross Plane” para un tamaño de campo 0.5x0.5 𝑐𝑚2 medido a diferentes profundidades. Izquierda: perfiles medidos con el detector microDiamond. Derecha:

PinPoint-IC.

58

La figura 33 muestra las comparaciones punto a punto para cada uno de los perfiles de dosis: En este caso se pueden observar diferencias apreciables en cada uno de los puntos del perfil en la zona activa del campo, dando como resultado una diferencia máxima en porcentaje de dosis de hasta un 15.8%, en los cuales existe una mayor medida de la PinPoint-IC. Cerca del eje central (CAX) dicha diferencia disminuye apreciablemente llegando a ser mínima justo en el eje central. En la tabla 10 se presentan los resultados correspondientes al análisis de planicidad y simetría.

Tabla 10. Resultados planicidad y simetría. microDiamond vs PinPoint-IC. CROSS PLANE


microDiamond

15 15,23 1,56

50 14,92 0,92

100 15,05 1,56

200 15,44 1,29

300 15,34 2,49

PinPoint-IC

15 18,17 0,85

50 18,32 1,49

100 18,36 0,99

200 17,9 1,24

300 17,85 1,89

En éste caso, perfiles registrados Cross plane, se aprecia al igual que en los perfiles presentados anteriormente (“In Plane”) una baja planicidad y una baja simetría para ambos detectores, donde el detector microDiamond llega a un porcentaje máximo de simetría del 2.49% en la profundidad de 300 mm.

59


profundidades, para un tamaño de campo 0.5𝑥0.5 𝑐𝑚2.

60

En las proximidades del eje central la microDiamond presenta una mayor medida que la micro-cámara de ionización; a medida que aumenta la profundidad de medida éstas diferencias registradas se hacen más evidentes (ver figuras 33A a 33E). Finalmente, en las tablas 11 y 12 se muestran los resultados obtenidos al comparar el tamaño de campo geométrico y dosimétrico a diferentes profundidades para ambos perfiles (“In Plane” y Cross Plane”) medidos con ambos detectores.

Tabla 11. Comparación del tamaño de campo geométrico y dosimétrico, obtenidos con ambos

detectores. "IN PLANE". 0.5x0.5 𝑐𝑚2

Profundidad [cm]

Tamaño de campo

(Geométrico) [cm]

Tamaño de campo

(Dosimétrico). Detector

microDiamond. [cm]

Diferencia respecto al

tamaño geométrico

[%]. Detector: microDiamond

Tamaño de campo


PinPoint-IC. [cm]


tamaño geométrico

[%]. Detector:

PinPoint-IC

Diferencia porcentual

entre el tamaño de

campo obtenido

por ambos detectores

[%]

1,5 0,51 0,48 5,42 0,54 6,02 11,11

5 0,53 0,50 4,76 0,56 6,25 10,71

10 0,55 0,53 3,64 0,59 6,78 10,17

20 0,60 0,58 3,33 0,65 7,69 10,77

30 0,65 0,63 3,08 0,72 9,72 12,50


detectores. "CROSS PLANE". 0.5x0.5 𝑐𝑚2

Profundidad [cm]

Tamaño de campo

(Geométrico) [cm]

Tamaño de campo


microDiamond. [cm]


tamaño geométrico


Tamaño de campo


PinPoint-IC. [cm]


tamaño geométrico

Detector PinPoint-IC

[%]


entre el tamaño de

campo obtenido


[%]

1,5 0,51 0,63 19,44 0,68 25,37 7,35

5 0,53 0,66 20,45 0,70 25,00 5,71

10 0,55 0,69 20,29 0,74 25,68 6,76

20 0,60 0,76 21,05 0,81 25,93 6,17

30 0,65 0,82 20,73 0,87 25,29 5,75

Al comparar el tamaño de campo en dirección “In plane”, medido con el detector microDiamond, se aprecia una deferencia máxima del 5.42% en la profundidad de 1.5 cm; cuando aumenta la profundidad de medida la diferencia entre el tamaño

61

geométrico y el dosimétrico disminuye llegando a un 3.08%. En dirección “Cross plane” se aprecia una diferencia máxima del 20.73% a una profundidad de 30 cm; en esta dirección cuando aumenta la profundidad de medida dicha diferencia entre el valor geométrico y dosimétrico del campo aumenta. Para las medidas realizadas con la micro-cámara de ionización se evidencia, en dirección in plane, una diferencia máxima del 9.72% respecto al tamaño de campo geométrico a una profundidad de 30 cm. En dirección Cross plane se estima una diferencia máxima de 25.93% respecto al tamaño de campo geométrico a una profundidad de 20 cm. Confrontando las medidas obtenidas para el tamaño de campo con ambos detectores, se puede observar una discrepancia máxima de 12.5% en dirección “in plane” y 7.35% en dirección “Cross plane”.

Tamaño de campo 𝟏𝐱𝟏 𝐜𝐦𝟐

El tamaño de campo de campo pequeño más estudiado en la literatura científica es

el de 1x1 𝑐𝑚2. A continuación, se presentan los resultados obtenidos al realizar las medidas de los perfiles de este tamaño de campo a diferentes profundidades, con ambos detectores.

Perfil de dosis medido “In Plane”: En la figura 34 se exponen los perfiles de dosis “In Plane” medidos a cinco profundidades con el detector microDiamond (Figura 34 izquierda) y con la micro-cámara de ionización PinPoint-IC (Figura 34 derecha).

Al igual que para el tamaño de campo 0.5𝑥0.5 𝑐𝑚2 se puede observar una alta estabilidad en la zona de umbra en los perfiles medidos por el detector microDiamond en comparación de aquellos registrados con la PinPoint-IC.

Figura 34. Perfiles de dosis para un tamaño de campo 1x1 𝑐𝑚2,In plane, medido a diferentes profundidades. Izquierda: perfiles medidos con el detector microDiamond. Derecha: PinPoint-IC

62

La figura 35 presenta las comparaciones punto a punto para cada uno de los perfiles de dosis medidos; en las tablas 13 y 14 se resumen los resultados de la diferencia en porcentaje de dosis y la evaluación de planicidad y simetría, entre las medidas adquiridas por el detector microDiamond y aquellas registradas por la PinPoint-IC.

Tabla 13. Resultados diferencia punto a punto perfil de dosis In plane.

Campo 1x1 𝑐𝑚2

Profundidad [mm]




en el CAX [%Dosis] %Dosis

Punto en el perfil [mm]



15 3,8 -5,4 -6,2 4,2 -3,6 2,7 -0,2

50 4,6 -5,6 -5,4 4,9 -1,9 2,3 0,1

100 4,6 -5,8 -5,4 4,6 -3 2,9 -0,2

200 3,8 -8,8 -4,8 5,0 -2,2 2,6 0

300 5,6 -8,2 -6,7 4,8 -1,4 2,2 0,1

La diferencia máxima encontrada equivale a un 6.7% en el punto 4.8 mm a una profundidad de 300 mm; en este punto el detector microDiamond presenta una mayor medida que la PinPoint-IC. Sin embargo, las diferencias punto a punto no son tan grandes comparadas con aquellas registradas para el tamaño de campo

más pequeño (0.5x0.5 𝑐𝑚2) las cuales alcanzan hasta un 11.1%. En la zona del eje central las diferencias de porcentaje de dosis entre ambos detectores son despreciables. La zona de umbra hacia la profundidad máxima se aprecia una discrepancia de un 5% dando como resultado una mayor medida registrada por la cámara de ionización. Para ambos detectores se aprecia una alta simetría en los perfiles registrados, sin embargo, el resultado de planicidad arrojado para éste tamaño de campo a pesar de ser mucho mejor que aquel presentando para los

perfiles de 0.5x0.5 𝑐𝑚2, sigue siendo muy bajo.

Tabla 14. Resultados planicidad y simetría, microDiamond vs PinPoint-IC, IN PLANE. Campo

1x1 𝑐𝑚2


microDiamond

15 12,4 0,8

50 13,2 1,0

100 13,0 0,9

200 13,5 1,5

300 13,7 1,4

PinPoint-IC

15 14,1 0,9

50 14,0 0,7

100 14,0 0,7

200 14,3 0,6

300 14,9 2,0

63

Figura 35. Comparación punto a punto de los perfiles de dosis a diferentes profundidades, para un tamaño de campo 1x1𝑐𝑚2.

