Dosimetría, Protección Radiológica y Control de Calidad en Radioterapia

Fundamentos de Dosimetría y Sistemas de Detección

Dosímetro: Dispositivo, detector, instrumento o sistema que evalúa las cantidades correspondientes a las magnitudes dosimétricas referidas a la radiación (exposición, kerma, dosis absorbida, dosis equivalente).

Medida: Proceso mediante el cual se obtiene el valor de la cantidad de radiación.

Parámetros y Características Dosimétricas

• Exactitud: Capacidad de indicar la medida correcta o de apuntar hacia el valor verdadero.
• Precisión: Posibilidad de desviarse del valor al que apunta (reproducibilidad).
• Linealidad: Respuesta proporcional a la cantidad dosimétrica que se está midiendo.
• Dependencia con la tasa de dosis: En sistemas acumulativos, la medida debe ser independiente de la tasa de dosis que recibe o, en su defecto, conocer su rango de respuesta.
• Dependencia direccional: Variación de la lectura del detector con respecto a la angulación que presenta frente al haz de radiación.
• Resolución espacial: Capacidad de discernir entre dos lecturas de dosis diferentes en puntos muy próximos.
• Modo de funcionamiento:
  • Modo pulso: El detector es capaz de percibir el efecto partícula a partícula.
  • Modo corriente: El detector mide los efectos acumulados en un tiempo determinado (son los más utilizados).

Tipos de Detectores Dosimétricos

Detectores de Cámara de Ionización

Se utilizan para determinar la dosis absoluta. Son detectores gaseosos donde el gas está sometido a un alto voltaje.

• Cámara cilíndrica: Es la más empleada (volumen típico de 0,6 cm³); destaca por ser estable y robusta, y mide la dosis absorbida con alta exactitud.
• Cámara planoparalela: Formada por dos láminas conductoras planas; es menos robusta y está indicada para haces de electrones de energía inferior a 10 MeV.
• Cámara pozo: Utilizada habitualmente en braquiterapia con fuentes de tasa de dosis muy baja; resulta apta para fuentes de diferentes formas y tamaños.
• Cámara de extrapolación: Cámara planoparalela con volumen sensible variable, empleada para conocer la dosis cerca de la superficie.
• Electrómetros: Dispositivos que detectan la señal eléctrica generada por la radiación al interactuar en la cámara. Poseen alta sensibilidad y operan en modo tasa o integrado (el modo integrado mide la dosis total acumulada).

Detectores por Película

• Radiográfica: En desuso relativo; consta de una base de plástico fino recubierta de una emulsión sensible a la radiación. Ofrece alta resolución espacial pero presenta dependencia energética.
• Radiocrómica: Ofrece alta resolución espacial en presencia de gradientes de dosis pronunciados, medida independiente de la tasa de dosis y una mejor respuesta dosimétrica.

Detectores por Luminiscencia

• Fluorescentes: La emisión luminosa cesa casi de inmediato al interrumpirse la fuente de radiación causante.
• Fosforescentes: La luminiscencia permanece durante un tiempo tras cesar la radiación. Si este proceso se acelera térmicamente, se produce el fenómeno de termoluminiscencia.
• Dosimetría termoluminiscente (TLD): Se fundamenta en cristales (los de fluoruro de litio son los más utilizados), disponibles en diferentes formas y tamaños, evaluando la luz emitida proporcional a la dosis recibida.

Otros Detectores Dosimétricos

• Semiconductores de silicio: Diodos que producen pares electrón-hueco cuando incide radiación ionizante sobre ellos. Pertenecen al grupo de detectores de estado sólido, ofrecen gran resolución espacial, son pequeños y rápidos, y se emplean principalmente para dosimetría relativa.
• MOSFET: Detectores semiconductores miniaturizados aptos para dosimetría in vivo, cuyo principio se basa en el incremento del voltaje umbral tras la irradiación.
• Diamante: Modifican su resistividad eléctrica al ser irradiados, generando una corriente proporcional a la tasa de dosis. Tienen una sensibilidad elevada y resultan idóneos para zonas con gradientes pronunciados.
• Dosimetría por gel: Utilizada en dosimetría relativa para medir distribuciones de dosis complejas en geometrías tridimensionales (3D) evaluadas mediante resonancia magnética (RM). Su implementación es compleja y se restringe a estudios concretos.
• Dispositivos multidetector: Sistemas formados por matrices lineales o bidimensionales de cámaras de ionización o semiconductores en configuración plana. Son robustos, sencillos de operar y se aplican en controles de calidad rutinarios.

