Teleterapia com fonte gama - I Física Médica - Unesp (2006)

com fonte gama

Jackeline M. Malheiros Marina F. Moreno Paulo R. Fonseca Rafael G. Mendes Roberson S. Polli 1 Vanessa Rocha

O que radioterapia? Interveno para erradicar clulas cancergenas que emprega feixes de eltrons de alta energia, prtons ou nutrons para para tratamento a partir de fontes externas ao corpo do paciente e implantes radioativos. Divide-se em: Braquiterapia Teleterapia

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Teleterapia

Modalidade de radioterapia em que a fonte de radiao externa ao paciente, posicionada a no mnimo 20 cm de sua superfcie. Tipos: Feixe de eltrons Fonte de raios gama3

Raios gama

So ondas eletromagnticas extremamente penetrantes provenientes de instabilidades no ncleo atmico.

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Diferena entre X e gama

Ambos so ondas eletromagnticas, porm diferem em origem: Raios gama -> ncleo Raios X -> desexcitao de eltrons

e energia: Raios gama so mais energticos

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Espectro eletromagntico

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Espectro eletromagnticoEspectro de Radiao Eletromagntica

Regio

Comp. Onda (A) > 109 10 - 109 6

Comp. Onda (cm) > 10 10 - 0.01 0.01 - 7 x 10-5

Frequncia (Hz) < 3 x 109 3 x 10 - 3 x 109 12

Energia (eV) < 10-5 10-5 0.01 0.01 - 2 2-3 3 - 103 103 - 105 > 105 8

Rdio Micro-ondas Infravermelho Visvel Ultravioleta Raios-X Raios Gama

106 - 7000 7000 - 4000 4000 - 10 10 - 0.1 < 0.1

3 x 1012 - 4.3 x 1014

7 x 10-5 - 4 x 10-5 4.3 x 1014 - 7.5 x 1014 4 x 10-5 - 10-7 10-7 - 10-9 < 10-9 7.5 x 1014 - 3 x 1017 3 x 1017 - 3 x 1019 > 3 x 1019

Fontes Gama

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Introduo Teleterapia com fonte

Os feixes de ftons usados em radioterapia so organizados em distribuio uniforme dentro de um volume para reduzir a probabilidade da dose atingir os tecidos saudveis ao redor do alvo. Tratamentos modernos utilizam duas constantes por conveno: SSD: source to surface distance SAD: source to axis distance10

SSD e SAD

em SSD a distncia da fonte ao paciente constante para todos os feixes; no SAD, o centro do alvo est no isocentro da mquina; o kVp est entre 30 e 80 para usos clnicos; campos pequenos so usados em cirurgia; Campos grandes usados para irradiar todo o 11 corpo.

Volume

A definio de volume um pr-requisito para tratamentos em 3-D; ICRU define os alvos e estruturas dos volumes usados no planejamento e processos de tratamento para fazer comparao entre os resultados dos tratamentos; GTV (gross tumour volume): volume palpvel e visvel do tumor e demonstra a extenso e localizao do tumor maligno crescente; GTV obtido por imagem (CT, MRI e US), 12 diagnstico e exame clnico.

Volume

CTV (clinical target volume): volume de tecido normal que contm o GTV e doenas malignas microscpicas que devem ser eliminadas; CTV considerada a rea de risco ao redor do GTV a qual contm doenas microscpicas consideradas de risco (exemplo linfonodos); esse volume tem de ser estudado adequadamente para atingir o alvo (da terapia ou preveno).; CTV=GTV+margem (em cm)13

Volume

ITV (internal target volume): envolve o CTV e leva em conta as variaes de tamanho e posio do CTV referentes a estruturas sseas do paciente devidas aos movimentos de rgos internos (bexiga, pulmo ou contedo retal); PTV (planning target volume): conceito geomtrico definido para selecionar os feixes apropriados levando em conta as variaes geomtricas e assim assegurar que a dose 14 prescrita realmente absorvida na CTV;

rgos de risco

rgos cuja sensibilidade radiao recebida (dose) de um plano de tratamento significativa quando comparada com a tolerncia.