64

Perfil de dosis medido “Cross Plane”: En la figura 36 se ilustran los perfiles de dosis “Cross Plane” medidos a cinco profundidades con el detector microDiamond (Figura 36 izquierda) y con la micro-cámara de ionización PinPoint-IC (Figura 36 derecha).

Al igual que los perfiles presentados en el análisis realizado para el tamaño de

campo 0.5x0.5 𝑐𝑚2, se evidencia el defecto ocasionado por los efectos descritos: tallo e irradiación parcial del volumen sensible de la cámara, efectos de polaridad. Sin embargo, se puede apreciar que dicho defecto es menos visible en comparación con el campo más pequeño (ver figuras 36 y 32). En las tablas 15 y 16 se muestran los resultados de la diferencia en porcentaje de dosis y los resultados de la evaluación correspondientes a la planicidad y simetría entre las medidas adquiridas por el detector microDiamond y aquellas registradas por la PinPoint-IC.

Tabla 15. Resultados diferencia punto a punto perfil de dosis Cross plane campo 1x1cm2

profundidad [mm]








15 -11,6 -4,0 -13,3 4,1 -5,5 2,5 -0,1

50 -10,8 -4,2 -12,9 4,1 -5,6 2,6 0

100 -10,4 -4,5 -11,6 4,8 -3,8 2,6 0

200 -9,4 -5,0 -10,4 5,2 -2,7 2,8 0

300 -8 -5,4 -8,3 5,6 -0,6 2,3 0

Figura 36. Perfiles de dosis para un tamaño de campo 1x1 𝑐𝑚2,Cross plane medido a diferentes profundidades. Izquierda: perfiles medidos con el detector microDiamond. Derecha: PinPoint-IC

65

Las comparaciones punto a punto para cada uno de los perfiles de dosis se presentan en la figura 37; se aprecian diferencias en cada uno de los puntos del perfil ubicados en la zona activa del campo, dando como resultado una diferencia máxima en porcentaje de dosis de hasta un 13.3%, en los cuales existe una mayor medida del detector microDiamond. Cerca del eje central (CAX) dicha diferencia disminuye apreciablemente llegando a ser cero.

Tabla 16. Resultados planicidad y simetría, microDiamond vs PinPoint-IC, Cross Plane


microDiamond

15,0 10,6 1,1

50,0 10,9 1,0

100,0 10,9 0,8

200,0 11,0 1,2

300,0 11,5 1,7

PinPoint-IC

15,0 15,7 1,0

50,0 15,7 1,1

100,0 15,4 1,1

200,0 15,1 0,7

300,0 14,9 1,5

Por otra parte, de la tabla 16 se puede apreciar una alta simetría en los perfiles registrados por ambos detectores, sin embargo, el análisis de planicidad sugiere una baja planicidad dando como resultado que los perfiles registrados por el detector microDiamond presenten mayor planicidad que aquellos registrados por la PinPoint-IC; el perfil obtenido a una profundidad de 15 mm posee un resultado de 10.6% y 15.7% para el detector microDiamond y PinPoint-IC respectivamente, obteniéndose una diferencia de 5.1% entre ambos registros.

Finalmente, las tablas 17 y 18 muestran los resultados de la comparación del tamaño de campo calculado geométricamente y dosimétrico medido en cada perfil bajo las configuraciones “In plane” y “Cross plane”.

66


profundidades, para un tamaño de campo 1𝑥1 𝑐𝑚2.

67


detectores. "IN PLANE". campo 1x1 cm2.

Profundidad [cm]

Tamaño de campo

(Geométrico) [cm]

Tamaño de campo


microDiamond. [cm]


tamaño geométrico


Tamaño de campo


PinPoint-IC. [cm]


tamaño geométrico

[%]. Detector

PinPoint-IC


entre el tamaño de

campo obtenido


[%]

1,5 1,02 1,00 1,48 0,99 2,46 1,00

5 1,05 1,04 0,95 1,03 1,90 0,96

10 1,10 1,09 0,64 1,09 0,91 0,27

20 1,20 1,21 0,83 1,19 0,83 1,65

30 1,30 1,31 0,77 1,31 0,77 0,00 Tabla 18. Comparación del tamaño de campo geométrico y dosimétrico, obtenido con ambos

detectores. "CROSS PLANE". campo 1x1 cm2.

Profundidad [cm]

Tamaño de campo

(Geométrico) [cm]

Tamaño de campo


microDiamond. [cm]


tamaño geométrico


Tamaño de campo


PinPoint-IC. [cm]


tamaño geométrico

[%]. Detector

PinPoint-IC


entre el tamaño de

campo obtenido


[%]

1,5 1,02 1,10 7,73 1,09 7,59 0,73

5 1,05 1,15 8,70 1,14 8,10 1,30

10 1,10 1,20 8,33 1,19 8,27 0,75

20 1,20 1,32 9,09 1,31 8,83 1,06

30 1,30 1,40 7,14 1,43 9,62 1,79

El tamaño de campo en dirección “In plane”, medido con el detector microDiamond, se aprecia una deferencia máxima del 1.48% a la profundidad de 1.5 cm; a mayor profundidad el valor para el tamaño de campo medido es más cercano al calculado, sin embargo, la diferencia es mínima (0.64%) en la profundidad de 10 cm. En orientación “Cross plane” se aprecia una diferencia máxima del 1.4% a una profundidad de 30 cm. Para las medidas realizadas con la micro-cámara de ionización se evidencia, en dirección in plane, una diferencia máxima del 2.46% respecto al tamaño de campo geométrico a una profundidad de 1.5 cm. En dirección Cross plane se estima una diferencia máxima de 9.62% respecto al tamaño de campo geométrico a una profundidad de 30 cm. Confrontando las medidas obtenidas para el tamaño de campo con ambos detectores, se puede observar una diferencia máxima de 1.65% en dirección “in plane” y 1.79% en dirección “Cross plane”.

68

Tamaño de campo 𝟐𝐱𝟐 𝐜𝐦𝟐

El siguiente tamaño estudiado y que se encuentra en el régimen de campos

pequeños es el campo de 2x2 cm2. Se presentan los resultados obtenidos luego de realizar la medida de los perfiles de dosis a diferentes profundidades para este tamaño de campo.


La figura 39 presenta las comparaciones punto a punto para cada uno de los perfiles de dosis medidos; en las tablas 19 y 20 se resumen los resultados de la diferencia en porcentaje de dosis, así como el análisis de planicidad y simetría entre las medidas adquiridas por el detector microDiamond y aquellas registradas por la PinPoint-IC.

Tabla 19. Resultados diferencia punto a punto perfil de dosis in plane campo 2x2 cm2

Profundidad [mm]








15 -4,4 -9,1 -7,6 9,2 -0,5 2,1 0

50 -4,1 -8,7 -7,5 9,6 0,2 2,2 0,2

100 -3,6 -9,1 -6,6 10,0 -0,6 2,3 0

200 -3,9 -10,0 -5,8 10,9 -0,2 2,3 0,3

300 4,2 -30,0 4,1 22,3 2,4 -2,3 0,1

Figura 38. Perfiles de dosis para un tamaño de campo 2x2 𝑐𝑚2 medido a diferentes profundidades. Izquierda: perfiles medidos con el detector microDiamond. Derecha: PinPoint-IC

69

La diferencia máxima encontrada corresponde a un 7.6% en el punto 9.2 mm a una profundidad de 15 mm; a medida que aumenta la profundidad de medición las diferencias en el perfil disminuyen donde el valor mínimo registrado es 3.6% en el punto -9.1 a una profundidad de 100 mm.


cm2


microDiamond

15 6,28 0,65

50 6,69 0,59

100 6,95 0,86

200 6,82 1,07

300 7,83 1,49

PinPoint-IC

15 7,55 0,46

50 7,98 0,78

100 7,88 1,08

200 8,42 0,94

300 8,77 1,13

De la tabla anterior se puede apreciar una alta simetría en los perfiles registrados por ambos detectores, donde el detector microDiamond arroja una menor simetría en la profundidad mayor donde la contribución de fotones dispersos es mucho mayor, comportamiento que también demuestra la PinPoint-IC. Asimismo, en

comparación con los perfiles analizados anteriormente (0.5𝑥0.5 𝑐𝑚2, 1𝑥1 𝑐𝑚2) para este tamaño de campo los perfiles demuestran una mayor planicidad.

