Fisica de la Oncología
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Fisica de la Oncología
Dr. Willy H. Gerber
Comprender la forma reaccionan los distintos materiales que se emplean en la practica profesional.
Objetivos:
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Cáncer: Causa
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Heredado
RadiacionQuimicos
Viruses
Cromosomasy ADN
Daño
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Cáncer: Mecanismo
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Multiplicacion normal
Celda con defecto
Alternativa: suicidio
Alternativa: multiplicacion
Primeramutilacion
Segundamutilacion
Terceramutilacion
Cuartamutilacion
Multiplicaciondescontrolada
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Cáncer: Desarrollo
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Inicio
Multiplicacion
Distribucion y proliferacionen nueva localizacion
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Método de combate IMRT: destruir célula
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IMRT = Radioterapia de intensidad modulada
Problema: maximisar celdas cancerijenas minimizar celdas sanas
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Mecanismo de daño de Células
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+ O 2 para “fijar” el daño
R• + O 2 → RO•
Fotón
Fotón
Acción directa
Acción indirecta(dominante en radiación X)
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Ciclo de la Célula y probabilidad de dañarla
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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
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Sincronización de la irradiación
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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.
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Método de combate: destruir célula – modelo cuadrático
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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
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Método de combate: destruir célula – modelo cuadrático
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P(n,D) = e -(αD+ βD2/n)
αD
βD2/n
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Método de combate: destruir célula – modelo cuadrático
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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)
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Simulador de dano a celulas
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Ejercico: Numero de sesiones
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Varie el numero de sesiones sin cambiar la dosis (ej. de 10 a 20):
Que sucede? Porque?
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Ejercico: Dosis total
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Varie la dosis total manteniendo el numero de sesiones (ej. de 35Gy a 70Gy):
Que sucede? Porque?
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Ejercico: Efecto de α/β
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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.
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Ejercico: Simulacion de un tratamiento
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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
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Ejercico: Simulacion de un tratamiento
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Observe como crece durante el ciclo y decrece en cada tratamiento la respectiva poblacion de celulas.
Tratamiento
Multiplicacion
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Ejercico: Simulacion de un tratamiento
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Mitosis
Primer tratamiento
Segundo tratamiento
sincronizmo
asincronico
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IMRT: acelerador lineal
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γ
β
β
Acelerador eGene-rador γ
Colim-ador
Generación eDaño ADN
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Emision de electrones
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Nivel del vacioFuncion de trabajo
Energia de Fermi
N(E) electrones con la energia E
Energia minima
Filamento
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Emision de Electrones desde el Filamento
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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
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Radiación característica
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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
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Aceleradores de electrones
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Guia de OndasTubo de rayos X
Bajas energias Altas energias
Solo Filamento Filamento +Guia de Ondas para acelerar
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Radiación característica
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Rayos X
Haz de electrones
Filamentocatodo
Anodo querota
Blanco(ej. Tungsteno)
Rotor
Estator
IFAC
V
IA
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Linac
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Guia de ondas
Filamento
Haz de electrones Iman
Blanco (fierro)
Colimador
Rayos γ
Guia de ondas
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Scattering
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α
β
γ
n
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e Scattering: Bremsstrahlung
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Energia continuadesde 0 hasta toda la enervia cinetica
Espectro “blanco”
Iw = A i Z V2
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e Scattering: Radiación característica
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Orbital K
Orbital L
Orbital M
Nucleo
Kα
Lα
Kβ
Ik = B i (V - Vk)1.5
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Espectro de Rayos X
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Radiacion continua(Bremsstrahlung)
Radiacioncaracteristica
Inte
nsid
ad (v
alor
rela
tivo)
Largo de onda (Å)
λmin (Å)=12.39/Vo (kV)
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Radiación característica
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Scattering
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α
β
γ
n
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Scattering γ: Efecto fotoeletrico
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Fotones Electrones
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Scattering γ: Compton (scattering incoherente)
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Scattering γ: Rayleigh (scattering coherente)
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Scattering γ: Produccion de pares
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Campo de Nucleo Electron e-
Positron e+
Campo de un electron Electron e-
Positron e+
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Absorpcion
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Aten
uaci
on [c
m2/
g]
Energia [MeV]
Scattering coherente Scattering incoherente Absorption fotoelectrica Produccion de pares (Nucleo) Produccion de pares (Electrones) Total
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Radiación característica
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Radiación característica
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