rgo de risco15

Especificao de dose

parmetros utilizados para estimar dose total, dose fracionada e tempo gasto no tratamento. De acordo com as normas ICRU n. 23 e 50 so definidos alguns desses parmetros:16

Especificao de dose

distribuio volumtrica de dose (DVH) mnima no alvo DVH mxima no alvo Dose mdia no alvo17

Especificao de dose

Ponto de referncia de dose (ICRU): ponto escolhido para representar a distribuio de dose; tem que estar numa regio onde a dose pode ser facilmente calculada; geralmente est na parte central da PTV.18

Recomendaes ICRU:

Recomendaes para o ponto de referncia: feixe simples:no eixo central, no centro do alvo; Feixes paralelos opostos igualmente pesados: no eixo central, no ponto mdio entre os pontos de entradas dos feixes; Feixes paralelos opostos com pesos diferentes: no eixo central, no centro do alvo.

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Dados do Paciente

Parte importante do planejamento do tratamento. Os dados considerados so: Dimenses do paciente usadas nos clculos de unidades motoras(MU). Marcas profundas ou superficiais para marcar posies do tratamento.

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Planejamento do Tratamento em 2-D

feito um grfico a partir das medidas do contorno do paciente usando fios de chumbo ou faixa de gesso; Simulaes radiogrficas so tomadas para a comparao durante o tratamento; Orgos de riscos so identificados e profundidades determinadas.

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Planejamento do Tratamento em 3-D

CT mapeia regio a ser tratada; Um contorno externo feito pela mscara de imobilizao desenhado para cada fatia obtida por CT; Uso de MRI e DRRS(Simulator radiographs or ditally reconstructed radiographs).

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Simulao de Tratamento

Determinao da posio do paciente; Identificao do volume alvo e dos orgos de risco; Determinao do campo geomtrico; Simulaes radiogrficas; Aquisio de dados do paciente;23

Simulao de TratamentoProblemas

Alta voltagem das mquinas no proporcionam uma boa qualidade radiogrfica; Interao do fton com o tecido sofre espalhamento Comptom reduzindo contraste da imagem; O largo tamanho da fonte de radiao aumenta a penumbra; Movimento do paciente durante uma longa exposio.24

Dispositivos de Imobilizao

Funes: Imobilizar o paciente; Reproduzir a posio do paciente a partir da simulao; Uso de mscaras, cintos de velcro e bandas elsticas;25

Simuladores

Usam tubos de raios-X e sistemas de fluoroscopia para imagiar o paciente; Reproduz a maioriados tratamentos geomtricos disponveis em radioterapia; Os ftons produzidos esto na faixa de quilvolts e so atenuados por materiais de alto Z( exemplo osso); Os resultados so de alta qualidade para tecido mole e com excelente visualizao para tecidos duros.

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Simulao do tratamento convencional baseada em tomografia computadorizada

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Aquisio de dados utilizando TC

Imagens anatmicas com alta resoluo baseadas na densidade eletrnica; Densidade eletrnica importante para o calculo de dose.

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As radiografias (scout) so comparadas com as imagens de TC para que a determinao da localizao do tumor seja mais precisa e conseqentemente os feixes de radiao tambm sejam determinados de forma mais exata.30

Determinao da geometria do feixe

Os procedimentos utilizando TC diminuem a margem de tecido saudvel que poder ser irradiado, possibilitando assim, uma separao mais precisa entre tecido alterado e sadio.

