Caracterización de Detectores Mosfet para Dosimetría In Vivo de

Caracterización de Detectores Mosfet para Dosimetría In Vivo de

Revista Colombiana de Física, vol. 40, No. 1, Abril 2008
Caracterización de Detectores Mosfet para Dosimetría In Vivo de
Pacientes de Radioterapia
Z. Valderrama1 , H. Machado2, MC. Plazas1
1
Universidad Nacional de Colombia, Departamento de Física, sede Bogotá.
Instituto Nacional de Cancerología E.S.E, Grupo de Física Médica, Bogotá.
2
Recibido 22 de Oct. 2007; Aceptado 3 de Mar. 2008; Publicado en línea 15 de Abr. 2008
Resumen
La dosimetría con detectores tipo MOSFET permite verificar la dosis recibida por un paciente, cuantificando la sub o sobredosificación al inicio del tratamiento de radioterapia o durante el proceso del mismo de modo que las correcciones puedan ser hechas en fracciones posteriores. Esto contribuye a la evaluación de incertidumbres en la planeación dosimétrica y
entrega de dosis en el tejido blanco y en los órganos de riesgo; así como también permite detectar posibles anomalías en el
funcionamiento de los equipos emisores de radiaciones ionizantes. El propósito de este trabajo es mostrar la viabilidad de
una rutina de dosimetría usando detectores MOSFET. Para alcanzar este propósito, se determinaron las características de
respuesta de los MOSFET usando un haz de fotones de 6MV.
Palabras claves: MOSFET (Metal Oxide Silicon Field Effect Transistors), radiaciones ionizantes, dosimetría.
Abstract
The dosimetry with MOSFET detectors allows us to verify the dose received by a patient, detecting a possible sub or over
dosage at the beginning of the radiation treatment or during the course of it. In such a way, those corrections can be made
on subsequent fractions. This contributes to the evaluation of uncertainties on the planning and delivery of dose to the target volume and organs at risk. At the same time, it allows to detect possible abnormalities on the operation of radiation
emitting equipment. The purpose of this work is to show the viability of a quality assurance routine using a Mosfet system.
To reach the goal, Mosfet detectors response characteristics were determined by means of a 6MV beam.
Key Words: MOSFET, ionizing radiations, dosimetry.
© 2008 Revista Colombiana de Física. Todos los derechos reservados.
1. Introducción
La dosis de radiación suministrada a un paciente durante su
tratamiento de radioterapia es importante cuando existen
órganos de riesgo. De hecho, en algunos tratamientos de
radioterapia es importante conocer la dosis en un órgano
específico, debido a los posibles daños inducidos por la
radiación. El Organismo Internacional de Energía Atómica
ha tenido una permanente preocupación porque la dosis
prescrita por el médico sea la dosis entregada durante el
tratamiento, es por esta razón que adelanta programas de
intercomparación postal de dosis.
Un sistema de dosimetría es una herramienta que permite
evaluar la precisión y la exactitud del tratamiento prescrito
garantizando la calidad del mismo. Para la implementación
de este tipo de sistema es necesario utilizar detectores de
radiación a fin de conocer la dosis que recibe el paciente en
un punto dado. Este documento presenta la evaluación
dosimétrica de detectores MOSFET para usarlos en dosimetría in vivo de pacientes. Se verifica la linealidad de la
dosis, la reproducibilidad, la respuesta de los detectores a
diferentes tamaños de campo, diferentes distancias fuentesuperficie, uso de cuñas y la dependencia angular.
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Z. Valderrama et al.: Caracterización de Detectores Mosfet para Dosimetria In Vivo de Pacientes de Radioterapia
Los detectores MOSFET son transistores de efecto de campo que contienen dos regiones tipo p, llamadas fuente y
drenaje y una región de tipo n entre ambas, llamada canal.
Encima del canal se encuentra una capa delgada de dióxido
de silicio, no conductor, sobre la cual va otra capa de oxido
llamada gate. Los electrones fluyen desde la fuente hasta el
drenaje cuando se aplica una tensión al gate (tensión de
polarización directa), de esta manera, el gate que actúa
como un conmutador de control, conectando y desconectando el MOSFET.
