CPAN Workshop Transferencia de Tecnolog CPAN Workshop Transferencia de Tecnolog í í a. Sevilla, 06/2013 J a. Sevilla, 06/2013 J os os é é M. Espino 1 M. Espino 1 Estudio de viabilidad de un sistema de detección para verificación de tratamientos complejos de radioterapia. Resultados de la colaboración Radia y desarrollos en curso. J. M. Espino, M. I. Gallardo, M. A. G. Alvarez, R. Arráns, A.Bocci, M. A. Cortés‐Giraldo, Z. Abou‐Haïdar, A. Pérez Vega‐Leal, M. C. Ovejero, J. M. Quesada, F. J. Pérez Nieto, R. Núñez Martín y M. C. Battaglia. Empresas colaboradoras: Instalaciones Inabensa, S.A.
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Estudio de viabilidad de un sistema de detección para ... · tratamientos de radioterapia con intensidad modulada (IMRT)”. 2008 ‐ 2011: Radia2, “Diseño y desarrollo de un
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CPAN Workshop Transferencia de TecnologCPAN Workshop Transferencia de Tecnologíía. Sevilla, 06/2013 Ja. Sevilla, 06/2013 Jososéé
M. Espino 1M. Espino 1
Estudio de viabilidad de un sistema de detección para verificación de tratamientos
complejos de radioterapia. Resultados de la colaboración Radia y desarrollos en curso.
J. M. Espino, M. I. Gallardo, M. A. G. Alvarez, R. Arráns, A.Bocci,
M. A. Cortés‐Giraldo, Z. Abou‐Haïdar, A. Pérez Vega‐Leal,M. C. Ovejero, J. M. Quesada, F. J. Pérez Nieto,
R. Núñez Martín y M. C. Battaglia.
Empresas colaboradoras:
Instalaciones Inabensa,
S.A.
Contratos de colaboración Fundación de Investigación de la Univ. Sevilla ‐
Instalaciones Inabensa, S.A. (grupo Abengoa):
2007: proyecto Radia, “Estudio de viabilidad del diseño y desarrollo de un sistema de detección para la verificación de los
tratamientos de radioterapia con intensidad modulada (IMRT)”.
2008 ‐
2011: Radia2, “Diseño y desarrollo de un sistema de detección para la verificación de los tratamientos de IMRT”.
Finales de 2009: incorporación de refuerzos del grupo de física nuclear básica del CNA. (Proyectos FPA2009‐08848,
P07‐FQM‐02894 y DITANET).
2011 ‐
2012: publicaciones y patente.
2012 ‐
... : nuevo sistema (mejoras en detector, maniquí
y electrónica).
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JosJoséé
M. Espino 2M. Espino 2
Colaboración Radia:
La IMRT utiliza varios haces de radiación, asociados a diferentes ángulos de incidencia, cada uno de ellos con fluencia variable.
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JosJoséé
M. Espino 3M. Espino 3
Radioterapia con intensidad modulada (IMRT)
Motivación
Motivación:
El cáncer
es
la
segunda
causa
de
enfermedad
más
frecuente
en los países desarrollados.
Actualmente,
aunque
la
cirugía
es
la
forma
más
efectiva
para eliminar
el
tejido
maligno,
combinada
con
radioterapia mejora
el índice de curaciones en un 40 %.
En
tratamientos
complejos,
como
es
el
caso
de
la
IMRT,
es necesario
realizar
una
verificación
previa,
incluyendo
medidas
dosimétricas
en maniquíes.
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JosJoséé
M. Espino 4M. Espino 4
Objetivos
Objetivos:
Diseño,
construcción
y
pruebas
de
un
sistema, basado
en detectores
de tiras
de silicio, dedicado
a medidas
de dosis
2D
en
el
plano
axial
de
un
maniquí, para
verificación
de tratamientos
complejos
de radioterapia
con fotones.
