BRACHITERAPIA:BRACHITERAPIA:

protocolli per la calibrazioneprotocolli per la calibrazione delle sorgenti e per il calcolo delle dosidelle sorgenti e per il calcolo delle dosi

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Brachiterapia [βραχùς (breve) + ζεραπεία] = trattamento del cancro a breve distanza mediante radiazione emessa da piccole sorgenti sigillate

Normalmente la fluenza di radiazione da unasorgente brachitarapica consiste di fotoni:raggi γ, raggi X caratteristici (anche a seguitodi cattura elettronica e conversione interna,bremsstrahlung.

L’energia media dei fotoni emessipuò essere bassa fino a 20 keV. Invece nella radioterapia dei tumoriprofondi con fasci esterni sono necessarie energie di parecchi MeV.

La brachiterapia consente una migliore ottimizzazione del trattamento permettendouna cessione di alte dosi al tumore e di dosiminime ai tessuti circostanti.

La sorgente viene collocata direttamentenel volume del tumore (b. interstiziale) oall’interno di cavità, vicino al volume datrattare (b. endocavitaria).

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Nei trattamenti brachiterapici di molti tumori viene comunementeutilizzato l’iridio-192.

include le radiazioni gamma,i raggi X caratteristici e laradiazione x di frenamento dienergia maggiore di δ=20 keV

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Le sorgenti brachiterapiche possono presentarsicome sorgenti a seme (aventi simmetria cilindricadi lunghezza 0.5 cm e diametro ≤ 0.1 cm) o conmodelli lineari (spesso costitiuti da treni di sorgentia seme tenute insieme da un materiale dissolubiletessuto equivalente).

Esempio di impiantointerstiziale di sorgentia seme:

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Richiami di fisica delle radiazioni

m

air

trm KK

È legato al kerma in

aria K dalla relazione:

energia trasferita per unità di massa alle particellecariche e da queste dissipata sia per collisione siaper perdite radiative

Secondo le raccomandazioni dell’AIFB e di altri autorevoliorganismi nazionali ed internazionali le sorgenti brahiterapichedevono essere caratterizzate mediante la grandezza fisicaKerma (Kinetic Energy Rileased per unit MAss) in aria.

kerma nel mezzo m dovutaa fotoni monoenergetici dienergia E e fluenza (E):

coefficiente diassorbimento d’energia massico

m

trm EEK

frazione d’energia deisecondari carichi (liberati)persa in processi radiativi

coefficiente ditrasferimento d’energia massico

gen

1

[Km]= Gy

In condizioni di equilibrio elettronicotransiente dal kerma si ricava la doseassorbita nel mezzo:

m

air

trmm KgKgD

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costante di proporzionalità trakerma per collisone e dose

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Caratterizzazione delle sorgenti brachiterapiche

1 sGyK r rK, ma nella pratica

μG·h-1 per sorgenti a basso rate

μG·s-1 ÷ mGy·min-1 per sorgenti ad alto rate

OSS:

ma Sk e sono numericamente identici

rK KmsGyS 21

rK

In realtà l’American Association of Physicistsin Medicine raccomanda di caratterizzare lesorgenti in termini di air-kerma strenght:

22rrK dKddKS

Rateo di kerma in aria misuratonel vuoto alla distanza d generica(ma sempre tale da preservare lacondizione di sorgente puntiforme):

2

d

dKdK rr

In pratica viene misurato in aria e corretto perl’attenuazione e diffusione della radiazione da partedell’aria. La distanza dr si misura dal centro della

sorgente lungo il suo asse trasverso bisettore.

rK

Più precisamente si è convenuto distabilirla in termini di rateo dikerma in aria di riferimento rK = rateo di kerma in aria misurato nel

vuoto alla distanza di riferimento dr=1 mdalla sorgente assunta puntiforme

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Determinazione diretta di rK

Viene effettuata utilizzandoun dosimetro di riferimento.

È costituito da un elettrometro,un alimentatore ed una camera aionizzazione sferica o cilindrica(con elettrodo di raccolta ageometria cilindrica).

Presso il Centro Primario devono esserestati determinati i valori NK assunti dalfattore di taratura per un’opportunascelta di radiazioni X filtrate e gamma.