La radiación absorbida por un MOSFET produce un permanente cambio en su voltaje umbral debido a las cargas
atrapadas en el gate. Este cambio del voltaje es proporcional
a la dosis. La sensibilidad del voltaje umbral de MOSFET
es una función del gate durante la radiación y su sensibilidad es típicamente de 1 a 3 mV/cGy.
3. Resultados
La calibración normalmente incluye primero la determinación de un factor de calibración llamado, Ncal, en las condiciones de la referencia, y segundo, la medida de factores de
corrección, K, para obtener la dosis de la entrada cuando
las condiciones de irradiación difieren de las condiciones de
la referencia. Por esto, se definen inicialmente las condiciones de referencia para la irradiación de los detectores Mosfet dadas en la Fig 1, para un campo de 10cmx10cm.
Los detectores son calibrados comparando su respuesta,
cuando son colocados sobre la superficie de un maniquí en
el eje del haz, con la dosis medida por una cámara de ionización colocada a la profundidad de dosis máxima. A partir
de esta comparación se calcula el llamado factor de calibración Ncal, dado por:
aquel que no necesita un factor de corrección K=1. Es usual
en dosimetría in vivo considerar que los factores de corrección K son independientes uno del otro. Por consiguiente,
para cada K una única condición de referencia es cambiada,
por ejemplo, para Kfield el único parámetro cambiado es el
tamaño de campo
5. Linealidad
En la Fig 3, se presenta la verificación de la linealidad en la
respuesta del Mosfet en función de la dosis de radiación, en
un rango de 50 a 600 cGy.
6. Dependencia Angular.
La Fig. 4. presenta la dependencia angular, para la cual el
volumen sensible del Mosfet se localizó en el isocentro con
el eje del haz incidiendo transversalmente sobre la capa de
build up que permite el equilibrio electrónico del Mosfet. Se
giro el gantry a diferentes ángulos desde 0 hasta 360 grados,
tomando medidas cada 15 grados en sentido de las manecillas del reloj. Para evitar la contaminación electrónica generada por la camilla, los detectores Mosfet se colocaron a
15 cm del extremo de la camilla, de tal forma que el tamaño de campo usado (10cmx10cm) desbordara y no tocara la
camilla.
DFS=100cm
Build up
Detectores
Profundidad de
Referencia (5cm)
Cámara de
Ionización
N cal =
D0
M
⎛ SSD − d s ⎞
⎟⎟
⎜⎜
⎝ SSD + d max ⎠
−2
K pl = 1,03 mV
cGy
(1)
Donde Do= (D/PDD)*100, ds= 0.66mm la distancia de la
superficie del phantom al centro del volumen sensible del
detector, M es la lectura del detector Mosfet y Kpl es el
factor que relaciona las mediadas hechas en agua con la
medidas hechas con las laminas de PMMA.
Fig.1 Condiciones de Referencia para la Irradiación de los Detectores
54
52
Se realizó un chequeo de la reproducibilidad (Fig.2) para
cada uno de los detectores con una dosis de 50cGy en las
condiciones de referencia de la Fig. 1. Como resultado se
presentó una desviación menor de 2%, con un nivel de confianza del 98%.
Los factores de corrección están definidos como la razón de
la cámara de ionización y la lectura de los detectores para
una situación clínica normalizada a la misma razón para las
condiciones de referencia. Un detector in vivo ideal debe ser
Lectura (mV)
4. Reproducibilidad.
50
48
46
A1
A2
A3
A4
A5
Detectores Mosfet
Fig.2 Estudio de la reproducibilidad de los detectores Mosfet.
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rev. col. fís.(c), vol. 40, No. 1, (2008)
7. Dependencia con el Tamaño de Campo.
1,10
1,08
K lin
1,06
1,04
⎛M0 ⎞
⎜⎜ D ⎟⎟
⎝ 0 ⎠ 50 cGy
=
⎛M ⎞
⎟
⎜
⎝ D ⎠ x cGy
La figura 5 presenta los factores de corrección Kfield cuando
la respuesta del Mosfet es comparada con la respuesta de la
cámara de ionización para diferentes aberturas del colimador.