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JosJoséé
M. Espino 5M. Espino 5
Plano coronal
Plano axial
Plano sagital
• Comercial, coste
relativamente
bajo,
W1(SS)‐500 Micron Semiconductor Ltd•16 tiras, por
una
de sus
caras
(3.1 mm anchura
de tira)
• Área
activa
area 50 x 50 mm²
& 500 µm espesor
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JosJoséé
M. Espino 6M. Espino 6
Detector de tiras de silicio, SSSSD (Radia2)
2 maniq. de polietileno, diseñados
y construidos
dentro
del proyecto:
1. Maniquí
Plano: 2. Maniquí
Cilíndrico:
Paracaracterización
del
detector
(área activa del detector perpendiculara la dirección
de los
haces
de radiación)
Paramedidas de respuesta angular & verificación de tratamientos en 2D
en
planoplano
axialaxial
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JosJoséé
M. Espino 7M. Espino 7
Maniquíes (Radia2)
SetSet‐‐up 2:up 2:Área
activa
del detector paralela
a la dirección
de los
haces
de radiación(planoplano
axialaxial)
Como principal innovación, el detector
se aloja
en el maniquí
cilíndrico
en el
planoplano
axial, axial, paralelo
a la dirección de
los haces de radiación.En planificación de tratamientos de
radioterapia este plano se usa, por
ejemplo, en imágenes de TAC de los
pacientes
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M. Espino 8M. Espino 8
Detector en el pano axial (Radia2)
Charge integrators for each strip (electrometers) digitized (12 bits) and analyzed by a Digital signal processor (DSP)
discrete electronics
developed
in‐house
A PC allows to control and to retrieve data via an RS‐232 serial
bus based on a LabVIEW
software
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JosJoséé
M. Espino 9M. Espino 9
Electrónica (Radia2)
School of Engineering, University of SevilleSchool of Engineering, University of Seville School of Engineering, University of SevilleSchool of Engineering, University of Seville
Virgen MacarenaUniversity
Hospital,Seville
Siemens
PRIMUS
linac, en
modo
de
fotones
de
6 MV
Hospital Universitario
Virgen
Macarena
(Sevilla, España)
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JosJoséé
M. Espino 10M. Espino 10
Acelerador lineal
Se uso un sistema de planificación de tratamientos, TPS (Philips Pinnacle), para calcular
distribuciónes de dosis y comparar con datos experimentales.
Set‐up 1:
LinealidadLinealidad
•
Uniformidad
•
Calibración
•
Percent Depth Dose
(PDD)
•
Penumbra
•
Factores de área
Set‐up 2:
•
TPS y simulaciones
Geant4
•
Medidas en función del
ángulo
•
Calibración final
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JosJoséé
M. Espino 11M. Espino 11
Caracterizacióndel detector
Respuesta angular
Medidas (Radia2)
Linearity with dose better than 0.1 %for all channels
Set-up 1:SSSSD perpendicular to the beam direction
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JosJoséé
M. Espino 12M. Espino 12
Linealidad
Set‐up 1:
•
Linealidad
•
Uniformidad
•
Calibración
•
Percent Depth Dose
(PDD)
PenumbraPenumbra
•
Factores de área
Set‐up 2:
•
TPS y simulaciones
Geant4
•
Medidas en función del
ángulo
•
Calibración final
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JosJoséé
M. Espino 13M. Espino 13
Caracterizacióndel detector
Respuesta angular
Medidas (Radia2)
SSSSD penumbra value larger than the one obtained when using a SSSSD penumbra value larger than the one obtained when using a single silicon detector single silicon detector This was mainly due to the SSSSD This was mainly due to the SSSSD strips pitch of 3.1 mmstrips pitch of 3.1 mm
Geant4 simulations gave compatible resultsGeant4 simulations gave compatible resultsImprovements with a future prototype (next project)Improvements with a future prototype (next project)
Set-up 1:SSSSD perpendicular to the beam direction
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JosJoséé
M. Espino 14M. Espino 14
Penumbra
SSSSD:
6.17 ± 0.56 mm
‐
single silicon
diode:
3.92 ± 0.20 mm
Region between 20 % and 80 % of the maximum dose levels at 1.5 cm water depth
Set‐up 1:
•
Linealidad
•
Uniformidad
•
Calibración
•
Percent Depth Dose
(PDD)
•
Penumbra
•
Factores de área
Set‐up 2:
•
Geant4 simulations and
TPS calculations
•
Medidas en función del
ángulo
Calibración final
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between the calibrated dose and TPS between the calibrated dose and TPS
calculations are better than 2 %calculations are better than 2 %
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JosJoséé
M. Espino 17M. Espino 17
Calibrated doseCalibrated doseSet‐up 2:
SSSSD parallelto the beam direction
gantrydetector
Calibración final
Reconstrucción del mapa de dosis:
método inspirado en algoritmos
empleados en TAC.
Simetría ángulos entre 0 y
180 grados.
Para no perder información, medidas
al menos cada ≈
10 grados.
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JosJoséé
M. Espino 18M. Espino 18
Plano del SSSSD paralelo a la dirección
del haz.
Irradiación con diferentes orientaciones
relativas haz de radiación ‐
tiras del
detector.
Datos: dosis integrada para cada tira, y
para cada orientación.
