Haces de Electrones en Radioterapia
Porcentaje de Dosis en Profundidad (PPD) y Dependencia de la Energía del Haz
En los aceleradores modernos, el porcentaje de dosis en superficie aumenta a medida que aumenta la energía. Así, para haces de 6 MeV, el porcentaje de dosis en superficie es de aprox. 70-75%, y es de aprox. un 95% para haces de 20 MeV (Tabla 7.1).
Esto ocurre porque los electrones de energías menores son dispersados en ángulos más abiertos o amplios en comparación con los electrones de mayor energía. De esta manera, a la profundidad de Zmax, la energía de los electrones será menor como resultado del total de scattering (dispersión) producido en superficie y, por lo tanto, el scattering será mayor.
El porcentaje de dosis en profundidad en el eje central para haces de menor energía disminuye más rápidamente después de la dosis del 90%.
Dependencia con el Tamaño de Campo y la Distancia Fuente-Superficie (SSD)
- Hay cambios significativos en el porcentaje de dosis en el eje central con cambios en el tamaño de campo cuando el tamaño del campo disminuye a valores menores que el rango práctico del haz.
Para todos los haces en que ocurra esta situación, hay un cambio en el Zmax y las isodosis del 85-90% se mueven hacia la superficie con la disminución del tamaño de campo (Fig. 7.4).
- El porcentaje de dosis en profundidad en el eje central para haces de energías mayores es pobremente dependiente de la SSD (Fig. 7.5).
Cambios en la Forma de las Curvas de Isodosis
Efecto de la Distancia Fuente-Superficie (SSD)
La Fig. 7.8 muestra el cambio en la forma de la curva con variaciones en la SSD.
Cerca de la superficie, las líneas de isodosis menores al 50% se extienden mucho más allá del borde del campo en comparación con lo que vemos con SSD de 100 cm.
Las líneas de isodosis mayores al 50% cambian marcadamente: el ancho del campo disminuye al aumentar la SSD, pero, paradójicamente, hay mayor contribución por fuera del borde del campo.
Efecto del Ángulo de Incidencia del Haz
Con incidencias mayores a 30 grados, hay cambios significativos en la forma de las curvas de isodosis en el eje central.
A medida que aumenta el ángulo, la profundidad de Zmax disminuye.
En el eje central, con pequeños aumentos de angulación, no hay cambios notorios en el rango práctico.
Pero con angulaciones mayores a 60 grados, la forma de la curva y el Zmax cambian significativamente en el eje central (Fig. 7.9).
Efectos de la Interacción del Haz con el Medio
Superficies Irregulares
Superficies irregulares en la piel en zonas como nariz, ojos, orejas, canal auditivo, así como escisiones quirúrgicas, producen cambios abruptos, como vemos en la Fig. 7.11.
Este efecto puede ser disminuido con el uso de Bolus.
Efecto de la Inhomogeneidad del Tejido
La inhomogeneidad está referida a cavidades aéreas (principalmente en zonas como cabeza y cuello), pulmones y hueso.
La distribución de la dosis en profundidad depende de la densidad electrónica (e/cm³). Ya que el número de electrones por gramo es el mismo para todos los materiales, será la densidad física (g/cm³) la que determinará la profundidad de penetración del haz.
$$\text{Z}_{agua} = \text{Z}_{medio} \times \text{densidad}_{medio}$$
Donde Z será la profundidad a la que llegará. Por lo tanto, si sabemos cuánto alcanza un haz en agua, podemos saber a cuánto llegará en un medio de diferente densidad física.
Por ejemplo, un haz que avanza 1 cm en tejido de densidad igual al agua alcanzará 4 cm en pulmón de densidad física 0.25 g/cm³ (Fig. 7.13).
- Hueso esponjoso (como esternón) tiene una densidad entre 1.0-1.10 g/cm³.
- Hueso duro (mandíbula, cráneo, huesos de soporte) es de 1.5-1.8 g/cm³.
Por lo tanto, en hueso habrá mayor atenuación.
Pero la situación se complica en las zonas de interfase (Fig. 7.14).
En la Fig. 7.14, vemos que en el borde del hueso hay un aumento del 5%, lo que es aún mayor con haces de 6 MeV si lo comparamos con haces de 9 MeV. Esta situación se da en la parrilla costal en las transiciones de costilla y tejido intercostal.
Cavidades Aéreas
La densidad del aire es 0.0013 g/cm³, por lo que la situación es aún más compleja.
Consideraciones en Campos de Radioterapia con Electrones
En la práctica clínica, se utilizan haces de electrones para tratamientos donde es necesario entregar una buena dosis en superficie y tener una abrupta caída en profundidad.
- Se aprovecha el conocimiento de que con cada energía de electrones tendremos un rango práctico y un alcance máximo.
- Hay una zona de dosis más o menos uniforme seguida de una caída abrupta, lo que es una ventaja en comparación con los rayos X.
- Esta ventaja tiende a desaparecer con el aumento de la energía.
- En rangos mayores de energía hay contaminación con rayos X.
- La profundidad en centímetros a la cual los electrones entregan una dosis de entre un 80-90% es aproximadamente igual a un tercio o un cuarto de la energía de los electrones en MeV. Así, electrones de 13 MeV son útiles a una profundidad de 3-4 cm.
- Para fines terapéuticos, se usan electrones en que a la profundidad deseada llega la curva del 80-90%.
Definiciones de Rango y Alcance
El espesor que recorre un único electrón es la distancia total que recorre hasta que se detiene, sin considerar la dirección del movimiento.
El rango de espesor proyectado es la suma de los espesores individuales, a lo largo de la dirección inicial.