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È allora possibile ricavare il fattore di

taratura per lo spettro energetico

della sorgente da caratterizzare in tre

diversi modi:

sorgKN

1) mediante interpolazione dai due valori di NK

ottenuti per i due fasci di radiazione le cuienergie medie comprendono l’energia mediadello spettro d’interesse;

2) determinando il best-fit ditutti i valori misurati di NK

Energie medie (in keV) dei fasci utilizzatiper la taratura di una sorgete di 192Ir:82.7 (S4), 116.6 (S6), 202.5 (S8),662 (137Cs), 1250 (60Co)

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3) Dalla relazione:

i i

i KisorgK K

NKN i

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fattore di taratura relativo aifotoni di energia Ei (ricavatodalla curva di dipendenza di NK

dall’energia)

Kerma in aria dovutoalla fluenza (Ei) difotoni di energia Ei

emessi dalla sorgenteda caratterizzare

air

trii EE

t

NdMK

sorgKrp

r

segnale alla distanza dr corretto per l’attenuazionee diffusione da parte dell’aria, per la diffusione dalle strutture della stanza d’irraggiamento e perle dimensioni non infinitesime della camera aionizzazione (segnale dovuto ai soli fotoni primari)

durata della misurazionedel segnale

Per l’analogo segnale Mp(d) alla distanzagenerica d (anche < dr) ma sempre taleda preservare la condizione di sorgentepuntiforme:

2

d

ddMdM rrpp

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ES: volume delle camere utilizzate inradioterapia di fasci collimati < 1 cm3 occorre scegliere d=(10÷20) cm

OSS: la determinazione diretta di può essereeseguita in dr ma anche, qualora si utilizzino camere

a ionizzazione di volume ridotto o si debbanocaratterizzare sorgenti a basso rateo di kerma,a distanze d < dr purché tali da preservare la

condizione di sorgente puntiforme.

rK

dPdPdMdMdM geomsp

correzione per l’attenuazione dei fotoni da parte dell’aria tra sorgente e rivelatore = exp(air·d)

correzione per la dimensione non infinitesima delrivelatore.Per camere a geometria sferica o cilindrica e peruna distribuzione angolare in generale anisotropa(con grado di anisotropia ω) degli elettroni messiin moto nelle pareti della camera

)d(Pk1

)d(P0geom

0geom

contributo dovuto ai fotonidiffusi dall’aria e dalle strutturedella stanza di irraggiamento deve essere determinato

sperimentalmente

fattore di distanza a/d

raggio internodella camera

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per camere sferiche: k=0, )1ln()1ln(

2)(0

dPgeom

per camere cilindriche:

)(1 0 dPgeom per camere irraggiate in direzione normale al proprio asse longitudinale

semilunghezzavolume sensibile

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Misurazioni eseguite alla distanza di riferimento dr

rrnrfrs dMdMdMdM

segnale costante ottenutoall’aumentare dello spessoredei filtri a trono di cono

segnale ottenuto senzafiltro ma in presenza del supporto segnale ottenuto senza

filtro né supporto

contributo dei fotonidiffusi dal supporto

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Misurazioni eseguite a distanze <dr

22iiigeomsirrp ddPdPMdMddM

Si sfrutta l’uguaglianza: 22rrpiip ddMddM cost

Dalle n misure si ricavano

la costante

e (n-1) valori di Ms.

Sostituendo la media

di questi valori nelle n equazioni

si ricavano n valori di Mp(dr)

la cui media fornisce

la migliore stima di

2rrp ddM cost

sM

rp dM

rK

Si ripetono n misurazioni a distanzedi sufficientemente vicine in modotale da poter considerare costanteil contributo della diffusione Ms(di) = Ms

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Determinazione indiretta di rK

Purché si adotti la stessa configurazione sperimentale utilizzata per la sua taratura,il dosimetro di uso corrente può essereimpiegato per determinare il relativoad ogni nuova sorgente dello stessoradionuclide ed uguale geometria di quellautilizzata per ricavare

sorgKrN

rK

È indicata, per esempio, percaratterizzare sorgenti abreve emivita (OSS: ogni nuova sorgente

deve essere caratterizzata

prima dell’uso clinico)

Consiste in una procedura semplificata cheutilizza un dosimetro di uso corrente.

È costituito da un elettrometro,un alimentatore ed una camera aionizzazione a pozzetto oppure di geometria sferica o cilindrica(anche la stessa associata aldosimetro di riferimento).