Obtención de mapas de dosis (Patente solicitada, expediente nº
P201101009 de la Oficina Española de Patentes y Marcas)
19
(Resultados preliminares, Miguel A. Cortés Giraldo)
Tres haces 3.0 ×
10.0 cm2
de igual intensidad orientados a 0º, 120º
y 240º
Datos
de muestreo:L = 50.0 mm;
Nstrip = 16;
= 10º
Pinnacle3
TPS Reconstrucción
Criterio
Γ
(3% / 3mm)El cálculo
es
bueno
si: Γ
< 1
[ Low et al. MP 25: 656-661 (1998) ]
Reconstrucción de mapa de dosis
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JosJoséé
M. Espino 19M. Espino 19
20
Datos
de muestreo:L = 80.0 mm;
Nstrip = 32;
= 5º
Pinnacle3
TPS
Criterio
Γ
(3% / 2mm)
Reconstrucción
Reconstrucción de mapa de dosis
Tres haces 3.0 ×
10.0 cm2
de igual intensidad orientados a 0º, 120º
y 240º
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JosJoséé
M. Espino 20M. Espino 20
(Resultados preliminares, Miguel A. Cortés Giraldo)
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JosJoséé
M. Espino 21M. Espino 21
Desarrollos en curso: nuevo detector
2 SSSSD con las
tiras
mirando
hacia fuera
Mayor área
activa
y tiras
más estrechas
que
el anterior detector
(SSSSD ‐
Radia2).
Materiales
con densidades
más parecidas
a la del agua.
Conectores
alejados
del área
activa.
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JosJoséé
M. Espino 22M. Espino 22
Desarrollos en curso: nuevo detector Characteristics W1(SS)‐500 detector Dual chip SSSSD BB7
Nº
Junction
elements 16 32
Element
lenght 50 mm 64 mm
Element
pitch 3.1 mm 2 mm
Element
width 3000.0 µm 2000.0 µm
Active Area 50x50mm² 64x64mm²
Thickness 500 µm 500 µm
Element active volume 49.5x3.0x0.5mm3 64x2x0.5 mm3
Metalization Aluminum 0.3 µm Aluminum 0.3 µm
Package PCB with edge
connections on one
side
PCB with edge
connections on one
side
Structure material FR4 (1.85 g/cm3) Kapton (1.4 g/cm3)
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JosJoséé
M. Espino 23M. Espino 23
Desarrollos en curso: electrónica
(Ver póster presentado por M.C. Ovejero et al.)
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JosJoséé
M. Espino 24M. Espino 24
Desarrollos en curso: maniquí
cilíndrico
Posibilidad de instalar otros detectores (cámara
de ionización, película, …).
Determinación más precisa de la posición
angular. Lectura de la posición en el monitor usado para control y
análisis.
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JosJoséé
M. Espino 25M. Espino 25
Desarrollos en curso: primeras pruebas
Muchas gracias por su atención
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JosJoséé
M. Espino 26M. Espino 26
•
Progress
in
Nucl.
Sci.
and
Tech.
2:
191‐196 (2011).
•
NIM‐A
673: 98‐106 (2012).
•
PRST‐AB
15: 042802 (2012).
•
Expediente
solicitud
patente
P201101009, OEPM.
BACKUP
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Uniformity better than 0.5 %for all channels
Set-up 1:SSSSD perpendicular to the beam direction
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Non‐uniformities depend by the different strip efficiency and gain of the electronics
Uniformidad
Calibration in standard conditionCalibration in standard conditionradiation radiation fifield 10 eld 10 ××
10 cm10 cm22
sourcesource‐‐toto‐‐surface distance (SSD) = 100 cm surface distance (SSD) = 100 cm 1.5 cm of water1.5 cm of water‐‐equivalent solid slabsequivalent solid slabs
Set-up 1:SSSSD perpendicular to the beam direction
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Monitor Units Monitor Units ––> Voltage > Voltage ‐‐> cGy> cGy
Calibración
The difference between SSSSD and ionization chamber is:0.68 % at 10 cm and 0.73 % at 15 cm
Set-up 1:SSSSD perpendicular to the beam direction
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Dose at different depth measured using different water‐equivalent solid slabs
PDD, Percent Depth Dose
(Radia2)
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Treatment headGeometry Model Phantom SSSSD Detector
M. A. Cortés Giraldo, Ph. D. Thesis, 2011
The
geometry
of
the
Siemens
treatment head at 6 MV nominal
energy
photons, was reproduced
in detail
The
geometric
model
of
the
phantoms
and
of
the
SSSSD
was
also reproduced
The
absorbed
dose
in
each
strip
was calculated
Geant4
Simulations
were
also
performed
for
calculating
the
dose‐to‐water
case
for
comparisons
with TPS
calculations
M. A. Cortes‐Giraldo et al.
, "Geant4 Simulation
to
Study
the
Sensitivity
of
a
MICRON Silicon Strip Detector Irradiated
by a SIEMENS PRIMUS Linac",
Progress in Nuclear Science and Technology
2, 191‐196
(2011)
Geant4 simulations and TPS calculations
00
450
3150
CPAN Workshop Transferencia de TecnologCPAN Workshop Transferencia de Tecnologíía. Sevilla, 06/2013a. Sevilla, 06/2013
gantrydetector
Set‐up 2:SSSSD parallel
to the beam direction
Two experimental measurements
Respuesta angular
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