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Rev Cubana Oncol 1996;12(2)
Hospital Provincial de Santa Clara. Servicio de Oncología

Calibración en maniquí de un equipo de alta tasa de dosis por carga remota

Ing. Rodolfo Alfonso La Guardia,1 Lic. Pablo Toledo Jiménez2 y Dr. Víctor Pich León3

RESUMEN

El empleo de la braquiterapia de Alta Tasa de Dosis (HDR) en Cuba se ha enmarcado a las instalaciones de fabricación soviética AGAT-V. Con vista a la calibración para su uso clínico de una de estas instalaciones, se desarrolló un procedimiento basado en la medición directa de la dosis absorbida en punto de referencia B de un maniquí de parafina. Se muestran los resultados obtenidos de la calibración. Se realizó a partir de éstos la evaluación de las dosis efectivas impartidas en punto de prescripción A mediante el empleo del modelo Lineal-Cuadrático.

Palabras clave: MANIQUIES; BRAQUITERAPIA/instrumentación; CALIBRACION; CUBA.

INTRODUCCION

La experiencia cubana en el uso de la braquiterapia con Altas Tasas de Dosis (HDR) esta basada en la explotación de instalaciones tipo AGAT-V de fabricación soviética, las cuales utilizan como fuente de radiación cápsulas de Co-60. Estos equipos por el elevado valor de la tasa de dosis y la energía de la radiación gamma emitida, pueden significar un alto riesgo radiológico, tanto para el paciente como para el personal que labora con el equipo, de no observarse las medidas de radioprotección previstas.

El objetivo principal de este trabajo radica en la calibración dosimétrica del equipo AGAT-V del Servicio de Oncología del Hospital Provincial de Santa Clara (viejo), el cual no se encontraba en uso clínico por no disponerse de los certificados de calibración de las fuentes de Co-60.

Dada la elevada tasa de la dosis en los puntos de prescripción de ésta, se estimó adecuado realizar una evaluación de las dosis biológicamente efectivas que se recibiría en estos puntos, para lo cual se recomienda el empleo del modelo radiobiológico Lineal-Cuadrático.

MATERIAL Y METODO

Descripción de la instalación

El AGAT-V es una instalación para braquiterapia intracavitaria por carga diferida remota, la cual, como veremos más adelante, clasifica como un sistema HDR. Esta instalación consta de un pupitre de mando a distancia y un sistema neumático que permite el traslado de la fuente seleccionada en los aplicadores. El equipo consta de siete fuentes de Co-60 selladas doblemente en cápsulas de acero inoxidable, situadas en un contenedor blindado que forma parte del sistema neumático, todo ésto ubicado en la unidad de irradiación, la cual se encuentra en el local de tratamiento. Estas están distribuidas en tres compartimentos de dicho contenedor, cinco de ellas en el compartimento central y el resto en cada uno de los laterales. Cada compartimento funciona como un sistema independiente con su correspondiente manguera, de manera que se puede seleccionar un número diferente de fuentes y geometría de irradiación.

La instalación posee diferentes tipos de aplicadores intracavitarios, pero en este trabajo, por interés clínico, sólo fue evaluado el aplicador para cérvix uterino, el cual es una variante del sistema de Fletcher, que permite dadas las características de la instalación, variar el número de fuentes en el tubo uterino, así como la configuración de los colpostatos vaginales respecto a éste.

Dosimetría Clínica

El fabricante del AGAT-V suministra las cartas de isodosis para las diferentes configuraciones geométricas del aplicador uterino, las cuales vienen definidas por la nomenclatura esquematizada en la figura.

Fig.

El sistema dosimétrico que recomienda el fabricante para la prescripción y reporte de las dosis impartidas se basa en el Sistema Manchester (Paterson & Parker 1934), respetando la ubicación de los puntos de referencia A y B. Las curvas de las cartas de isodosis suministradas por el fabricante se encuentran normalizadas al 10 % respecto al punto A. Cada carta reporta a su vez un valor absoluto nominal de dosis absorbida en el punto A (DA), para el caso en que cada una de las fuentes de Co-60 que se emplean en el aplicador produzca una tasa de exposición a 1 m de la fuente (Xlm) de 10-5R/seg.