70

Figura 39. Comparación punto a punto de los perfiles de dosis “In Plane” a diferentes


71

Perfil de dosis medido “Cross Plane”: En la figura 40 se ilustran los perfiles de dosis “Cross Plane” medidos a cinco profundidades con el detector microDiamond (Figura 40 izquierda) y con la micro-cámara de ionización PinPoint-IC (Figura 40 derecha).

Para este tamaño de campo se evidencia una asimetría en el perfil medido por la micro-cámara de ionización a una profundidad de 15 mm (ver figura 41). Cuando aumenta la profundidad de medida esta diferencia en la simetría del perfil disminuye considerablemente.


Figura 41. Defecto en la simetría del perfil registrado por la micro-cámara de ionización a una

profundidad de 15 mm. Campo 2x2 𝑐𝑚2.

72

La línea negra indica el eje central del campo (eje de simetría) del perfil mostrado. Esta falta de simetría se asocia con alguna anomalía presentada justo en el momento de realizar la medición para éste tamaño de campo; no es posible adjudicar un problema del detector pues al no presentarse de forma sistemática en los demás tamaños de campo, su origen puede darse en cualquier variable que influencie la medida.

Los resultados de la diferencia en porcentaje de dosis y el análisis de planicidad y simetría entre las medidas adquiridas por el detector microDiamond y aquellas registradas por la PinPoint-IC, se presentan en las tablas 21 y 22. En este tamaño de campo se puede ver que el defecto descrito en el análisis realizado para el tamaño de campo 0.5x0.5 cm2, en el perfil de dosis Cross plane, es casi imperceptible (ver figura 40). Por otra parte, al revisar las diferencias punto a punto se observa una diferencia máxima de un 16.9% en el punto -11.1 a una profundidad de 15 mm (ver figura 42A). Sin embargo, en la zona del eje central ambos detectores presentan medidas muy similares con una diferencia máxima de -0.3% en la profundidad de 300 mm (ver figura 42E).


2x2 𝑐𝑚2


microDiamond

15 5,24 1,33

50 5,52 1,01

100 5,88 1,38

200 5,79 1,17

300 5,81 2,5

PinPoint-IC

15 9,7 1,71

50 9,9 1,73

100 7,71 1,47

200 8,85 1,51

300 9,04 1,77

Tabla 21. Resultados diferencia punto a punto perfil de dosis “Cross plane” campo

2x2 𝑐𝑚2

profundidad [mm]








15 16,9 -11,1 -11,1 9,3 0,5 2,3 0

50 15,7 -12,0 -10,7 9,5 -1,4 2,2 0,1

100 15,1 -12,6 9,4 12,7 -1,4 2,2 -0,2

200 13,4 -13,9 8,2 13,7 -0,5 2,3 -0,2

300 12,4 -15,0 8,9 14,8 0,2 2,5 -0,3

73



74

Finalmente, en las tablas 23 y 24 se muestran los resultados correspondientes a las comparaciones entre el tamaño de campo geométrico y el medido por ambos detectores. Para el perfil de dosis In plane se aprecia una diferencia máxima de 2.59% para el detector microDiamond y un 3% para el detector PinPoint-IC; a medida que aumenta la profundidad de medida la diferencia porcentual entre el tamaño de campo calculado y el medido para ambos detectores disminuye, siendo mucho menor el error presentado por la microDiamond. Por otra parte, para el perfil de dosis Cross plane la diferencia máxima presentada por el detector microDiamond es 2.67% y 5% para la micro-cámara de ionización; en esta dirección de medida cuando aumenta la profundidad de censado la diferencia registrada para ambos detectores entre el tamaño de campo calculado y medido aumenta.


detectores. "IN PLANE" campo 2x2 cm2.

Profundidad [cm]

Tamaño de campo

(Geométrico) [cm]

Tamaño de campo


microDiamond. [cm]


tamaño geométrico


Tamaño de campo


PinPoint-IC. [cm]


tamaño geométrico

[%]. Detector

PinPoint-IC


entre el tamaño de

campo obtenido


[%]

1,5 2,03 2,00 1,48 1,97 3,00 1,55

5 2,10 2,08 0,95 2,04 2,86 1,92

10 2,20 2,18 0,91 2,14 2,73 1,83

20 2,40 2,39 0,42 2,35 2,08 1,67


detectores. "CROSS PLANE" campo 2x2 cm2.

Profundidad [cm]

Tamaño de campo

(Geométrico) [cm]

Tamaño de campo


microDiamond. [cm]


tamaño geométrico


Tamaño de campo


PinPoint-IC. [cm]


tamaño geométrico

[%]. Detector

PinPoint-IC


entre el tamaño de

campo obtenido


[%]

1,5 2,03 2,07 1,93 2,11 3,94 1,93

5 2,10 2,14 1,87 2,19 4,29 2,34

10 2,20 2,25 2,22 2,30 4,55 2,22

20 2,40 2,46 2,44 2,51 4,58 2,03

30 2,60 2,67 2,62 2,73 5,00 2,25

75

Tamaño de campo 𝟑𝐱𝟑 𝐜𝐦𝟐

La línea que divide el límite entre los tamaños de campo grande y pequeños, en

radioterapia de haces externos, corresponde al tamaño de 3x3 cm2. A continuación, se muestran los resultados obtenidos al registrar las medidas de los perfiles dosis a diferentes profundidades.


La figura 44 muestra las comparaciones punto a punto para cada uno de los perfiles de dosis medidos; en las tablas 25 y 26 se sintetizan los resultados de la diferencia en porcentaje de dosis y el análisis de planicidad y simetría, entre las medidas adquiridas por el detector microDiamond y aquellas registradas por la PinPoint-IC.


Profundidad [mm]








15 2,4 -17,1 -2,8 14,4 0,2 -2,4 0,1

50 2,6 -17,7 -2,5 13,8 0,2 -2,4 -0,2

100 3,3 -17,4 -2,3 15,0 -0,2 -2,5 0,3

200 3,8 -20,2 3,4 20,6 0,5 3,2 -0,1

300 4,8 -22,5 4,8 23,7 0,9 -2,3 -0,5


76

La diferencia máxima apreciada corresponde a 4.8% en el punto 23.7 mm para la profundidad de 300 mm (ver figura 44E); en esta profundidad la micro-cámara de ionización responde mucho más a la radiación dispersa a diferencia de la microDiamond; esto se debe a que en dicha profundidad las fluctuaciones locales del campo de radiación debido a la contribución de radiación dispersa es mucho mayor que a bajas profundidades, dando como resultado que el detector microDiamond debido a su alta resolución espacial en comparación con la PinPoint-IC sea capaz de registrarlas generando una señal con mayores fluctuaciones. Sin embargo, en comparación con los estudios punto a punto de los campos anteriores se puede ver como se reduce la diferencia en porcentaje de dosis registrada por ambos detectores.


cm2


microDiamond

15 3,38 0,7

50 3,69 0,81

100 4,07 0,98

200 4,06 1,21

300 4,4 1,7

PinPoint-IC

15 3,9 0,64

50 4,28 0,46

100 4,45 0,58

200 4,64 0,94

300 4,94 1,11

Para éste tamaño de campo el análisis de simetría arrojado para los perfiles

registrados por ambos detectores se encuentra que es mucho mejor en

comparación con los tamaños de campo estudiados anteriormente; esto se debe

principalmente a que para éste tamaño de campo se ha recuperado el equilibrio

lateral de partículas cargadas y ya no existe los problemas correspondientes a la

oclusión parcial del campo de radiación, producto de la extrema colimación [7,8].

Asimismo, a pesar de que éste tamaño de campo ya no es considerado como

pequeño, la planicidad reportada por los perfiles aún se encuentra en un porcentaje

muy alto lo cual indica una baja planicidad, sin embargo, en comparación con los

perfiles correspondientes a los tamaños anteriores, la planicidad, para éste tamaño

de campo es mucho mejor.

77


para un tamaño de campo 3𝑥3 𝑐𝑚2.

78

Perfil de dosis medido “Cross Plane”: En la figura 45 se ilustran los perfiles de dosis “Cross Plane” medidos a cinco profundidades con el detector microDiamond (Figura 45 izquierda) y con la micro-cámara de ionización PinPoint-IC (Figura 45 derecha)

Los resultados de la diferencia en porcentaje de dosis y los resultados obtenidos al calcular la planicidad y simetría entre las medidas adquiridas por el detector microDiamond y aquellas registradas por la PinPoint-IC, se presentan en las tablas 27 y 28.


