Estudio de los requerimientos de blindaje para aceleradores lineales con haces sin filtro aplanador en modalidad IMRT

• Reyes Carvajal, Angelo Albano ^[2] ; Castellanos López, María Esperanza ^[1]
  1. [1] Pontífica Universidad Javeriana

     Pontífica Universidad Javeriana

     Colombia

     
  2. [2] Clínica San Rafael, Pereira, Colombia
• Localización: Revista investigaciones y aplicaciones nucleares, ISSN-e 2711-1326, ISSN 2590-7468, Nº. 5, 2021, págs. 54-65
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Study of shielding requirements for Linacs with Flattening Filter-Free beams in IMRT techniques
• Enlaces
  • Texto completo
• Resumen
  • español

    En este trabajo se estudiaron los parámetros usados para el cálculo de blindajes en acelera­dores lineales (linac) de electrones modernos que pueden operar con o sin filtro aplanador en el haz (haces FF y FFF), en modalidad de radioterapia por intensidad modulada (IMRT). En particular, se analizaron los espesores decirreductores (TVL), la carga de trabajo (W) y los factores de uso (U) de haz primario, con el objetivo de determinar las diferencias tanto en requerimiento de espacio como de costos para un búnker. Se estudiaron las propieda­des espectrales de haces FF y FFF de 6 MV, a partir de espectros publicados, y su efecto en parámetros como la energía media del haz y los TVL. Se encontró que la energía media en haces FF puede ser 1,15 veces superior a la de haces FFF, mientras que los TVL para haces FFF pueden ser inferiores en un 16 % a los de haces FF, resultados consistentes con datos publicados. Se hizo un estudio de carga de trabajo y de factores de uso de haz primario para dos aceleradores de última generación operados en un centro de alta carga de trabajo en tra­tamientos con IMRT y arcoterapia de modulación volumétrica (VMAT), con el objetivo de realizar cálculos de blindaje representativos para un centro moderno de radioterapia. Con un ejemplo de búnker, se halló que el espesor de las barreras primarias para un linac operado con haces FFF puede ser inferior hasta en un 19 % al requerido para haces FF; también, se reduce el espesor de las barreras secundarias necesarias, lo cual se explica en parte con la disminución de la carga de trabajo de radiación de fuga, WL, en haces FFF de un 54 %, como consecuencia de la disminución del número de unidades de monitor (UM) requerido para un tratamiento con haces FFF, en comparación con haces FF. Cuando se utilizan haces com­binados, las ventajas de blindaje se ven reducidas dependiendo de la combinación utilizada; por ejemplo, se estableció que al aumentar el modo de operación de un linac de un 20 % a un 40 % con haz FFF, la ventaja en reducción de blindaje puede llegar hasta 9 % para barreras primarias y secundarias. Mediante factores de uso de haz primario, correspondiente a los modos de operación de un linac moderno, como los estudiados, y en combinación con haces únicos FFF, el espesor de las barreras primarias y secundarias se puede reducir hasta en un 30 %, optimizando así costos y espacios, sin sacrificar la protección del público y trabajado­res. Por último, como consecuencias prácticas de la reducción de espesores de blindaje, es posible reducir entre 13 % y 17 % la cantidad de concreto ordinario para la construcción de un búnker como el del ejemplo analizado, y se puede llegar a un ahorro específico en espacio entre 6 m2 a 11,8 m2.

  • English

    In this work, the parameters used for shieding calculation for modern electron linear acce­lerators (linac) that can operate with or without a flattening filter in the beam (FF and FFF beams), in intensity modulated radiotherapy (IMRT) modality, were studied. In particular, the tenth-value layers (TVL), the workload (W) and the primary beam use factors (U) were analyzed, in order to determine the differences in both space requirements and costs for a bunker. The spectral properties of 6 MV FF and FFF beams, from published spectra, and their effect on parameters such as mean beam energy and TVLs were studied. It was found that the average energy for FF beams can be 1.15 higher than that of FFF beams, while the TVLs for FFF beams may be 16% lower than those for FF beams, results consistent with pu­blished data. A study of the workload and primary beam use factors was carried out for two last generation accelerators operated in a high-workload center in treatments with IMRT and volumetric modulated arc therapy (VMAT), with the objective of performing shielding calculations representative for a modern radiotherapy center. With an example of a bunker, it was found that the thickness of the primary barriers for a linac operated with FFF beams can be up to 19% less than that required for FF beams; also, the thickness of the necessary secondary barriers is reduced, which is partly explained by the decrease in the workload of leakage radiation, WL, in FFF beams of 54%, as a consequence of the decrease in the num­ber of monitor units (MU) required for treatment with FFF beams compared to FF beams. When using combined beams, shielding benefits are reduced depending on the combination used; for example, it was established that by increasing the operating mode of a linac from 20% to 40 % with FFF beam, the advantage in shielding reduction can reach up to 9% for pri­mary and secondary barriers. Using primary beam use factors, corresponding to a modern linac modes of operation, such as those studied, and in combination with single FFF beams, the thickness of the primary and secondary barriers can be reduced by up to 30%, thus opti­mizing costs and spaces, without sacrificing the protection of the public and workers. Fina­lly, as practical consequences of the reduction of shielding thicknesses it is possible to reduce between 13% and 17% the amount of ordinary concrete for a bunker like the one in the analyzed example, and a specific savings in space between 6 m2 to 11.8 m2 can be achieved.