Fisica de la Oncología

1. Fisica de la Oncología Dr. Willy H. Gerber Objetivos: Comprender la forma reaccionan los distintos materiales que se emplean en la practica profesional. www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

2. Cáncer: Causa Viruses Radiacion Quimicos Heredado Daño Cromosomas y ADN www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

3. Cáncer: Mecanismo Multiplicacionnormal Celda con defecto Multiplicacion descontrolada Alternativa: suicidio Alternativa: multiplicacion Cuarta mutilacion Tercera mutilacion Segunda mutilacion Primera mutilacion www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

4. Cáncer: Desarrollo Inicio Multiplicacion Distribucion y proliferacion en nueva localizacion www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

5. Método de combate IMRT: destruir célula IMRT = Radioterapia de intensidad modulada Problema: maximisar celdas cancerijenas minimizar celdas sanas www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

6. Mecanismo de daño de Células + O2 para “fijar” el daño R• + O2→ RO• Fotón Acción indirecta (dominante en radiación X) Fotón Acción directa www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

7. Ciclo de la Célula y probabilidad de dañarla Probabilidad por dosis Preparación Para división División (mitosis) alta baja baja Crecimiento Probabilidad de sobrevivencia Replicacion de ADN Momento de radiación [fracción del periodo] División de la celda www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

8. Sincronización de la irradiación Periodo de celdas sanas y cancerigenas es distinto. Celdas sanas bombaredas en forma sincronica Celdas cancerigenas en forma asincronica. Posicion en el ciclo Grupos de Células Segunda irradiación (en el periodo de reproducción de las celdas – aprox. 24 horas) Primerairradiacion www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

9. Método de combate: destruir célula – modelo cuadrático Probabilidad total n = 20 -n(αd + βd2) P(n,d) = e n = 10 D = nd Probabilidad de sobrevivencia -(αD + βD2/n) n = 1 P(n,D) = e Efectobiologico BED: βD αn BED = (1 + ) Total de Dosis Absorbida (D) www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

10. Método de combate: destruir célula – modelo cuadrático -(αD+ βD2/n) P(n,D) = e αD βD2/n www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

11. Método de combate: destruir célula – modelo cuadrático Casoα/β= 5 .. 20 Gycelulas tumor Probabilidad de sobrevivencia Casoα/β = 1 .. 4 Gycelulasnormales Oportunidad (diferentereaccion) y problema (tumor menos sensible) Total de Dosis Absorbida (D) www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

12. Simulador de dano a celulas www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

13. Ejercico: Numero de sesiones Varie el numero de sesiones sin cambiar la dosis (ej. de 10 a 20): Quesucede? Porque? www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

14. Ejercico: Dosis total Varie la dosis total manteniendo el numero de sesiones (ej. de 35Gy a 70Gy): Quesucede? Porque? www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

15. Ejercico: Efecto de α/β Compare lascurvasazul (α=0.2, β=1.0) y roja (α=0.2, β=12.5) Quesucede? Porque? Nota: se volvio a los datosoriginales de Numero de sesiones y Dosis total. www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

16. Ejercico: Simulacion de un tratamiento Inicie la simulacion y observe sudesarrollo (azul normal, rojo cancer) Poblacionreleativa en funcion del tiempo Distribucion en el Ciclo de la celula Fraccion con cancer www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

17. Ejercico: Simulacion de un tratamiento Observe comocrecedurante el ciclo y decrece en cadatratamiento la respectivapoblacion de celulas. Multiplicacion Tratamiento www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

18. Ejercico: Simulacion de un tratamiento Mitosis Primer tratamiento asincronico sincronizmo Segundo tratamiento www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

19. IMRT: acelerador lineal β Aceleradore Gene-radorγ γ Colim-ador β Generación e Daño ADN www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

20. Emision de electrones Energia minima Nivel del vacio Funcion de trabajo Filamento Energia de Fermi N(E) electrones con la energia E www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

21. Emision de Electrones desde el Filamento Child-Langmuir Law 2.5 T1 No saturado T2 2.0 T3 Richardson-Dushman 1.5 (1-γ) Corriente en tubo 1.0 Saturado 0.5 0.0 Voltaje Anodo Ec= V/ed www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

22. Radiación característica 1.5 2.5 80kV T1 No saturado 40kV T2 2.0 T3 1.0 1.5 Corriente en tubo Corriente en tubo 1.0 0.5 Saturado 20kV 0.5 0.0 0.0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Voltaje Anodo Corriente en filamento www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

23. Aceleradores de electrones Tubo de rayos X Guia de Ondas Bajasenergias Altasenergias Filamento + Guia de Ondasparaacelerar Solo Filamento www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

24. Radiación característica Rayos X Haz de electrones Blanco (ej. Tungsteno) Filamento catodo Estator Rotor IF AC Anodo que rota IA V www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

25. Linac Filamento Haz de electrones Iman Guia de ondas Blanco (fierro) Guia de ondas Colimador Rayosγ www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

26. Scattering α β γ n www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

27. e Scattering: Bremsstrahlung Energia continua desde 0 hasta toda la enerviacinetica Espectro “blanco” Iw = A i Z V2 www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

28. eScattering: Radiación característica Lα Ik = B i (V - Vk)1.5 Kβ Kα Nucleo Orbital K Orbital L Orbital M www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

29. Espectro de Rayos X λmin (Å)=12.39/Vo (kV) Radiacion caracteristica Radiacion continua (Bremsstrahlung) Intensidad (valor relativo) Largo de onda (Å) www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

30. Radiación característica www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

31. Scattering α β γ n www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

32. Scatteringγ: Efectofotoeletrico Fotones Electrones www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

33. Scatteringγ: Compton (scattering incoherente) www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

34. Scatteringγ: Rayleigh (scattering coherente) www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

35. Scatteringγ: Produccion de pares Positron e+ Electron e- Campo de Nucleo Positron e+ Electron e- Campo de un electron www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

36. Absorpcion Scattering coherente Scattering incoherente Absorption fotoelectrica Produccion de pares (Nucleo) Produccion de pares (Electrones) Total Atenuacion [cm2/g] Energia [MeV] www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

37. Radiación característica www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08

38. Radiación característica www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08