Calibración y Maniquíes

Calibración: Procedimiento realizado bajo condiciones de referencia estandarizadas para comparar posteriormente las lecturas obtenidas.

Maniquí o fantoma: Dispositivo construido con materiales específicos y geometrías definidas que simulan la interacción tisular con la radiación:

• De agua: Es el medio de referencia estándar más adecuado para determinar la dosis absorbida.
• Sólido: Elaborado con distintas composiciones equivalentes a tejidos biológicos (hueso, cartílago, pulmón, etc.).
• Antropomórfico: Estructura sofisticada que reproduce con fidelidad la geometría y características dosimétricas del cuerpo humano; algunos modelos incorporan movimiento de órganos.

Protección Radiológica y Sistemas de Monitorización

Tipos de exposición:

• Irradiación externa: Procede de fuentes radiactivas situadas fuera del organismo.
• Exposición interna: Tiene lugar cuando el material radiactivo se incorpora al organismo por inhalación, ingestión o a través de heridas cutáneas.
• Dosis efectiva: Magnitud limitadora según la reglamentación de protección radiológica española.

Controles Operacionales

• Vigilancia radiológica del lugar de trabajo: Comprende la medición de las tasas de dosis externas y la evaluación de la concentración de actividad en aire y superficies.
• Vigilancia individual: Se efectúa mediante la evaluación periódica de las dosis recibidas por cada trabajador expuesto.

Monitores de Tasa de Dosis

La tasa de dosis es la magnitud que cuantifica la intensidad del campo de radiación existente en un intervalo de tiempo. Estos instrumentos se fundamentan en detectores de ionización gaseosa o de centelleo y operan mediante:

• Modo instantáneo: Proporciona información inmediata de la tasa de dosis.
• Modo integrado: Registra la dosis acumulada a lo largo de un período controlado.

Clasificación según el elemento sensor:

• De ionización gaseosa: Constituyen la mayoría de los equipos (cámaras proporcionales o contadores Geiger-Müller). Detectan partículas alfa y beta; su respuesta tiene dependencia con la temperatura, presentan diseños ligeros y delgados, y cuentan con cubiertas protectoras de plástico o aluminio donde el kerma y la dosis absorbida son equivalentes.
• De centelleo: Aprovechan los pulsos de luz emitidos para estimar la dosis absorbida. Poseen una sensibilidad muy elevada y emplean tubos fotomultiplicadores de bajo ruido, con cierta dependencia térmica.
• De semiconductor: Utilizan cristales semiconductores compactos que permiten reducir sustancialmente el tamaño del dispositivo manteniendo una alta sensibilidad.

Monitores de Contaminación Superficial

• De ionización gaseosa: Destacan por su gran eficiencia para la detección de partículas alfa y beta situadas cerca o en contacto directo con la superficie evaluada. Debido a su baja sensibilidad intrínseca, se recurre con frecuencia al modo Geiger.
• De centelleo: Constan de detector acoplado a un sistema de recuento de impulsos. Detectan fotones, radiación alfa y radiación beta. Requieren una alimentación de alta tensión estable para el fotomultiplicador y exigen que la cara expuesta esté sellada contra la luz ambiental.

Dosimetría Personal

Garantiza la vigilancia radiológica individualizada frente a exposiciones externas mediante dispositivos pequeños, ligeros, sensibles y versátiles.