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Simulao Digital utilizando TC

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Simulador de TC

TC dedicado a radioterapia so conhecidos como simuladores TC. Abertura de 85 cm; Lasers de posicionamento (sagital mvel); Mesa mvel (maior nmero de combinaes de posio); Estao grfica dedicada; d= 85 cm

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Simulao digital

Simulao do tratamento baseado nas informaes da TC; Uso de recursos computacionais para melhoramento de imagem. So alterados contraste, brilho e nveis de cinza; Digitally (DRR). Recontructed Radiographs34

BEV DE TERAPIA

So as projees dos tratamento, limite dos contorno das correspondentes na digital feitos na DRR.

feixes de campos e estruturas imagem

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Procedimentos da simulao digital

Posicionar o paciente no simulador TC; Verificar a posio atravs do scout; do paciente

Posteriormente importante que o paciente seja marcado em relao ao isocentro36


Geralmente para melhor posicionamento, marcadores radiopacos so colocados na regio anterior e lateral do paciente; O paciente tatuado com uma tinta especial para que seja possvel o tratamento do paciente utilizando apenas as coordenadas da regio alvo marcada em sua pele.

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As estruturas de interesse so definidas via software bem como a determinao da geometria do feixe e so determinadas pelo fsico (fsico mdico); muito importante levar em considerao a dose que cada tecido est recebendo para se escolher a melhor geometria do feixe; Para que a geometria do feixe seja definida deve se levar em considerao a posio dos blocos de proteo, com ateno a margem apropriada para a passagem do feixe, levandose em conta o efeito de penumbra. 38


Os fsicos utilizam o software para ajustar todos os parmetros para que a dose seja correspondente com os protocolos; Caso no seja possvel a determinao de doses crticas para os tecidos sadios, a simulao deve ser autorizada pelo mdico.39

Simulador convencional versus Simulador TC

O simulador TC permite

A localizao precisa de volumes a serem irradiados; Delineamento preciso de estruturas sadias; Reconstruo de rgos e estruturas 3-D; Uma rpida avaliao; A gerao de DRR e BEV.40

Simulador convencional versus Simulador TC

A simulao convencional

No permite a localizao exata do tumor para que as marcas no paciente sejam feitas; Os fsicos e tcnicos ficam restritos para simular os campos podendo irradiar regies muitos grandes de tecido sadio; Demora na liberao do paciente.41

Ressonncia Magntica no planejamento do tratamento

Contraste de tecidos moles superior a TC; IRM possibilita a localizao de leses pequenas e com grande preciso, principalmente no crebro42

Ressonncia Magntica no planejamento do tratamento

IRM no pode ser utilizada sozinha para simulao do tratamento de radioterapia, pois: Impossibilita variedade de posies de para tratamento devido s caractersticas fsicas do aparelho; As imagens so propensas a artefatos geomtricos e distores; No h informao sobre a densidade eletrnica; Sinal do osso ausente e conseqentemente as DRRs 43 no podem ser geradas para comparao com radiografias(portal)

Fuso de imagens

Sistemas de simulao modernos permitem fuso de imagens obtidas por diferentes tcnicas; Na fuso dois tipos de imagens diferentes so superpostos. Assim permite-se o estudo de dois tipos de imagem simultaneamente; TC e IRM combinados permitem maior exatido na definio da simulao. A IRM permite maior determinao de volumes e TC disponibiliza informao sobre a 44 densidade eletrnica(clculo da dose).

Fuso TC e IRM

A imagem (a) de ressonncia magntica e imagem (b) de TC. Na imagem (b) pode se 45 observar apenas pequenas pores da leso.

Pass o 1 2 3 4 5 6

Procedimentos de simulao convencional

Procedimentos de simulao convencionalDeterminao da posio de tratamento com fluoroscopia. Determinao da geometria do feixe. Determinao dos limites de campo e isocentro. Aquisio do contorno. Aquisio do BEV e das radiografias de planejamento. Marcao do paciente.