Profundidad [mm]








15 11,4 -17,2 -15,4 14,8 -0,5 -2,5 0

50 9,8 -17,8 -13,1 14,7 -0,6 2,6 0,1

100 9,1 -18,8 -11,7 15,8 0,8 2,6 0,6

200 7,6 -20,0 -10,3 17,1 0,4 -2,6 0,1

300 -8,2 -18,4 -8,4 18,6 1,2 -2,2 0

La diferencia máxima en porcentaje de dosis se evidencia en el punto 14.8 mm, a una profundidad de 15 mm con un valor de -15.4% (ver figura 46A); como se especificó en el análisis del tamaño de campo 0.5x0.5 el signo negativo presente en la diferencia en porcentaje de dosis indica una mayor lectura del detecto microDiamond. Cerca al eje central como se ha venido registrando las diferencias son mínimas; en el eje central del campo estas diferencias son casi cero (ver figuras


79

46A a 46E). La figura 46 muestra las diferencias punto a punto discutidas en la tabla anterior.

Tablas 28. Resultados planicidad y simetría. microDiamond vs PinPoint-IC. CROSS PLANE

campo 3x3 cm2


microDiamond

15 2,69 0,91

50 3,57 0,96

100 3,47 1,02

200 3,67 1,56

300 5,55 1,75

PinPoint-IC

15 5,65 1,97

50 5,92 1,64

100 6,17 1,94

200 5,65 1,66

300 5,40 1,68

Según la tabla anterior se puede observar una alta simetría en los perfiles obtenidos con ambos detectores a diferentes profundidades, sin embargo, todos los resultados se encuentran dentro de los márgenes de tolerancia establecidos. La menor simetría reportada por el detector microDiamond se presentan en la profundidad máxima (300 mm), comportamiento que también se pudo apreciar en el análisis hecho en los tamaños de campo anteriormente estudiados. Por otra parte, la micro-cámara de ionización presenta una menor simetría en el perfil obtenido a la profundidad menor (15 mm). Asimismo, la planicidad de los perfiles reportados siguen estando fuera de los márgenes de tolerancia; los perfiles registrados por el detector microDiamond exponen una mayor simetría que aquellos reportados por la PinPoint-IC.

80

Figura 46. Comparación punto a punto de los perfiles de dosis “Cross Plane” a diferentes profundidades,

para un tamaño de campo 3𝑥3 𝑐𝑚2.

81

Las tablas 29 y 30, presentan la influencia de la profundidad de medida en la determinación dosimétrica del tamaño de campo; con el fin de poder comparar el tamaño de campo obtenido a partir del estudio del perfil de dosis, se realiza la comparación de éste respecto al tamaño de campo geométrico.


detectores. "IN PLANE" campo 3x3 cm2.

Profundidad [cm]

Tamaño de campo

(Geométrico) [cm]

Tamaño de campo


microDiamond. [cm]


tamaño geométrico


Tamaño de campo


PinPoint-IC. [cm]


tamaño geométrico

[%]. Detector

PinPoint-IC


entre el tamaño de

campo obtenido


[%]

1,5 3,05 3,02 0,82 3,01 1,15 0,33

5 3,15 3,12 0,95 3,12 0,95 0,00

10 3,30 3,28 0,61 3,28 0,61 0,00

20 3,60 3,58 0,56 3,59 0,28 0,28


detectores. "CROSS PLANE" campo 3x3 cm2.

Profundidad [cm]

Tamaño de campo

(Geométrico) [cm]

Tamaño de campo


microDiamond. [cm]


tamaño geométrico


Tamaño de campo


PinPoint-IC. [cm]


tamaño geométrico

[%]. Detector

PinPoint-IC


entre el tamaño de

campo obtenido


[%]

1,5 3,05 3,16 3,64 3,14 3,12 0,63

5 3,15 3,27 3,67 3,26 3,49 0,31

10 3,30 3,43 3,79 3,43 3,94 0,00

20 3,60 3,74 3,74 3,75 4,17 0,27

30 3,90 4,01 2,74 4,08 4,62 1,75

Para el perfil de dosis In plane se aprecia una diferencia máxima de 0.95% para el detector microDiamond y 1.15% para el detector PinPoint-IC; a medida que aumenta la profundidad de medida la diferencia porcentual entre el tamaño de campo calculado y el medido para ambos detectores disminuye, siendo mucho menor el error presentado por la PinPoint-IC. Asimismo, para el perfil de dosis Cross plane la diferencia máxima presentada por el detector microDiamond es 3.79% y 4.62% para la micro-cámara de ionización.

82

Tamaño de campo 𝟓𝐱𝟓 𝐜𝐦𝟐

Después de revisar los perfiles de dosis para tamaños de campo inferiores e iguales

a 3x3 𝑐𝑚2 se estudia el comportamiento de ambos detectores para dos tamaños de campo, mediano y estándar, según los protocolos internacionales; el campo de

tamaño mediano que se estudia a continuación es el de 5x5 𝑐𝑚2.

Perfil de dosis medido “In Plane”: En la figura 47 se exponen los perfiles de dosis “In Plane” medidos a cinco profundidades con el detector microDiamond (Figura 47 izquierda) y con la micro-cámara de ionización PinPoint-IC (Figura 47 derecha)

En la figura 48 están las comparaciones punto a punto para cada uno de los perfiles de dosis medidos; las tablas 31 y 32 contienen los resultados de la diferencia en porcentaje de dosis y el análisis de planicidad y simetría, entre las medidas adquiridas por el detector microDiamond y aquellas registradas por la PinPoint-IC.


Profundidad [mm]








15 -5,5 -24,2 -6,9 25,0 0,5 2,7 -0,2

50 -4,7 -25,0 -6,1 25,3 0,2 2,7 0

100 -4,5 -26,2 -6 27,7 0,7 2,4 -0,3

200 -3,6 -28,6 -4,6 29,0 1,5 -2,8 -0,3

300 4,9 -35,5 4,9 47,0 -0,7 -2,3 0,1

Figura 47. Perfiles de dosis para un tamaño de campo 5x5 𝑐𝑚2 medido a diferentes profundidades. Izquierda: perfiles medidos con el detector microDiamond. Derecha: PinPoint-IC.

83

Se presenta una máxima diferencia correspondiente a -6.9% en el punto 25 mm en la profundidad de 15 mm (ver figura 48A); en esta profundidad la micro-cámara de ionización presenta una menor medida que el detector microDiamond 60019. La figura 48 muestra las comparaciones punto a punto para este tamaño de campo; en ambos detectores es posible ver cómo al aumentar el tamaño de campo crece la cantidad de radiación dispersa en el volumen de agua [21], lo cual conlleva a un mayor registro de carga recolectada a mayores profundidades por ambos detectores (ver figuras 47 y 48E).


𝑐𝑚2


microDiamond

15 1,47 0,78

50 2,15 0,90

100 2,48 0,86

200 2,64 1,24

300 2,73 2,23

PinPoint-IC

15 1,51 0,54

50 2,22 0,66

100 2,55 0,59

200 2,74 0,93

300 3,22 1,09

Al revisar la tabla anterior se puede apreciar que todos los perfiles registrados por

los detectores, muestran una alta simetría; la mayor simetría encontrada para los

perfiles medidos por ambos detectores se presenta en la profundidad

correspondiente a 15 mm, es decir, a la profundidad del máximo de dosis, siendo

mayor la simetría reportada por la PinPoint-IC (0.54%). Para los resultados del

estudio de la planicidad de los perfiles, se puede apreciar que todos poseen una

alta planicidad en comparación con los resultados conseguidos para los tamaños

de campo anteriormente estudiados (Tamaños inferiores e iguales a 3𝑥3 𝑐𝑚2); sin

embargo el perfil registrado por la PinPoint-IC en la profundidad máxima (300 mm)

encuentra un 3.22% .

84

Figura 48. Comparación punto a punto de los perfiles de dosis “In Plane” a diferentes profundidades, para un

tamaño de campo 5𝑥5 𝑐𝑚2.

85

Con el fin de revisar la estabilidad de la señal registrada por los detectores en la zona activa del campo (Plató) en la figura 49 se muestra la señal registrada por el detector microDiamond y la micro-cámara de ionización, en dicha zona de interés. Un parámetro utilizado para verificar la calidad de una señal es el exceso de señal (SE “Signal Excess”), el cual viene definido por la ecuación (14):

𝑆𝐸 =𝑀𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 − 𝑀𝑃𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜

𝜎 (14)

Según la definición anterior, una medida al interior de un conjunto de n datos registrados se considera como exceso de señal cuando el factor SE esta dos

desviaciones estándar por encima del valor promedio (𝑆𝐸 > 2𝜎).