Una volta determinato il con undosimetro di riferimento, essa viene utilizza per ricavare il fattore di taratura del dosimetro di uso corrente

tM

KN rsorgKr

rK

Si inverte la per ricavare a partire da

sorgK r

NrK

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CEN

TR

O

PR

IMA

RIO

Uso clinicodella sorgenteDeterminazione diretta di

t

NdMK

sorgKrp

r

Taratura del dosimetro di uso corrente:tM

KN rsorg

K r

sorg

rKr Nt

MK

Determinazione indiretta di

Uso clinicodella sorgenteC

EN

TR

O D

I R

AD

IOTER

AP

IAsorgKNTaratura del dosimetro di riferimento:

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I sistemi tradizionali per i piani di trattamento sonobasati sull’approssimazione di sorgente puntiforme.

S(d) relativa all’acqua per l’iridio-192

Calcolo del rateo di dose in un mezzo omogeneo

Dose assorbita in una piccola massa di tessuto m alla distanza d dalla sorgente qualora tra sorgente e punto di assorbimento ci fosse il vuoto:

m

air

trrrm d

dKgdD

2

1

è generalmente rappresentato da unpolinomio del 3zo o 4to ordine in d.

Se invece la sorgente è“immersa” nel tessuto:

m

air

trrrm d

ddSKgdD

2

1

Fattore diattenuazionedel tessuto

vuotonelmisuratatessutoneldose

tessutonelmisuratatessutoneldose

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Protocollo dell’AAPM Task Group 43

sono grandezze relative ricavate per ogni specificasorgente d’interesse dalla valutazione sperimentaleo numerica (mediante simulazioni Monte Carlo) delladistribuzione di dose prodotta in un fantocciotessuto equivalente.

La distribuzione bidimensionaledi dose viene descritta in unsistema di coordinate polari:

)(,,

,,,

0000 dgdF

dG

dGdDKdD

rKr

Ha implementato i sistemi commercialiper i piani di trattamento con l’introduzionedell’approssimazione di sorgente lineare.

angolo rispettoall’asse longitudinaledella sorgente(θ0 π/2)

distanza dal centrodella sorgente(d01 cm)

Pto di riferimento posto a1 cm dal centro della sorgentesull’asse trasverso bisettore

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La funzione di geometria G(d,θ)descrive la distribuzione dellafluenza di fotoni nel vuoto attornoalla parte attiva della sorgente

sin

1 2

Ld

d

nell’approssimazione di sorgente puntiforme

“ “ lineare di lunghezza L

r

K K

dDdD

r

0000

,,

Costante di dose

dà il rateo di dose in P(d0, θ0)

per una sorgente con unitario

rK

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descrive la variazione di lungo l’assetrasverso bisettore della sorgente dovuta all’attenuazione e diffusione dei fotoni nel materiale costituente la sorgente, nella capsula sigillante e nel tessuto (g(d0)=1).

D

Funzione radiale

000

000

000

000

,,

,,

,,

,,)(

dDKdG

dGdD

dDdG

dGdDdg

rKr

0dS

dSdg OSS:

20

Entro le brevi distanze di interesse per iltrattamento, l’attenuazione nel tessuto ècompensata dal buidup di dose per energiadei fotoni >300 keV, è invece rilevante perenergia dei fotoni ≤ 30 keV.

La dose prodotta dalle sorgentibrachiterapiche con le emissioni piùenergetiche decresce col quadratodella distanza dalla sorgente.

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Funzione di anisotropia 0

0

,,

,,,

dDdG

dGdDdF

descrive la variazione di rispetto al pianotrasverso bisettore dovuta all’attenuazionee diffusione dei fotoni nel materialecostituente la sorgente, nella capsulasigillante e nel tessuto (F(d, θ0)=1).

D

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OSS: perché sia possibile un calcolo accurato

di (attualmente viene richiesta un’incertezza ≤ 3%) è indispensabile la determinazione accurata di .

D

rK

Costante gamma (costante del rate dikerma): sebbene sia una grandezza fisicaben definita, non ha un effettivo ruolo nella dosimetria delle sorgenti calibrate.

L’utente può scegliere peressa un valore diverso daquello scelto dal venditore.

Il suo uso può dar luogo ad unsignificativo errore dosimetrico.

In passato le sorgenti brachiterapichevenivano caratterizzate spesso intermini di Attività apparente K

rapp

KA

attività di una sorgente puntiformee non schermata che dà luogo ad un valore di uguale a quello della sorgente effettiva [Aapp] =Bq.

rK