El procedimiento recomendado por el fabricante (Gammaterapia Intracavitaria de Cáncer de Cuello de Utero en el Aparato Gammaterapéutico AGAT-V"; Recomendaciones Metodológicas; Moscú, 1974) para la determinación del valor absoluto real de DA se basa en disponer del certificado de calibración de las fuentes con el valor de Xlm. De esta manera se determina un factor de corrección de DA definido como:

K = Xlm / 10-5 (1)

por lo tanto la dosis absorbida en A para cada configuración geométrica se obtiene como:

DiA(real) = DiA(nominal) K (2)

donde i representa una configuración geométrica dada.

En el caso de la instalación analizada no se dispone de los certificados de calibración de las fuentes, por lo que el procedimiento anterior no era posible aplicarlo.

Determinación de la intensidad de las fuentes

La especificación de la intensidad de las fuentes de braquiterapia, según las recomendaciones internacionales (1,2) se debe realizar en termino de tasa de Kerma en aire a 1 m de la fuente, corregida por la atenuación en aire y la dispersión.

Por otra parte vemos que existen diferentes métodos para la determinación de la intensidad de las fuentes.3

  1. calibración en un Laboratorio Patrón.
  2. medición en aire de la Kerma en el seno de aire con una cámara de ionización que posea un factor de calibración de Kerma en aire o exposición determinado por un Laboratorio Patrón.
  3. medición en maniquí del agua (o plástico equivalente al agua) de la Kerma en aire a distancia corta de la fuente (5 cm) usando una cámara de ionización como la del punto b.
  4. medición con una cámara de ionización de pozo que ha sido calibrada en un Laboratorio Patrón.
De ellos los mas utilizados para la calibración de las fuentes de HDR son los correspondientes a los puntos b y c. En estudios comparativos entre estos dos métodos4 se ha observado que ambos son reproducibles y concuerdan sus resultados dentro del 1 %, siempre que las correcciones correspondientes sean tomadas en consideración.

En nuestro caso el sistema de medición de que se disponía era en base a diodo de Si para dosimetría in vivo, el cual había sido directamente calibrado contra un dosímetro Patrón Secundario NPL2560/2561 en términos de dosis absorbida en agua; por lo tanto ninguno de los métodos anteriores se ajustaba adecuadamente a este sistema. No obstante, la estimación de la dosis absorbida en agua en las cercanías de la fuente (punto A en el sistema AGAT-V) a partir de la tasa de Kerma en aire a 1 m de distancia, requiere la introducción de una serie de correcciones que incrementan la incertidumbre de la dosis calculada en este punto.

Por todo lo anterior, se decidió realizar la medición directa de la tasa de dosis absorbida en el punto B (DB) mediante la metrología en el maniquí. Con este fin se construyó un maniquí de parafina de dimensiones 20x20x20 cm3. En el plano central de éste se fijo un aplicador uterino de configuración 1-x/ 3-1. Se perforó un canal para la colocación del diodo en el punto de referencia B; se seleccionó el punto B ya que como se observa en la relación entre la incertidumbre relativa de la dosis DD/D y el error de posicionamiento Dr:

DD/D = 2 Dr/r (3)

r representa la distancia fuente-diodo, en la medida que se incrementa la distancia r se reduce el error de la dosis por esta causa. En nuestro maniquí se estimo que la incertidumbre en la colocación del diodo estaba en el orden de 0,5 mm, de manera que al evaluar en (3) tendríamos que:

en punto A (r = 2 cm): DD/D = 5 %

en punto B (r = 5 cm): DD/D = 2 %

Los valores de DA se pueden calcular entonces a partir de la relación de la dosis porcentual obtenida mediante interpolación en la carta de isodosis correspondiente a la configuración geométrica medida:

DiA(real)=DiB(medido)(DA/DB)inominal (4)

Debido a que el fabricante oferta 25 posibles configuraciones geométricas del aplicador uterino, con sus correspondientes cartas de isodosis, no era factible construir un maniquí para cada una de ellas. Para las configuraciones escogidas (1-3/3-1 y 1-4/3-1) se midió DiB, tanto con los colpostatos vaginales cargados, como sin carga. Luego, a partir de (4) se puede obtener DiA(real), con el cual de (2) se determina el valor experimental de K para cada configuración medida. El valor de K promediado resultante permite corregir todos los valores de DiA de cada carta de isodosis.