La tabla 33 muestra las medidas las cuales son consideradas exceso de señal realizando la evaluación punto a punto presentada por la ecuación (14); para el detector microDiamond existen un total de 5 puntos presentes en el perfil cuyo valor se encuentra dos desviaciones estándar por encima del promedio, siendo el valor de 4.3 el factor de exceso de señal más alto encontrado (ver figura 49A). Por el contrario, para la PinPoint-IC el valor más alto para el parámetro SE corresponde a

Figura 49. Evaluación de la estabilidad de la señal obtenida con ambos detectores en la zona activa del campo de radiación “Plató”. Figura A: microDiamond. Figura B: PinPoint-IC. La línea punteada indica el

rango definido por 2σ.

86

4 presentándose en el punto -20.6 mm (ver figura 49B). A pesar de que algunos datos se puedan considerar como un exceso de señal en el registro del perfil de dosis, se puede ver que la gran mayoría de registros tomados en la zona de estudio se encuentran al interior del rango definido por la desviación estándar.

Tabla 33. Evaluación de la estabilidad de la señal obtenida en el campo activo. microDiamond vs PinPoint. Campo 5x5. In Plane

Detector Medida Punto en el perfil SE

microDiamond

97,4 -20,7 3,7

97,7 -20,2 3,2

98,4 19,9 2,1

98,3 20,4 2,3

97 20,9 4,3

PinPoint-IC

96,9 -20,6 4

97,5 -20,1 3,2

98,1 -19,6 2,4

97,9 20 2,6

97,1 20,5 3,7

Perfil de dosis medido “Cross Plane”: En la figura 50 se exhiben los perfiles de dosis “Cross Plane” medidos a cinco profundidades con el detector microDiamond (Figura 50 izquierda) y con la micro-cámara de ionización PinPoint-IC (Figura 50 derecha)

Los resultados obtenidos al calcular la diferencia en porcentaje de dosis punto a punto, los porcentajes de planicidad y simetría entre ambos detectores se presentan en las tablas 34 y 35; únicamente se publican las diferencias máximas encontradas


87

asociadas a la profundidad y punto específico en donde se dan dichas discrepancias.

Al revisar los resultados presentados en la tabla 34, se puede ver que existe una diferencia máxima de un -12.7% en el punto -24.4 mm a una profundidad de 15 mm (ver figura 52A), en donde se observa una mayor medida registrada por el detector microDiamond; a medida que aumenta la profundidad de medida se aprecia una disminución en la diferencia del porcentaje de dosis registrado por ambos detectores llegando hasta un -8.7% en la profundidad máxima correspondiente al punto -31.6mm (ver figura 52E). En la zona positiva la diferencia máxima apreciada se presenta en el punto 35.2 mm con un valor de 11.4% en la profundidad de 300 mm (ver figura 52E) lo cual indica una mayor medida registrada para la cámara de ionización. En el eje central del campo, punto 0 mm, las diferencias son casi nulas.


5x5 𝑐𝑚2


microDiamond

15 1,43 1,15

50 2,26 1,43

100 2,40 1,44

200 2,64 1,47

300 2,82 1,90

PinPoint-IC

15 2,37 1,50

50 3,03 1,12

100 3,21 1,52

200 3,35 1,35

300 3,41 2,17

La tabla anterior sugiere una menor simetría en comparación con los perfiles

obtenidos en dirección in plane (ver tabla 35), sin embargo, todos se encuentran

Tabla 34. Resultados diferencia punto a punto perfil de dosis Cross plane campo 5x5 cm2

Profundidad [mm]




en el CAX [%Dosis]




15 -12,7 -24,4 10,9 27,3 -0,6 2,4 0,1

50 -12,1 -25,3 11,1 28,2 -0,8 -2,2 0,1

100 -10,5 -26,7 10,5 29,4 -0,3 2,5 0

200 -10,1 -29,2 10,3 32,0 -0,4 2,6 0

300 -8,7 -31,6 11,4 35,2 -0,5 2,7 -0,2

88

dentro la tolerancia. Por otra parte, en cuanto a la planicidad, se evidencia una

mayor planicidad en los perfiles registrados por el detector microDiamond. En la

tabla 36 se presentan los cálculos correspondientes a la evaluación de la estabilidad

de la señal en la zona activa del campo para el perfil medido en configuración “Cross

Plane”.


PinPoint. Campo 5x5 cm2. Cross Plane


microDiamond

98,8 -20,8 2,1

98,7 18,8 2,3

98,7 19,8 2,3

98 20,3 3,5

98 20,8 3,5

PinPoint-IC

97,3 -20,4 2,5

97,4 19,1 2,4

96,9 19,6 2,9

93,6 20,2 3,2

96 20,7 3,9

Para el detector microDiamond se aprecian cinco medidas cuyo parámetro “SE” se encuentra dos desviaciones estándar por encima del valor promedio, siendo 3.5 en los puntos 20.3 y 20.8 mm. Por otra parte, para la PinPoint-IC se encontró un valor máximo de 3.9 en el punto 20.7 mm. A pesar de que sean cinco medidas las que son declaradas como exceso de señal, la mayoría de los registros de las medidas estudiadas se encuentran en el rango definido por la desviación estándar (ver figura 51)

Figura 51. Evaluación de la estabilidad de la señal obtenida con ambos detectores en la zona activa del campo de radiación “Plató”. Figura A: microDiamond. Figura B: PinPoint-IC

89

En la figura 52 se ilustran las comparaciones punto a punto entre los perfiles de dosis “Cross plane” obtenidos con ambos detectores para diferentes profundidades.

Figura 52. Comparación punto a punto de los perfiles de dosis “Cross Plane” a diferentes profundidades, para un tamaño de campo 5𝑥5 𝑐𝑚2.

90

Las tablas 37 y 38 muestran las comparaciones entre el tamaño de campo obtenido a partir del perfil de dosis a diferentes profundidades, medidos tanto en dirección “In plane” como en orientación “Cross plane”, y el tamaño de campo calculado geométricamente. El perfil de dosis registrado en dirección “In plane” presenta una diferencia máxima de 0.33% para el detector microDiamond y 1.1% para el detector PinPoint-IC, respecto al tamaño calculado geométricamente. Asimismo, para el perfil de dosis registrado en orientación “Cross plane” la diferencia máxima presentada por el detector microDiamond es 2.69% y 3.56% para la micro-cámara de ionización.


detectores. "IN PLANE" campo 5𝑥5 𝑐𝑚2.

Profundidad [cm]

Tamaño de campo

(Geométrico) [cm]

Tamaño de campo


microDiamond. [cm]


tamaño geométrico


Tamaño de campo


PinPoint-IC. [cm]


tamaño geométrico

[%]. Detector

PinPoint-IC


entre el tamaño de

campo obtenido


[%]

1,5 5,08 5,06 0,30 5,02 1,10 0,80

5 5,25 5,24 0,19 5,20 0,96 0,77

10 5,50 5,50 0,00 5,46 0,73 0,73

20 6,00 6,02 0,33 5,98 0,33 0,67

30 6,50 6,52 0,31 6,50 0,00 0,31


detectores. "CROSS PLANE" campo 5𝑥5 𝑐𝑚2.

Profundidad [cm]

Tamaño de campo

(Geométrico) [cm]

Tamaño de campo


microDiamond. [cm]


tamaño geométrico


Tamaño de campo


PinPoint-IC. [cm]


tamaño geométrico

[%]. Detector

PinPoint-IC


entre el tamaño de

campo obtenido


[%]

1,5 5,08 5,19 2,22 5,20 2,40 0,19

5 5,25 5,37 2,23 5,38 2,42 0,19

10 5,50 5,60 1,79 5,65 2,65 0,88

20 6,00 6,17 2,76 6,19 3,07 0,32

30 6,50 6,68 2,69 6,74 3,56 0,89

91

Tamaño de campo 𝟏𝟎𝐱𝟏𝟎 𝐜𝐦𝟐

Finalmente se realiza el análisis dosimétrico de los perfiles de dosis medidos a diferentes profundidades para el tamaño de campo de referencia establecido en los códigos internacionales de dosimetría [1,7,9]. Se hace el análisis de este tamaño de campo para verificar la concordancia con los resultados reportados por la literatura para el detector microDiamond. Perfil de dosis medido “In Plane”: La figura 53 expone los perfiles de dosis “In Plane” medidos a cinco profundidades con el detector microDiamond (Figura 53 izquierda) y con la micro-cámara de ionización PinPoint-IC (Figura 53 derecha).