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Procedimentos da simulao TCPass o 1 2 3 4 5 6 7 8 9Procedimentos de simulao TC Determinao da posio do paciente com scout. Determinao e marcao referentes ao isocentro. Aquisio dos dados TC e transferncia destes para a estao grfica. Localizao e contorno do alvo e de estruturas crticas. Determinao do isocentro de tratamento em relao ao alvo e ao isocentro de referncia. Determinao da geometria do feixe. Determinao dos limites de campo de bloco de proteo. Transferncia dos dados TC e do feixe pra o TPS (Therapy planning system) Aquisio do BEV e do DRR.47

Comparao entre simulao convencional e simulao TCObjetivo da simulao Posio do tratamento Identificao do volume alvo Determinao da geometria do feixe Design dos blocos de proteo Aquisio dos contornos simulao convencional Fluoroscopia Em relao a estrutura ssea Fluoroscopia Em relao a estrutura ssea Manual simulao TC Scout Dos dados TC BEV/DRR Com forma do alvo Dos dados TC48

Consideraes Clnicas para os feixes de ftons

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Curvas de Isodose

So linhas que unem pontos de mesma dose; Oferecem representao planar da distribuio de dose; Medidas diretamente na gua ou calculadas atravs dos dados do feixe e PDD; So vlidas para um dado equipamento, energia do feixe e50

Curvas de Isodose

Possuem dois tipos de normalizao: Na profundidade de dose mxima (zmax); No isocentro

Profundidade de dose mxima

Isocentro

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Filtros em Cunha

So divididos em 3 tipos: Fsicos: um pedao angulado de ao ou chumbo colocado no feixe para produzir um gradiente de intensidade de radiao (necessita de interveno manual). Motorizados: a placa integrada ao aparelho e controlada remotamente. Dinmico: obtm-se o mesmo gradiente com fechamento de uma mandbula com o feixe ligado. 52

Filtros em Cunha

A parte mais densa denominada calcanhar, abaixo da qual temos a menor dose e a outra extremidade o toe (dedo do p). O ngulo da cunha definido entre 50% das curvas de isodose e o eixo central perpendicular ao feixe53

Filtros em Cunha

Os dois principais usos das cunhas so: Compensar superfcies com declives, como por exemplo em tratamentos nasofarngeos.

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Filtros em Cunha

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Filtros em Cunha

O fator de cunha ( WF do ingls wedge factor) definido como a razo entre a dose em uma profundidade especfica (geralmente zmax) do eixo central com a cunha sobre o feixe e a dose nas mesmas condies sem a cunha.56

Bolus

um material equivalente ao tecido colocado em contato com a pele, visando obter aumento da dose na superfcie e/ou compensar tecido perdido (celofane ou gaze, para aumento de dose e cera para compensar o tecido); Tambm pode ser usado compensar o espalhamento. para57

Filtros Compensadores

Um filtro compensador obtm o mesmo efeito (compensar o tecido perdido) sobre a distribuio de dose de um bolus mas no causa uma perda do skin sparing; Feitos de quase todos os materiais, mas metais como chumbo, so mais prticos e compacteis.58


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Quanto mais perto da fonte de radiao o compensador colocado, menor o compensador; A espessura deste tipo de filtro, x, ao longo do raio pode ser resolvida pela lei de atenuao.60

Correes para as irregularidades de contorno

As medidas das distribuies de dose aplicadas por um feixe incidente plano so realizadas em um fantoma plano homogneo de gua. Para relacionar tais medidas com a distribuio de dose real no paciente, correes para superfcies irregulares e no homogeneidade dos tecidos devem ser aplicadas. Para correes de contorno 3 mtodos so usados; Alterao de isodose; Coeficiente efetivo de atenuao; Razo tecido-Ar61

Mtodo de alterao de isodose ParaDficitparmetro A Linhaslinha(ou K cada distribuio da de de um

isodose para Malha malha dependente tecidoda excesso) de so a fantoma desenhadasplanode distribuio energia (para cobalto h a diferena alinhada SSD ao paralelas com o SSD dose sobressalente 60 entre o ao eixo k central,da central e todo do eixopor para o aproximadamenteno longo mudadamalha do ocontorno h. ponto k x no eixo 0.7)SSD o campo paciente. central.