Radiobiología

La experiencia clínica de braquiterapia de cérvix uterino acumulada, está basada en el empleo de sistemas donde la tasa de las dosis en los puntos de prescripción (punto A en nuestro caso) cae en el rango de 0,4 a 2,0 Gy/h.1 Estos sistemas son conocidos como de Baja Tasa de Dosis (Low Dose Rate, LDR). Cuando la tasa de las dosis en los puntos de prescripción es tal que el tiempo de exposición en corto respecto a la reparación del daño subletal, es decir, menor de una hora, se habla de sistemas HDR.5 Esto corresponde a valores superiores a 20 cGy/min (12 Gy/h). La experiencia clínica con LDR no es extrapolable a los sistemas de HDR, ya que los efectos biológicos tanto en el tumor como en el tejido sano, difieren significativamente para iguales valores de la dosis-tumor total.

Con el objetivo de buscar esquemas de tratamiento equivalentes de HDR y LDR se han desarrollado diversos modelos radiobiológicos, pero el mas aceptado para este fin es el lineal- -cuadrático.6 Para buscar esquemas equivalentes se emplea el término de Dosis Biológica Efectiva (BED), para HDR con fracciones iguales, separadas entre si por mas de seis horas tenemos que:

BED = D x RE (5)

donde RE: Efectividad Relativa de la radiación,

RE = 1 + d/(a/b) (6)

donde: D: dosis total (D = nd)
d: dosis por fracción
n: número de fracciones a/b: parámetro que caracteriza el tipo de tejido (a/b ³ 10 para tejidos de efecto temprano o tumores; a/b £ 5 para tejidos de efectos tardíos, a/b = 2-3 para útero). Para el modelo de irradiación continua, que se aplica a LDR, tenemos que:

RE = 1 + gd/( a/b) (7)

donde: g=2[1-(1-exp(-mT)/ mT]/ mT (8)

m = 0,693/T1/2 es la tasa de reparación celular,

T1/2: período de semi-reparación (se asume 1,5 horas).

Debido a una cuidadosa observación clínica seguida de muchas autocorrecciones, los tratamientos tradicionales con LDR de 50 a 60 cGy/h presentan similares valores de RE que los tratamientos de teleterapia con dosis por fracción de 200 cGy. Esto significa que para estas tasas de dosis se pueden sumar las dosis de tele- y braquiterapia en los puntos de interés. El valor de RE estimado según7 es de 1,2 para efectos tempranos y tumores, mientras que para efectos tardíos es de 1,7. La práctica radioterapéutica se ha habituado a estos valores de efectividad relativa de la radiación para el control tumoral respecto a las complicaciones tardías. Ahora bien, ambos valores de RE para tratamientos con HDR son superiores a los de LDR; no obstante, mientras que para efectos tempranos y tumores el RE se incrementa en un 33 % a un 50 % con dosis por fracción de 6-8 Gy, para efectos tardíos el aumento es del 100 %. Dado que las dosis totales son inversamente proporcionales al RE, esto significa que un tratamiento con LDR para dar 60 Gy en 120 horas produciría biológicamente el mismo resultado que cinco aplicaciones HDR de 810 cGy cada una si se desea obtener el mismo control tumoral. Sin embargo, si el criterio fuera que el nivel de complicaciones sería el mismo, se necesitarían cinco aplicaciones HDR de sólo 650 cGy cada una. Si escogemos alguno de estos extremos se corre el riesgo de dar una sobredosis del 25 % a los tejidos de respuesta tardía o una subdosis del 20 % al tumor, respectivamente.

Este problema se acentúa cuando las dosis por fracción en HDR se incrementan.

RESULTADOS

Como resultado de las mediciones en el maniquí de parafina se obtuvieron los valores de DiA y DiB que aparecen en la tabla 1.
TABLA 1. Resultados de las mediciones en el maniquí
 
Tasa de dosis absorbida
 
Configuración 
[cGy/min]
Factor de corrección
Geométrica "T" 
DiB
DiA
K
Ovoides cargados      
1-3/3-1 
10,1
40,8
10,3
1-4/3-1
10,9
43,3
10,12
Ovoides descargados      
1-3/3-1
8,45
31,0
10,09
1-4/3-1
9,45
34,3
10,12
 Promedio: 10,15

Tomando en consideración los errores debidos a la calibración de diodo (+ 2,5 %) y su posicionamiento en el maniquí (+ 2 %), así como a la interpolación de las curvas de las cartas de isodosis (+ 2 %), se estimó que la incertidumbre del valor de K está en el orden del + 4 % (1s).

Como se puede apreciar en la tabla 1, los valores de tasa de dosis en punto A corresponden al rango de HDR; por esta razón se evalúo según el modelo Lineal-Cuadrático el tratamiento con el AGAT-V equivalente al impartido con el sistema Amersham de LDR, con el cual se tiene una larga experiencia en el Departamento de Radioterapia del INOR. Con el objeto de comparar se escogió un tratamiento en el que se prescriba una dosis efectiva de 50 Gy en punto A, considerando irradiación continua a LDR, así como irradiación fraccionada a HDR. Los resultados se muestran en la tabla 2.