Para este tamaño de campo el volumen de medio dispersor (Agua) aumenta de forma considerable respecto a los demás campos anteriormente analizados. Se evidencia la respuesta de la PinPoint-IC a la radiación dispersa (ver figura 53 derecha); si se concentra el análisis en los puntos más allá de la umbra, es decir, por debajo de -60 mm y por encima de 60 mm, se aprecia cómo aumenta la lectura de la micro-cámara de ionización la cual llega a tener una diferencia de hasta un 10%, en porcentaje de dosis, entre la mayor (ver figura 53 derecha, línea amarilla) y menor (ver figura 53 derecha, línea azul) profundidad de medida del perfil. Al revisar la tabla 39 se aprecia que todos los perfiles registrados por los detectores, muestran una alta simetría; la mayor simetría encontrada para los perfiles medidos por ambos detectores se presenta en la profundidad correspondiente a 15 mm, es decir, a la profundidad del máximo de dosis, siendo mayor la simetría reportada por la PinPoint-IC (0.39%). Para los resultados del estudio de la planicidad de los


92

perfiles, se puede apreciar que todos poseen una alta planicidad en comparación con los resultados conseguidos para los tamaños de campo anteriormente

estudiados (Tamaños inferiores e iguales a 5𝑥5 𝑐𝑚2); sin embargo el perfil registrado por el detector microDiamond en la profundidad máxima (300 mm) reporta un 3.75%, el cual se encentra por encima del límite establecido por varian (3%)

Tabla 39. Resultados planicidad y simetría. microDiamond vs PinPoint-IC. IN PLANE 10x10 𝑐𝑚2


microDiamond

15 0,9 0,63

50 1,44 0,7

100 2,31 1,12

200 3,58 1,3

300 3,75 1,45

PinPoint-IC

15 0,77 0,39

50 1,44 0,65

100 2,19 0,53

200 3,07 0,97

300 3,42 1,07

En la tabla 40 se muestran los resultados de las comparaciones punto a punto realizadas para ambos detectores; se estima una diferencia máxima de 10.1% en el punto 100.2 mm para la profundidad máxima de medida (ver figura 55E). En la región central del campo (zona plato) existe una baja diferencia entre porcentaje de dosis registrado por ambos detectores (ver figura 55A a 55E).

La figura 54 presenta las gráficas correspondientes al análisis de la estabilidad de las medidas, obtenidas con ambos detectores, en la zona activa del campo de radiación mostradas en la tabla 41. Tanto para el detector microDiamond como para la PinPoint-IC se aprecia solo 1 punto fuera del rango definido por dos desviaciones estándar; sin embargo, aumenta la cantidad de puntos que se encuentran fuera del rango definido por la desviación estándar.

Tabla 40. Resultados diferencia punto a punto perfil de dosis In plane campo 10x10 𝑐𝑚2

Profundidad [mm]








15 3,7 -52,7 3,1 53,8 -0,1 2,2 0

50 4 -54,0 3,4 55,2 1 2,2 0

100 4,7 -56,5 4,1 57,8 0,6 2,3 0

200 6 -62,9 6 96,1 -1,4 -2,3 0

300 9,8 -102,5 10,1 100,2 1,1 -2,4 0

93


PinPoint. Campo 10x10 𝑐𝑚2. In Plane


microDiamond 99,3 40,6 2,39

PinPoint-IC 99.8 -40.3 2,5

Figura 54. Evaluación de la estabilidad de la señal obtenida con ambos detectores en la zona activa del campo de radiación “Plató”. Figura A: microDiamond. Figura B: PinPoint-IC

94

Figura 55. Comparación punto a punto de los perfiles de dosis “In Plane” a diferentes


95

Perfil de dosis medido “Cross Plane”: En la figura 56 se exhiben los perfiles de dosis “Cross Plane” medidos a cinco profundidades con el detector microDiamond (Figura 56 izquierda) y con la micro-cámara de ionización PinPoint-IC (Figura 56 derecha)

Se evidencia la respuesta de la PinPoint-IC a la radiación dispersa (ver figura 56 derecha); si se concentra el análisis en los puntos más allá de la umbra, es decir, por debajo de -60 mm y por encima de 60 mm, se aprecia cómo aumenta la lectura de la micro-cámara de ionización la cual llega a tener una diferencia de hasta un 10%, en porcentaje de dosis, entre la mayor (ver figura 56 derecha, línea amarilla) y menor (ver figura 56 derecha, línea azul) profundidad de medida del perfil. Tabla 42. Resultados planicidad y simetría. microDiamond vs PinPoint-IC. CROSS PLANE campo

10x10 cm2


microDiamond

15 1,11 1,03

50 1,98 1,21

100 2,7 1,28

200 3,79 1,61

300 4,06 1,78

PinPoint-IC

15 1,3 1,63

50 1,97 1,59

100 2,74 1,38

200 3,58 1,43

300 3,56 2,01


96

Al revisar la tabla 42 se aprecia que todos los perfiles registrados por los detectores, muestran una menor simetría en comparación a aquellos registrados en dirección In plane; la mayor simetría encontrada para los perfiles medidos por ambos detectores se presenta en la profundidad correspondiente a 15 mm, es decir, a la profundidad del máximo de dosis, siendo mayor la simetría reportada por el detector microDiamond (1.11%). Para los resultados del estudio de la planicidad de los perfiles, se puede apreciar que todos poseen una alta planicidad en comparación con los resultados conseguidos para los tamaños de campo anteriormente

estudiados (Tamaños inferiores e iguales a 5𝑥5 𝑐𝑚2) y aquellos registrados en dirección In plane; sin embargo el perfil registrado por el detector microDiamond en la profundidad máxima (300 mm) reporta un 4.06%, el cual se encentra por encima del límite establecido por varian (3%). Finalmente, Las tablas 43 y 44 muestran las comparaciones entre el tamaño obtenido a partir del perfil de dosis a diferentes profundidades, medidos tanto en dirección “In plane” como en orientación “Cross plane”, y el tamaño de campo calculado geométricamente. El perfil de dosis registrado en dirección “In plane” presenta una diferencia máxima de 0.38% para el detector microDiamond y 1.15% para el detector PinPoint-IC, respecto al tamaño calculado geométricamente. Asimismo, para el perfil de dosis registrado en orientación “Cross plane” la diferencia máxima presentada por el detector microDiamond es 0.91% y 2% para la micro-cámara de ionización. En éste tamaño de campo se puede observar que la planicidad influye de manera considerable en la obtención del tamaño de campo a partir de la definición dosimétrica, es decir, cuando existe una mayor planicidad del perfil de radiación el tamaño de campo dosimétrico es casi igual al tamaño geométrico del campo.


detectores. "IN PLANE" campo 10x10 𝑐𝑚2

Profundidad [cm]

Tamaño de campo

(Geométrico) [cm]

Tamaño de campo


microDiamond. [cm]


tamaño geométrico


Tamaño de campo


PinPoint-IC. [cm]


tamaño geométrico

[%]. Detector

PinPoint-IC


entre el tamaño de

campo obtenido


[%]

1,5 10,15 10,15 0,00 10,16 0,10 0,10

5 10,50 10,51 0,10 10,52 0,19 0,10

10 11,00 11,00 0,00 11,02 0,18 0,18

20 12,00 12,03 0,25 12,08 0,67 0,42

30 13,00 13,05 0,38 13,15 1,15 0,77

97

Tabla 44. Comparación del tamaño de campo geométrico y dosimétrico, obtenidos con ambos detectores. "CROSS PLANE" campo 10x10 𝑐𝑚2

Profundidad [cm]

Tamaño de campo

(Geométrico) [cm]

Tamaño de campo


microDiamond. [cm]


tamaño geométrico


Tamaño de campo


PinPoint-IC. [cm]


tamaño geométrico

[%]. Detector

PinPoint-IC


entre el tamaño de

campo obtenido


[%]

1,5 10,15 10,12 0,30 10,24 0,89 1,19

5 10,50 10,55 0,47 10,59 0,86 0,38

10 11,00 11,06 0,54 11,11 1,00 0,45

20 12,00 12,08 0,66 12,16 1,33 0,66

30 13,00 13,12 0,91 13,26 2,00 1,07

98

5.6.1.3 Medida de los factores de salida de campo (Output Factor “OF”)

Otra medida de dosimetría que se encuentra al interior de los procesos de caracterización de un haz de radiación son los factores de salida del campo, los cuales están directamente relacionados con la dosis que entrega el acelerador en la profundidad de referencia (SSD= 90, profundidad = 10cm, tamaño de campo

10x10 𝑐𝑚2) principalmente en función de la colimación del campo de radiación. A continuación, se muestran los resultados obtenidos al realizar la medición del output factor para diferentes configuraciones del sistema de colimación (ver tabla 45).