- Rango Máximo: Se define como la profundidad que se ubica extrapolando desde la cola de la curva. Es la profundidad máxima de penetración del electrón en el medio absorbente. Este Rango Máximo tiene el inconveniente de no dar un punto definido de medida.
- Rango Práctico (Rp): Se define como la profundidad que se obtiene proyectando la parte más inclinada de la curva.
- Alcance Terapéutico: Para fines prácticos, se utiliza el concepto de “alcance terapéutico” (rango terapéutico) (curva del 85%), considerando el principio de descenso de la curva. Se usa una regla mnemotécnica, en que la profundidad de la isodosis del 85% es, en cm, igual a E/3 si E es la energía del haz en MeV.
La pendiente de la curva de rendimiento en profundidad después del 80% es pronunciada, sobre todo para bajas energías.
La curva llega casi al eje de abscisas a una profundidad de E/2; este será el límite máximo de “alcance práctico” (Rp) (rango práctico).
Caracterización Energética del Haz de Electrones
El haz de electrones incidente en la ventana de salida del acelerador puede ser caracterizado por una distribución estrecha de fluencia de energía cuyo máximo es la energía del acelerador, denominada $E_a$.
Luego, el haz pasa a través de la ventana de salida del Linac y los diferentes materiales entre esta y la superficie del paciente o del fantoma. La intensidad de la energía decae, pero su extensión o dispersión aumentará.
La distribución de fluencia de energía de estos haces llegará al plano de tratamiento caracterizándose por un valor máximo, denominado “la energía más probable, $E_{p,0}$”, la que incluirá una energía media designada como $E_0$.
La relación para determinar la energía más probable, en MeV, para un rango práctico $R_p$, en cm de agua, es:
$E_{p,0} = 1.95 R_p + 0.48$
La energía media que llega a la superficie del plano de tratamiento, $E_0$, en MeV, se relaciona con el valor medio de la profundidad $R_{50}$, en cm de agua, y es:
$E_0 = 2.33 R_{50}$
Con estas ecuaciones podemos caracterizar el haz de electrones y corroborar su uniformidad en el plano de tratamiento.
Limitaciones Geométricas y Uniformidad de Dosis
No obstante, el tener un haz de electrones uniforme no asegura la uniformidad de la dosis en toda la superficie de tratamiento, debido a limitaciones geométricas. Los haces de electrones tendrán ciertas consideraciones que debemos tomar en cuenta, como son:
- En haces de energía menor, todas las curvas de isodosis presentan expansión.
- En energías mayores, esto ocurre solo en los niveles más bajos de isodosis. En los niveles superiores, tiende a mostrar constricción, lo que es crítico con la disminución del tamaño de campo.
- Cuando el tamaño de campo es muy pequeño, especialmente con haces de energías mayores, no hay scattering considerable y la dosis disminuye notablemente.
- El $R_p$, por otra parte, es independiente del tamaño del campo y depende solo de la energía del haz de electrones.
- En energías superiores a 15 MeV, por el contrario, vemos una constricción lateral de las curvas en los valores de curvas más altos, mayores al 80%.
- La curva de isodosis para electrones de 9-20 MeV: los fenómenos de abultamiento y constricción son claramente visibles.
Sistemas de colimación con mordazas fijas y conos de diferentes tamaños minimizan el scattering por la colimación, y así la variación del output con el tamaño de campo permanece razonablemente pequeña.
El ángulo entre el plano del haz y la superficie del paciente no debe ser mayor a 20°, ya que se producen cambios significativos en los PPD, en contraste con lo que vemos en haces de fotones. Esto se debe a un aumento de la fluencia del eje central hacia el ángulo oblicuo del haz.
Una característica particular de las curvas de los haces de electrones es el abultamiento de las curvas de valores bajos (menos de 20%), como resultado del aumento de los electrones dispersados en la zona más angulada en el borde del campo, además de una disminución de la energía del electrón.
Aplicaciones Clínicas de los Haces de Electrones
Tratamiento de la Micosis Fungoide – TSEB (Total Skin Electron Beam)
Técnica de Stanford – Reporte Nº 23 AAPM
Definición:
- Trastorno linfoproliferativo cutáneo de Células T.
- Aspecto histológico: infiltrado linfoide, sin densidad celular alta, y afecta la epidermis y la dermis papilar.
- Desarrollo de placas inmaduras, solevantadas, infiltradas, palpables, eritematosas y descamativas de color rojo cobrizo.
- Lesiones de aspecto serpiginoso, asimétricas.
Técnica TSEB
- Caracterización del Haz de Electrones: (Energía promedio, Energía más probable)
$E_{p,0} = 1.95 R_p + 0.48$ $E_0 = 2.33 R_{50}$
- Dosimetría Previa al Tratamiento: (Con fantoma y cámara de ionización)
- Tratamiento:
- 1ª Sesión: Anterior, Oblicua Posterior Derecha (OPD) y Oblicua Posterior Izquierda (OPI) (Lunes – Jueves).
- 2ª Sesión: Posterior, Oblicua Anterior Derecha (OAD) y Oblicua Anterior Izquierda (OAI) (Martes – Viernes).
- Sobreimpresiones: Cabeza, Periné y Planta de Pie (Lunes – Miércoles – Viernes).
SSD 100 cm con cono de tratamiento.
Tratamiento de Queloides
Los queloides son masas nodulares, frecuentemente lobuladas, no encapsuladas de tejido cicatrizal, que aparecen en la piel después de una lesión, cirugía, quemadura o enfermedad cutánea grave.
Más que un problema estético, que puede traer aparejados disturbios psicológicos, se trata de cicatrices que son dolorosas y suelen infectarse fácilmente.