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Mtodo do coeficiente de atenuao efetivo

O fator de correo determinado a partir do fator de atenuao exp(-x), onde x a profundidade do tecido perdido sobre o ponto calculado e o coeficiente de atenuao linear do tecido para uma dada energia. Por simplicidade, os fatores so geralmente pr-calculados e supridos em uma forma de grfico ou tabela.63

Mtodo Razo TecidoAr

Tambm baseado na lei de atenuao, porm leva em considerao a profundidade do ponto calculado e o tamanho do campo. O fator de correo, CF dado por:

CF =

TAR ( z h, AQ ) TAR ( z , AQ )

Onde AQ o tamanho do campo

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Correes para no homogeneidade de tecido

A no homogeneidade no paciente resulta em: Mudanas na absoro do feixe primrio e ftons espalhados associados; Mudana na fluncia de eltrons.

H quatro mtodos de correo: O mtodo TAR; O mtodo da lei de potncia de Batho; TAR equivalente; Alterao de isodose (idntico mencionado anteriormente)

ao65

Correes para no homogeneidade de tecido

1= 3=1 (tecido equivalente a gua). e o uma densidade eletrnica qualquer.66

Mtodo Razo TecidoAr

O fator de correo igual a:TAR ( z ' , rd ) CF = TAR ( z , rd )

Onde

z ' = z1 + e z2 + z3

z = z1 + z2 + z3

este mtodo no leva em considerao a posio relativa no homgeneidade e assume que esta infinita lateralmente.67

Mtodo da Lei de Potncia de Batho

A dose em um ponto arbitrrio P corrigido por:CF = TAR ( z3 , rd ) 3 2 1 2

TAR ( z , rd )

Este mtodo leva em considerao a posio relativa no homogeneidade, assumindo tambm que a homogeneidade infinita na extenso lateral.68

Mtodo Razo TecidoAr equivalente

similar ao mtodo TAR, com exceo que o parmetro de campo modificado em funo da densidade relativa para corrigir a posio geomtrica da no homogeneidade em relao ao ponto calculado.

TAR ( z ' , rd ' ) CF = TAR ( z , rd )

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Combinaes de feixes e aplicaes clnicas

feixe simples de ftons tem seu uso limitado ao tratamento de tumores profundos; As regras para o uso de tais tipos de feixes em radioterapia so: Uma dose uniforme razovel no alvo(5%); Uma baixa dose mxima for a do alvo ( HVL1, ( < 1); Para feixes monocromticos HVL2 = HVL1 ( = 1).127

Ftons de kilovoltagem

Outra quantidade geralemnte usada a energia efetiva, definida como o (quantum) de energia de um feixe monoenergtico que tenha HVL igual a HVL1 do feixe heterogneo especificado.

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Ftons de megavoltagem

A espessura da HVL para ftons de alta energia varia pouco, o que torna esse parmetro intil para descrever o feixe; Outros parmetros foram criados de modo a relacionar a energia do fton com a maneira como ele interage com o alvo (NAP nominal accelerating potencial) e sua atenuao conforme penetra na gua ou em tecidos biolgicos; Os protocolos atuais baseiam-se em quantidades que relacionam a penetrao do feixe em gua, como: Tissue-phantom ratio (TPR) Percentage depth dose (PDD)129


Uma melhora considervel foi feita em protocolos de dosimetria baseados em medidas de kerma no ar quando conceitos de stopping power e coeficientes de absoro de massaenergia foram relacionados com efeitos clnicos de ionizao Exemplo: TRP 20,10130


O parmetro TPR20,10 definido como a razo de doses no eixo central a 20 e a 10 cm em gua obtido com uma fonte constante a 1 metro de distncia e campo de 10x10cm2 na posio do detector; O TPR20,10 uma medida da atenuao efetiva e descreve o decaimento aproximadamente exponencial da da curva de profundidade alm da profundidade de dose mxima (zmax); Importante: independente da contaminao por eltrons no feixe 131 incidente.