TABLA 2. Comparación de tratamientos con equipo AGAT-V y con sistema Amersham

 
Amersham AGAT-V
(Santa Clara)
Parámetro 
(INOR)
n=5
n=10
n=25
a) Tasa de dosis en punto A 
0,5 Gy/h
24 Gy/h
24 Gy/h
24 Gy/h
b) Tiempo de irradiación para 50 Gy dosis total
100 horas
2,08 horas
2,08 horas
2,08 horas
c) Dosis total para dar una dosis efectiva de 50 Gy*
48 Gy
35 Gy
43 Gy
51 Gy
d) Tiempo para dar una dosis efectiva de 50 Gy
96 horas
1,2 horas
1,58 horas
2,12 horas
e) Discrepancia entre "b" y "d" 
+ 4 %
+ 42 %
+ 16 %
- 2 %
* Para el cálculo de las dosis efectivas se empleó un a/b = 3.

DISCUSION

Como se puede observar, las dosis totales impartidas con el equipo AGAT-V deben ser reducidas en la medida que el número de aplicaciones "n" se reduce. Se nota que para las aplicaciones con dosis por fracción de 2 Gy prácticamente no hay diferencias entre la dosis total y la efectiva, pero evidentemente esta opción no es práctica.

La calibración en maniquí nos ha permitido medir directamente los valores de dosis absorbida en puntos de interés clínico, lo cual reduce la incertidumbre global de la medición respecto a los otros métodos de calibración recomendados,3 al no tener que emplear una serie de factores de corrección que son inevitablemente portadores de errores; por ejemplo, en la calibración en aire, el aporte de la dispersión del local es difícil de estimar con la exactitud requerida. Desde el punto de vista práctico el método presentado resulta ventajoso, ya que el maniquí utilizado es sencillo y puede ser construido en cualquier unidad de braquiterapia con un mínimo de recursos.

Podemos concluir que el método de calibración empleado ofrece resultados adecuados, siempre que se garantice una pequeña incertidumbre en el posicionamiento tanto del detector como del aplicador; además, puede ser extendido a todas las unidades de braquiterapia del país que disponen de equipos de Alta Tasa de Dosis con carga remota, pues los dosímetros en base a diodos de silicio son en general menos costosos y más resistentes que los basados en cámaras de ionización.

SUMMARY

The use of High Dose Rate brachytehrapy in Cuba has been limited to AGAT-V Soviet installations. In order to calibrate one of these installations for its clinical use, it was developed a procedure based on the direct measurement of the dose absorbed in referral point B of a paraffin manikin. Results obtained as a result of calibration are shown. According to these results, it was carried out an evaluation of the effective doses administered on prescription point A by using the linear quadratic model.

Key words: MANIKIN, BRACHYTHERAPY/instrumentation; CALIBRATION; CUBA.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

  1. ICRU. Dose and Volume Specification for Reporting Intracavitary Therapy in Gynecology: International Commission on Radiation Units and Measurements. 1985;Report 38:4-5.
  2. Dutreix A, Chassagne D, Ash D et al. ICRU Recommendations on dose and Volume Specification for Reporting Interstitial Therapy: Measurement Assurance in Dosimetry. Vienna, 1994;277-87.
  3. Meertens H. Physics: Brachytherapy 2, The Hague, 1988;605-8.
  4. Ezzel GA. Evaluation of Calibration Techniques for the MicroSelectron-HDR:Brachytherapy 2, The Hague, 1988,62-70.
  5. Fowler JF. The Radiobiology of Radiotherapy: Brachytherapy HDR & LDR, Michigan, 1989,121-37.
  6. . The linear quadratic formula and progress in fractionated radiotherapy a review. Brit J Radiology 1989;62:679-94.
Recibido: 29 de septiembre de 1995. Aprobado: 13 de noviembre de 1995.

Ing. Rodolfo Alfonso. Instituto de Oncología y Radiobiología. Calle 29 esq. E, Vedado, Ciudad de La Habana.

1 Investigador Agregado. Instituto Nacional de Oncología y Radiobiología (INOR).
2 Especialista en Física Médica. Hospital Provincial de Santa Clara (viejo).
3 Especialista de I Grado en Oncología. Hospital Provincial de Santa Clara (viejo).

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