Klineal
1,02
8. Dependencia con la Distancia Fuente Superficie.
1,00
La corrección SSD es necesaria para verificar la ley del
inverso cuadrado entre la profundidad de dosis máxima y la
posición del volumen activo del detector. La Tabla No 1
muestra los factores de corrección para SSD extendidas,
normalizadas a una SSD de 100cm.
0,98
0,96
0,94
0,92
0,90
0
100
200
300
400
500
Tabla No.1 Factor de Corrección para diferentes distancias fuente
superficie, normalizada a 100 cm
600
Dosis (cGy)
SSD →
A1
Fig.3 Factor de Corrección para la linealidad de la respuesta del
Mosfet en función de la dosis
0
1,2
Kangular
330
30
1,0
0,8
300
0,6
60
90[cm]
0,99
95[cm]
1,03
100[cm]
1
110[cm]
1,02
120[cm]
1,02
A2
0,98
1,02
1
0,99
0,99
A3
1,01
0,98
1
1,02
1,01
A4
1,02
0,99
1
1,01
1,01
A5
0,99
1,02
1
1,02
1,01
0,4
Factor de Corrección de Bandeja y Cuñas.
0,2
0,0
90
270
0,2
0,4
0,6
240
120
DFI= 1m
0,8
Icopor
1,0
210
1,2
MOSFET
150
15 cm
180
Fig.4. Dependencia Angular con el Mosfet en dirección perpendicular al eje del haz
El cálculo de este factor es necesario para los casos en donde se necesitan bloques de un material atenuador para proteger órganos de riesgo, estos bloques se colocan sobre una
bandeja, la cual incide en la respuesta del detector. La tabla
2 muestra los factores de corrección para las diferentes
cuñas y bandejas usadas comúnmente en tratamiento de
radioterapia.
Tabla No.2 Factor de Corrección para diferentes distancias fuente
superficie, normalizada a 100 cm.
1,10
Cuña o
Bandeja
15R
15L
30R
30L
45R
45L
60R
60L
Bhuecos
Branura
Blisa
1,08
1,06
1,04
Kfield
1,02
1,00
0,98
0,96
0,94
0,92
Kwedge
1
1,02
1,03
0,99
1,03
0,99
1,03
1
1,01
0,98
1,02
0,90
5
10
15
20
25
30
35
Conclusiones
Tamaño Campo
Fig.4 Dependencia con el tamaño del campo, normalizado a un
campo de referencia de 10cmx10cm. Se muestra las lecturas de
cada Mosfet.
Las medidas ejecutadas mostraron que los MOSFET presentan
ventajas tales como: la lectura en tiempo real y permanente
almacenamiento de la dosis total de radiación, comportamiento
estable frente a los diferentes parámetros y simetría en cuanto
a la variación angular de haz incidente. Para un sistema de
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Z. Valderrama et al.: Caracterización de Detectores Mosfet para Dosimetria In Vivo de Pacientes de Radioterapia
dosimetría son adecuados por su gran estabilidad, precisión y
su pequeño tamaño permite conocer la dosis en puntos críticos.
La disponibilidad y fácil uso de estos detectores hace que sean
muy promisorios en dosimetría clínica.
Referencias
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
H. Halvorsen. Dosimetric evaluation of a new design MOSFET in vivo dosimeter. Medical. Physics,Vol. 32, No. 1, Enero 2005.
Paolo Scalchia, et al. Characterization of a new MOSFET
detector configuration for in vivo skin dosimetry. Medical
Physics, Vol. 32, No. 6, June 2005.
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Med. Biol. 49, 4031-4048. Agosto 2004.
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diodes for entrance in vivo dosimetry in 18 MV x-ray beams.
Medical Physics, Vol. 31, No. 9, September 2004.
M Soubra J. Cygler, ‘‘Evaluation of a dual bias dual metal
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