TPR pode ser relacionada com PDD pela relao: TPR20,10 = 1,2661 x PDD20,10 0,0595

definido em um fantoma de gua com SSD de 1 m. Essa relao emprica foi obtida de 700 linacs.

132


Outros ndices que foram propostos so, em sua maioria, relacionados com zmax O que os torna susceptveis contaminao de eltrons no feixe a essa profundidade num fantoma de gua. Para burlar os efeitos da contaminao, alguns parmetros como PDD(10) foram criados.133


O parmetro PDD(10) o PDD a 10 cm de profundidadeem gua determinado com um campo de 10 10 cm2 e SSD de 1 m; ele tem, em princpio, a mesma limitao em relao contaminao de eltrons Isso se resolve quando uma folha de 1mm de chumbo usada nas medies para remover a contaminao por eltrons descolhecida do valor zmax e substituir por uma quantidade conhecida de eltrons, dando origem ao PDD(10)Pb. Uma frmula de correo usada para converter PDD(10)Pb em PDD(10)x, o PDD a uma profundidade de 10 cm em gua num feixe de ftons puro (sem contaminao de eltrons).134


No h um nico ndice de qualidade que funcione satisfatoriamente em todas as condies para toda a faixa de energia (megavoltagem) usada em radioterapia e para todos os possveis linacs usados em hospitais e laboratrios. Todavia, a escolha do ndice de qualidade para feixes no deve ser regida pela preferncia do usurio (do fsico mdico) mas seguir o protocolo de dosimetria usado para assegurar uniformidade e consistncia da dosimetria em procedimentos radioterpicos.135

Calibrao de feixes de ftonsAspectos prticos

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Calibrao de feixes de ftons

Uma cmara de ionizao usada a uma distncia z (5 ou 10 cm) . A calibrao baseada no coeficiente de kerma no ar NK,Co obtido em um feixe de 60Co A qualidade de feixe especificada pela razo de TPRs, TPR20 a 20 e a 10 cm em gua ou com o PDD a 10 cm de profundiadade em gua sem contaminao por eltrons, PDD(10)x.

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A teoria de cavidade de BraggGray or SpencerAttix usada para determinar a dose absorvida Dw(z) ou a taxa de dose em um ponto de interesse a profundidade z em fantoma de gua a partir do sinal MQ :

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is the chamber current or charge corrected for influence quantities and measured at beam quality Q; is related to NK through is the restricted stopping power ratio between water and air averaged over the electron slowing down spectrum resulting from the photon is the wall spectrum; correction factor that accounts for the nonequivalence of the medium and wall;139

is the central electrode correction factor that accounts


is the fraction of the total transferred energy expended in radiative interactions on the slowing down of secondary electrons in air; is a correction factor for the non-air equivalence of the chamber wall and buildup cap needed for an air kerma in air measurement; is a correction factor for photon attenuation and scatter in the cham

is a correction factor for the non-air equivalence of the central electrode 140 of the cylindrical ionization chamber.


In the IAEA air kerma in air based protocols, the displacement effect resulting from the insertion of an air cavity into a phantom is accounted for by defining an effective point of measurement while the cavity perturbation effect is negligible. For cylindrical chambers in high energy photon beams the effective point of measurement is located 0.6r upstream of the chamber centre, r being the cavity inner radius.

141


For the purpose of absorbed dose measurements, in the absorbed dose to water based protocols the point of measurement is defined as the centre of the chamber and the displacement effects are accounted for by the introduction of the gradient correction factor equivalent to pdis. The cavity fluence perturbation correction factor pcav is unity in highenergy photon beams.

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beams based on the dose to water calibration coefficient ND,w,Co

Aspectos prticos

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Bibliografia

http://www.uic.com.au/ral.htm http://www.if.ufrgs.br/oei/cgu/espec/intro.htm http://www.millerjs.com/EDA/Glossary/ http://www.inspiration.com/diagrams/up_images/radioactive_big.gif http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nuclear/betaex.html

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