• Dosímetros pasivos: Los más utilizados en la práctica clínica rutinaria. No precisan alimentación eléctrica, acumulan la dosis y contienen uno o varios elementos detectores:
  • Termoluminiscentes: Emplean varios detectores; son reducidos y especialmente útiles para extremidades.
  • Fotográficos: Basados en emulsiones con sales de plata que requieren revelado químico.
• Dosímetros activos: Facilitan lectura directa e instantánea; suelen ser más voluminosos, requieren baterías y se reservan para tareas de vigilancia operacional específica.
• Dosimetría de neutrones: Implica una dificultad técnica añadida, dado que los neutrones no ionizan de forma directa y recorren grandes espesores de materia sin interactuar. Requieren detectores térmicos combinados con moderadores de espesores de hasta 10 cm compuestos por materiales hidrogenados (polietileno).

Criterios del Consejo de Seguridad Nuclear (CSN)

La dosis efectiva y equivalente se cuantifica en sieverts (Sv). En los registros dosimétricos no se computan las dosis derivadas del fondo radiactivo natural, tratamientos médicos ni exposiciones como miembro del público:

• Categoría A: Incluye el registro mensual de dosis y el seguimiento de la dosis acumulada en periodos de 12 meses y de 5 años consecutivos.
• Categoría B: Requiere la determinación o estimación anual de las dosis recibidas.

Garantía de Calidad y Verificación de Equipos Radioterápicos

Programa de garantía de calidad: Conjunto estructurado de acciones planificadas y sistemáticas orientadas a garantizar el cumplimiento de requisitos preestablecidos, supervisado por el Servicio de Radiofísica Hospitalaria.

Marco normativo: El Real Decreto 1566/1998, de 17 de julio, establece los criterios de calidad en radioterapia, normativas legales y especificaciones de obligado cumplimiento.

• Frecuencia: Intervalo temporal programado para la repetición de cada prueba.
• Tolerancia: Rango aceptable de variación respecto al valor nominal.
• Nivel de acción: Umbral numérico que, al ser superado, obliga a la intervención técnica considerando las limitaciones del equipo.

Parámetros Físicos y Energéticos

• Índice de calidad: Número característico que define inequívocamente la energía efectiva del haz de radiación, verificado periódicamente.
• TPR_20/10: Razón de dosis absorbidas en agua para dos profundidades de referencia (20 cm y 10 cm) con una distancia foco-detector constante de 100 cm.
• PDD (Porcentaje de Dosis en Profundidad): Relación porcentual de dosis absorbida en función de la profundidad respecto al máximo, correlacionada analíticamente mediante formulaciones empíricas.

Pruebas de Verificación Mecánica y Dosimétrica en Aceleradores Lineales

Comprende controles de seguridad y consistencia geométrica indispensables para evitar daños al paciente o al operador:

• Sistemas de seguridad: Pulsador de parada de emergencia (tipo seta), enclavamientos que impiden la emisión no autorizada, llave de encendido, detectores de colisión en el cabezal, luces indicadoras de irradiación, circuito cerrado de televisión e intercomunicadores.
• Isocentro: Verificación de que la intersección de todos los ejes de rotación mecánica converge dentro de una esfera de 2 mm de diámetro.
• Coincidencia de ejes: Comprobación de la alineación del eje luminoso con el eje de radiación mediante exposición de película radiográfica o detectores bidimensionales en mesa a distintas angulaciones.
• Escalas e indicadores: Precisión angular dentro de un margen inferior a 1° y longitudes con tolerancia de ±1 mm; desplazamiento vertical y horizontal de la mesa sin desvíos.
• Indicador de campo: Correspondencia entre el campo luminoso y el campo de radiación real, así como verificación del telémetro de distancia.
• Unidades Monitor (UM): Calibración de la carga recogida para conocer con precisión cuánta dosis absorbida se suministra en condiciones de referencia por cada UM administrada.
• Constancia, repetibilidad y linealidad: La calibración debe conservarse dentro del 2% del valor de referencia con una desviación típica igual o inferior al 0,5%; la estabilidad diaria entre medidas consecutivas no debe superar el 2%. La linealidad de dosis con respecto a las UM se comprueba con maniquí en un rango amplio de dosis.
• Dependencia angular (gantry): Variación de la lectura dosimétrica en función del ángulo de giro respecto a los 0° inferior al 3%.
• Factor de campo: Razón entre la dosis en un punto para un tamaño de campo dado y la dosis en el mismo punto para el campo de referencia (10 × 10 cm²), evaluado con periodicidad anual.

