fisica de la oncología
DESCRIPTION
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. Cáncer: Causa. Viruses. Radiacion. Quimicos. Heredado. Daño. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Fisica de la Oncología
Dr. Willy H. Gerber
Comprender la forma reaccionan los distintos materiales que se emplean en la practica profesional.
Objetivos:
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
2
Cáncer: Causa
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
Heredado
RadiacionQuimicos
Viruses
Cromosomasy ADN
Daño
3
Cáncer: Mecanismo
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
Multiplicacion normal
Celda con defecto
Alternativa: suicidio
Alternativa: multiplicacion
Primeramutilacion
Segundamutilacion
Terceramutilacion
Cuartamutilacion
Multiplicaciondescontrolada
4
Cáncer: Desarrollo
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
Inicio
Multiplicacion
Distribucion y proliferacionen nueva localizacion
5
Método de combate IMRT: destruir célula
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
IMRT = Radioterapia de intensidad modulada
Problema: maximisar celdas cancerijenas minimizar celdas sanas
6
Mecanismo de daño de Células
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
+ O 2 para “fijar” el daño
R• + O 2 → RO•
Fotón
Fotón
Acción directa
Acción indirecta(dominante en radiación X)
7
Ciclo de la Célula y probabilidad de dañarla
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
Replicacion de ADN
PreparaciónPara división
División (mitosis)
Crecimiento
Prob
abili
dad
de so
brev
iven
cia
Momento de radiación[fracción del periodo]
Probabilidad por dosis
División de la celda
alta
baja baja
8
Sincronización de la irradiación
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
Primera irradiacion Segunda irradiación(en el periodo de reproducción de las celdas – aprox. 24 horas)
Posicion en el cicloGrupos de Células
Periodo de celdassanas y cancerigenas esdistinto.
Celdas sanas bombaredasen forma sincronicaCeldas cancerigenas en forma asincronica.
9
Método de combate: destruir célula – modelo cuadrático
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
P(n,d) = e-n(αd + βd2)
D = nd
-(αD + βD2/n)
Prob
abili
dad
de so
brev
iven
cia
Total de Dosis Absorbida (D)
n = 1
n = 10
n = 20
Probabilidad total
P(n,D) = e
Efecto biologico BED:
BED = (1 + )βDαn
10
Método de combate: destruir célula – modelo cuadrático
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
P(n,D) = e -(αD+ βD2/n)
αD
βD2/n
11
Método de combate: destruir célula – modelo cuadrático
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
Prob
abili
dad
de so
brev
iven
cia
Total de Dosis Absorbida (D)
Caso α/β = 5 .. 20 Gy celulas tumor
Caso α/β = 1 .. 4 Gy celulas normales
Oportunidad (diferente reaccion) y problema (tumor menos sensible)
12
Simulador de dano a celulas
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
13
Ejercico: Numero de sesiones
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
Varie el numero de sesiones sin cambiar la dosis (ej. de 10 a 20):
Que sucede? Porque?
14
Ejercico: Dosis total
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
Varie la dosis total manteniendo el numero de sesiones (ej. de 35Gy a 70Gy):
Que sucede? Porque?
15
Ejercico: Efecto de α/β
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
Compare las curvas azul (α=0.2, β=1.0) y roja (α=0.2, β=12.5)
Que sucede? Porque?
Nota: se volvio a losdatos originales deNumero de sesiones yDosis total.
16
Ejercico: Simulacion de un tratamiento
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
Inicie la simulacion y observe su desarrollo (azul normal, rojo cancer)
Poblacion releativaen funcion del tiempo
Distribucion en elCiclo de la celula
Fraccion con cancer
17
Ejercico: Simulacion de un tratamiento
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
Observe como crece durante el ciclo y decrece en cada tratamiento la respectiva poblacion de celulas.
Tratamiento
Multiplicacion
18
Ejercico: Simulacion de un tratamiento
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
Mitosis
Primer tratamiento
Segundo tratamiento
sincronizmo
asincronico
19
IMRT: acelerador lineal
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
γ
β
β
Acelerador eGene-rador γ
Colim-ador
Generación eDaño ADN
20
Emision de electrones
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
Nivel del vacioFuncion de trabajo
Energia de Fermi
N(E) electrones con la energia E
Energia minima
Filamento
21
Emision de Electrones desde el Filamento
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0Co
rrie
nte
en tu
bo
No saturado
Saturado
T1
T2
T3
Voltaje Anodo
Richardson-Dushman
Child-Langmuir Law
(1-γ)
Ec = V/ed
22
Radiación característica
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
2 3 4 5 6 7 8 9 10
20kV
40kV80kV
0.0
0.5
1.0
1.5
Corriente en filamento
Corr
ient
e en
tubo
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0Co
rrie
nte
en tu
bo
No saturado
Saturado
T1
T2
T3
Voltaje Anodo
23
Aceleradores de electrones
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
Guia de OndasTubo de rayos X
Bajas energias Altas energias
Solo Filamento Filamento +Guia de Ondas para acelerar
24
Radiación característica
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
Rayos X
Haz de electrones
Filamentocatodo
Anodo querota
Blanco(ej. Tungsteno)
Rotor
Estator
IFAC
V
IA
25
Linac
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
Guia de ondas
Filamento
Haz de electrones Iman
Blanco (fierro)
Colimador
Rayos γ
Guia de ondas
26
Scattering
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
α
β
γ
n
27
e Scattering: Bremsstrahlung
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
Energia continuadesde 0 hasta toda la enervia cinetica
Espectro “blanco”
Iw = A i Z V2
28
e Scattering: Radiación característica
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
Orbital K
Orbital L
Orbital M
Nucleo
Kα
Lα
Kβ
Ik = B i (V - Vk)1.5
29
Espectro de Rayos X
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
Radiacion continua(Bremsstrahlung)
Radiacioncaracteristica
Inte
nsid
ad (v
alor
rela
tivo)
Largo de onda (Å)
λmin (Å)=12.39/Vo (kV)
30
Radiación característica
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
31
Scattering
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
α
β
γ
n
32
Scattering γ: Efecto fotoeletrico
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
Fotones Electrones
33
Scattering γ: Compton (scattering incoherente)
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
34
Scattering γ: Rayleigh (scattering coherente)
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
35
Scattering γ: Produccion de pares
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
Campo de Nucleo Electron e-
Positron e+
Campo de un electron Electron e-
Positron e+
36
Absorpcion
www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Oncologia-Versión 05.08
Aten
uaci
on [c
m2/
g]
Energia [MeV]
Scattering coherente Scattering incoherente Absorption fotoelectrica Produccion de pares (Nucleo) Produccion de pares (Electrones) Total
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