Tabla 45. Configuración del sistema de colimación para el registro de los factores de salida del campo (OF)

Colimador X [cm] Colimador Y [cm]

0.5 1 2 3 5 10

0.5 x x x x x x

1 x x x x x x

2 x x x x x x

3 x x x x x x

5 x x x x x x

10 x x x x x x

Las tablas 46 y 47 muestran las medidas de los factores de salida de campo obtenidos con los detectores (microDiamond, PinPoint-IC) según la configuración descrita por la tabla 45.

Tabla 46. Factores de salida del campo (OF). Detector: microDiamond 60019

Colimador X [cm] Colimador Y [cm]

0.5 1 2 3 5 10

0.5 0,578 0,629 0,641 0,645 0,649 0,648

1 0,686 0,760 0,790 0,797 0,804 0,810

2 0,711 0,803 0,842 0,855 0,867 0,879

3 0,715 0,814 0,859 0,875 0,892 0,908

5 0,723 0,822 0,874 0,897 0,925 0,949

10 0,727 0,833 0,892 0,921 0,958 1,000

Tabla 47. Factores de salida del campo (OF). Detector: PinPoint-IC Colimador X [cm] Colimador Y [cm]

0.5 1 2 3 5 10

0.5 0,473 0,582 0,618 0,636 0,636 0,636

1 0,600 0,745 0,800 0,806 0,818 0,818

2 0,618 0,800 0,855 0,873 0,891 0,909

3 0,636 0,812 0,873 0,891 0,909 0,927

5 0,636 0,818 0,891 0,927 0,945 0,982

10 0,636 0,830 0,909 0,945 0,982 1,000

99

A continuación, se muestran las gráficas de los factores de salida de campo, medidos con ambos detectores, según los resultados expuestos en las tablas 46 y 47. La desviación estándar máxima presentada por el detector microDiamond es 0.001 mientras que para la PinPoint-IC corresponde a 0.002.

A B

D

Figura 57. Factores de salida de campo para diferentes configuraciones del sistema de colimación. A: Vista 3D de los OF medidos con el detector microDiamond 60019. B: Vista 3D de los OF medidos con la PinPoint-IC. C y D: vista 2D de los OF medidos con la microDiamond 60019 y PinPoint-IC, respectivamente

C

100

Se puede apreciar una mayor simetría de los OF medidos con el detector microDiamond en comparación con aquellos medidos por la micro-cámara de

ionización para configuraciones de campo mayores a 2x2 𝑐𝑚2 (ver figura 57C). En contraste la micro-cámara de ionización presenta una mayor simetría para configuraciones en las cuales el tamaño de campo se encuentra en un régimen pequeño; configuraciones (X=0.5 e Y=0.5 1, 2, 3, …,10) y ((Y=0.5 e X=0.5 1, 2, 3, …,10), ver figura 57D. Con el fin de apreciar mucho mejor las comparaciones entre las medidas registradas por ambos detectores, se calcula la diferencia punto a punto entre los factores obtenidos con la microDiamond y la PinPoint-IC (ver ecuación 15). En la tabla 48 se muestran los cálculos de la diferencia entre los factores de salida de campo medidos por la microDiamond y aquellos registrados por la PinPoint-IC.

𝑂𝐹𝑋𝑌𝐷𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎

= 𝑂𝐹𝑋𝑌𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝐷𝑖𝑎𝑚𝑜𝑛𝑑 − 𝑂𝐹𝑋𝑌

𝑃𝑖𝑛𝑃𝑜𝑖𝑛𝑡−𝐼𝐶 (15)

Tabla 48. Diferencia punto a punto de los factores de salida del campo (OF).

microDiamond 60019 vs PinPoint-IC Colimador X [cm] Colimador Y [cm]

0.5 1 2 3 5 10

0.5 0,105 0,047 0,023 0,009 0,013 0,012

1 0,086 0,015 -0,010 -0,009 -0,014 -0,009

2 0,093 0,003 -0,012 -0,018 -0,024 -0,030

3 0,079 0,002 -0,014 -0,016 -0,017 -0,019

5 0,087 0,004 -0,017 -0,030 -0,021 -0,033

10 0,091 0,003 -0,017 -0,025 -0,024 0,000

Figura 58. Diagrama esquemático (vista axial) de la irradiación parcial del volumen sensible de la

micro-cámara de ionización (PinPoint-IC)

101

En las configuraciones del sistema de colimación para campos pequeños (X=0.5 e Y=0.5 1, 2, 3, …,10) y ((Y=0.5 e X=0.5 1, 2, 3, …,10) los factores de salida del campo registrados por la microDiamond son mayores a los de la PinPoint-IC siendo la configuración X=0.5 cm e Y=0.5 cm la región donde se aprecia la mayor diferencia (ver figura 40); esto se debe a que en este tamaño de campo el volumen sensible de la PinPoint-IC no es irradiado en su totalidad, dando como resultado una subestimación en la medida (ver figura 58). Posteriormente, en la gráfica 52 se muestra la superficie formada por la diferencia punto a punto para cada factor de salida de campo medido por ambos detectores; en la tabla 42 se especifica la matriz correspondiente a la diferencia punto a punto calculada con las tablas 40 y 41. Se observa una gran diferencia para tamaños de campo x=0.5 e y=0.5…10; para los tamaños de campo con estas configuraciones es conveniente utilizar el detector microDiamond puesto que la cámara de ionización presenta dificultades por la irradiación parcial de su volumen sensible.

102

Figura 59. Diferencias punto a punto de los factores de salida de campo microDiamond vs PinPoint-IC. Las gráficas superiores presentan la superficie formada por las diferencias encontradas entre los OF medidos por ambos detectores vista desde dos ángulos distintos. La gráfica inferior presenta la matriz de diferencias para las configuraciones de distintos tamaños de campo.

103

5.6.2 Resultados dosimetría absoluta En esta sección se presentan los resultados obtenidos al implementar los procesos de dosimetría absoluta con el fin de cuantificar el factor de calibración cruzada del detector microDiamond. Inicialmente se realizó la determinación de la dosis absorbida a la profundidad y condiciones de referencia descritas por el TRS398 y los cuales se encuentran detallados en la metodología del capítulo 4. La tabla 49 presenta las medidas registradas por la cámara de ionización PTW 30013 FARMER para cada tamaño de campo. Los valores de la presión y temperatura a lo largo de todas las medidas realizadas siempre estuvieron constantes.

Tabla 49. Valores obtenidos con la cámara Farmer, para determinar la dosis absorbida

Tamaño de campo 10𝑥10 𝑐𝑚2

M1 300 V [nC]

M2 -300V [nC]

M3 150V [nC]

Temperatura [ᵒC]

Presión [Kpa]

10,788 -10,804 10,764 18,4 74,8 Desviación

estándar 0,004 0,005 0,005

Tamaño de campo 5𝑥5𝑐𝑚2

M1 300 V [nC]

M2 -300V [nC]

M3 150V [nC]

Temperatura [ᵒC]

Presión [Kpa]

9,671 -9,687 9,645 18,6 74,9 Desviación

estándar 0,003 0,002 0,005

Tamaño de campo

4𝑥4𝑐𝑚2

M1 300 V [nC]

M2 -300V [nC]

M3 150V [nC]

Temperatura [ᵒC]

Presión [Kpa]

9,336 -9,346 9,309 18,6 74,9 Desviación

estándar 0,004 0,005 0,003

Con cada uno de los datos anteriores se realizó la determinación de la dosis

absorbida (𝐷𝑤,𝑄𝐹𝑎𝑟𝑚𝑒𝑟) a la profundidad de referencia; los resultados se presentan en

la tabla 50 con su respectiva propagación de error.