Curvas de Rendimiento Dosimétrico

Definen la distribución espacial de la dosis absorbida producida por los haces:

PDD para Haces de Fotones

El PDD se incrementa al aumentar la energía del haz y al aumentar el tamaño del campo:

• Espesor de acumulación (build-up): Región comprendida entre la superficie de entrada y el punto donde se sitúa la dosis máxima.
• Profundidad del máximo (d_max): Crece conforme aumenta la energía del haz y se desplaza ligeramente hacia la superficie con campos muy extensos.
• Dosis absorbida en superficie: Menor a mayor energía y menor para campos pequeños.
• Gradiente tras el máximo: Caída exponencial de la dosis atenuada por el medio, más pronunciada cuanto menor es la energía del haz.

PDD para Haces de Electrones

• R₁₀₀ (Profundidad del máximo): Zona de dosis máxima dependiente de la energía inicial de los electrones.
• R_p (Alcance práctico): Punto de intersección de la tangente en el punto de inflexión con el fondo de radiación de frenado; cuantifica el recorrido de los electrones.
• R₅₀ (Alcance al 50%): Profundidad en la que la dosis absorbida decae al 50% de su valor máximo.

Distribuciones Espaciales: Isodosis y Perfiles

• Curvas de isodosis: Líneas continuas que unen puntos con idéntico valor de dosis relativa respecto a un punto de referencia; el espaciado entre líneas define la magnitud del gradiente de dosis.
• Perfiles de dosis: Distribución de la dosis absorbida sobre una sección recta perpendicular al eje central del haz a una profundidad fijada. Permite cuantificar la uniformidad (homogeneidad), la simetría y las penumbras física y geométrica.
• Correlación bidimensional: La variación a lo largo del eje del haz corresponde al PDD, mientras que las variaciones en las direcciones ortogonales corresponden a los perfiles de dosis transversal y longitudinal.

Control de Calidad en Braquiterapia

Dado el potencial de incidentes severos atribuible a fuentes de alta tasa (en torno al 30% de los sucesos notificados corresponden a braquiterapia pese a representar solo el 5% de los tratamientos radioterápicos), se exige un riguroso programa de aseguramiento de la calidad:

Sistemas de Seguridad

• Sistemas audiovisuales: Supervisión de cámara y audio con periodicidad diaria y semestral.
• Conexión del aplicador: Verificación semestral de los mecanismos de acople con interrupción automática por mal encaje.
• Enclavamientos de puerta: Comprobación trimestral de parada de emergencia y retracción inmediata de la fuente al abrir la puerta del búnker.
• Obstrucción de catéteres: Control trimestral de la detección de colisiones durante la trayectoria de expulsión de la fuente.
• Interrupción del suministro eléctrico: Prueba trimestral de desconexión de red comprobando la retracción asistida por batería de reserva.
• Equipamiento para situaciones de emergencia: Disponibilidad diaria de contenedor blindado, pinzas largas (forceps), alicates y alambre guía de rescate.

Parámetros Físicos y de Aplicadores

• Posicionamiento de la fuente: Comprobación de exactitud posicional con periodicidad diaria y semestral.
• Tiempo de tránsito: Constatación anual de que la velocidad de traslación se mantiene constante.
• Linealidad del cronómetro del equipo: Verificación anual de exactitud temporal y reproducibilidad.
• Calibración de la actividad de la fuente: Determinación en cámara pozo antes de su uso clínico tras cada reposición periódica (recambio habitual cada 3 a 4 meses en fuentes de Iridio-192).
• Inspección de aplicadores: Examen visual exhaustivo, comprobación de la inmovilidad interna de la fuente, ajuste a tolerancias del fabricante, protocolos de esterilización y ensayos periódicos de contaminación superficial y fuga radiactiva.