Tabla 50. Resultados de la determinación de la dosis absorbida en agua, bajo condiciones de referencia

Detector Tamaño de campo

[𝑐𝑚2] 𝐷𝑤,𝑄

𝐹𝑎𝑟𝑚𝑒𝑟 [Gy/UM]

Farmer

10x10 0,00773±0,00027

5x5 0,00693±0,00021

4x4 0,00669±0,00028

Finalmente, en la tabla 51 se muestran los resultados obtenidos para el cálculo del factor de calibración cruzada del detector microDiamond; se puede apreciar que las

diferencias del factor 𝑁𝐷,𝑤𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝐷𝑖𝑎𝑚𝑜𝑛𝑑 hallado para los tamaños 4𝑥4 𝑐𝑚2 y 5𝑥5 𝑐𝑚2

104

respecto al tamaño de referencia (10𝑥10 𝑐𝑚2) son muy pequeñas 0.3% y 0.5% respectivamente, lo cual indica una clara verificación del factor de calibración obtenido. El valor encontrado por calibración cruzada se encuentra en gran acuerdo con el valor reportado por el fabricante (0,737 [Gy/nC])

Tabla 51. Resultados de la determinación del factor de calibración cruzada para e detector microDiamond

Tamaño de campo Lectura microDiamond

[nC] Desviación estándar

𝑁𝐷,𝑤𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝐷𝑖𝑎𝑚𝑜𝑛𝑑 [Gy/nC]

10x10 1,02 0,00057 0,758±0,026

5x5 0,91 0,00056 0,761±0,023

4x4 0,88 0,00053 0,760±0,031

105

CONCLUSIONES

1. El detector microDiamond presentó una alta estabilidad con un índice de variación máximo de 0.98%. En un rango de 2 a 1500 UM el detector puede ser usado como dosímetro debido a su alta linealidad. El detector microDiamond, en protocolos de dosimetría relativa, es independiente del tiempo de medida y presenta una baja dependencia con la tasa de dosis en un rango de 100 a 600 [UM/min].

2. El factor de calibración cruzada, 𝑁𝐷,𝑤𝑀𝐷; corresponde a 0.758 [Gy/nC] con una

desviación estándar de 0.026 y una diferencia porcentual de 2.4% respecto al factor reportado por el fabricante

3. El tamaño de campo dosimétrico está altamente relacionado con la planicidad del perfil de dosis; a medida que aumenta la planicidad del perfil el tamaño de campo dosimétrico se acerca al valor del campo calculado geométricamente.

3.1 La simetría obtenida a partir del perfil registrado por el detector

microDiamond presenta mayores fluctuaciones locales del campo debido a su alta resolución espacial. El detector microDiamond provee una alta resolución espacial en la medida de los factores de salida de campo, por lo cual se recomienda su uso para tamaños de campo pequeños (tamaños menores a 3x3 cm^2) donde la oclusión parcial del campo modifica el valor de salida del campo

106

RECOMENDACIONES

1. Si se desea obtener una medida repetible, el detector debe irradiarse en dirección perpendicular a su cara frontal.

2. Los porcentajes de dosis en profundidad, medidos con el detector microDiamond, deben registrarse siempre en dirección ascendente debido a la dependencia que tiene el detector por la influencia de la tensión superficial del agua en profundidades muy cercanas a la superficie del simulador físico (PHANTOM).

3. Teniendo en cuenta los resultados discutidos anteriormente, se concluye que el detector microDiamond es un perfecto candidato para la realización de procesos dosimétricos en haces de fotones de 6 MeV, cuyos tamaños sean pequeños, en aceleradores lineales de uso clínico. Para su uso en haces de radiación cuya calidad de haz sea diferente a la aquí estudiada, se recomienda verificar todas las variables de influencia bajo condiciones de referencia junto a detectores tipo cámara de ionización de referencia.

107

ANEXO

A. Influencia del posicionamiento de la cámara de referencia en el registro de perfiles de dosis.

Un estudio adicional que se puede realizar en éste trabajo final de maestría a partir de los datos obtenidos en el desarrollo del estudio del detector microDiamond, consiste en la verificación de la influencia del posicionamiento de la cámara de referencia, en el registro de perfiles de dosis. Dicho estudio se realiza por medio de la comparación dosimétrica de perfiles de dosis obtenidos con el detector microDiamond en dos posiciones distintas de la cámara de referencia:

Posición A (Cámara en Gantry): En ésta posición la cámara de referencia es ubicada al interior del Gantry del acelerador como se explicó en la metodología del capítulo 4 (ver figura 15).

Posición B (Cámara en Campo): En ésta posición la cámara de referencia es ubicada de forma convencional como se explicó en la metodología del capítulo 4 (ver figura 13).

A continuación se presentan los resultados obtenidos al comparar los perfiles de dosis obtenidos bajo las posiciones A y B, para el tamaño de campo más pequeño (0.5𝑥0.5).

Perfiles de dosis tamaño de campo 0.5𝑥0.5 𝑐𝑚2

En las figuras a1 y a2 se muestran los perfiles de dosis medidos a tres profundidades diferentes registrados con el detector microDiamond con ubicación de la cámara de referencia en la posición A y B respectivamente.

Figura a1. Perfiles de dosis registrados a tres profundidades (15, 100, 300 mm) con la cámara de referencia al interior de Gantry

108

En la figura b1 se presentan las comparaciones punto a punto para cada uno de los perfiles de dosis. Se puede apreciar que existe una diferencia máxima de un 11%

Figura a2. Perfiles de dosis registrados a tres profundidades (15, 100, 300 mm) con la cámara de referencia al interior del campo de radiación.

109

en la región positiva del perfil para la profundidad de 15 mm (profundidad de máxima dosis). Al revisar las gráficas es posible evidenciar que los perfiles registrados con la cámara de referencia al interior del campo de radiación, experimentan un corrimiento hacia la parte positiva del perfil para las profundidades de 15 y 100 mm, mientras que para la profundidad máxima (300 mm) dicho corrimiento se desplaza hacia la zona negativa del perfil. Con el fin de verificar si existe algún cambio en las propiedades del perfil en la tablaa1 se muestran las comparaciones de planicidad y simetría para ambos perfiles. La diferencia porcentual máxima exhibida en la planicidad de ambos perfiles corresponde a un 4.94% en la profundidad de 15 mm; sin embargo, dicha diferencia no atribuye cambios significativos entre ambos perfiles. Al comparar la planicidad de los perfiles se observa una diferencia significativa en cada una de las profundidades de medición; los perfiles de dosis registrados con la cámara de referencia al interior del campo de radiación (posición B) presentan menor simetría que aquellos registrados con la cámara en la posición A, con una diferencia porcentual máxima de un 63.97% en la profundidad de 100 mm.

Tablaa1. Comparación del tamaño de planicidad y simetría con ambas posiciones de la cámara de referencia. Tamaño de campo 0,5x0,5 cm^2

Profundidad [cm]

Valores de Planicidad [±%] Valores de Simetría [±%]

Cámara en Gantry

Cámara en campo


[%]

Cámara en Gantry

Cámara en campo


[%]

1,5 17,80 16,92 4,94 0,90 2,24 59,82

10 17,75 17,75 0,00 1,47 4,08 63,97

30 17,54 17,48 0,34 0,84 1,88 55,32

Finalmente, en la tablaa2 se muestran los resultados de las comparaciones del tamaño de campo dosimétrico obtenido para ambos perfiles de dosis. En todas las profundidades se puede apreciar una diferencia porcentual del tamaño de campo entre un 5.3% y un 5.9%, donde el tamaño de campo obtenido a partir de los perfiles registrados con la cámara de referencia en la posición B se acercan mucho más al valor del tamaño de campo geométrico.

Tablaa2. Comparación del tamaño de campo geométrico y dosimétrico, obtenidos con ambas posiciones de la cámara de referencia. Tamaño de campo 0,5x0,5 cm^2

Profundidad [cm] Tamaño de campo (Geométrico) [cm]

Tamaño de campo (Dosimétrico).

Detector microDiamond.

Cámara en Gantry

Tamaño de campo (Dosimétrico).

Detector microDiamond.

Cámara en campo

Diferencia porcentual entre el tamaño de campo

obtenido por ambos detectores [%]

1,5 0,51 0,48 0,51 5,88

10 0,55 0,53 0,56 5,36

30 0,65 0,63 0,67 5,97

110

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análisis dosimétrico de un detector micro-diamante ptw

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