APRÈN. Portal de la producció docent del professorat de la UPC

A high percentage of the population is exposed to medical radiodiagnosis procedures. Among the different specialties, computed tomography (CT) is the most common type of procedure and exposes patients to a higher dose of radiation than conventional radiography. The number of computed tomography procedures has significantly increased in recent years, making it essential for the monitorization of the radiation emitted during these tests. This study analyzes the radiation doses received by patients at Hospital de la Santa Creu i Sant Pau, with the aim of conducting a statistical study and comparing the results with the national standards. The data provided by the hospital for the study comes from the Qaelum software, which is used to store relevant information from the different protocols applied to the patients. Data was selected from examinations performed during last year on 4 CT machines, each of a different model and with specific protocols. These examinations were grouped and classified to calculate descriptive statistics, such as the median and standard deviation, and the typical values of the reference magnitude were compared with the national dose reference levels. The results show that the radiation doses received by patients at Hospital de la Santa Creu i Sant Pau are generally below the national NRD, with some variations between the different machines and protocols. It is important to emphasize the significance of monitoring and optimizing radiation doses in CT procedures following the principles of justification and optimization established by Directive 2013/59/Euratom. Despite some challenges found during the research, the results provide a solid foundation for improving the radiological protection of the hospital and to ensure patient safety.

Cancer is one of the leading causes of death according to the WHO, being lung cancer the second most common in Spain. Treatment in most cases involves external radiation therapy with photon beams. In the case of lung cancer, the tumor is found in the lungs, which are protected by the rib cage. Thus, external radiation beams must pass through areas of extreme inhomogeneity (bone-lung). In this work, the comparison of two commercial planning algorithms for external radiotherapy in lung cancers is proposed: AAA (the most commonly used) and Acuros XB (greater precision algorithm) both of Eclipse-Varian in phantoms. The PRIMO code, a Monte Carlo simulation validation system co-developed by INTE-UPC researchers, will be taken as a reference for in order to select the most appropriate planification system.

Interventional radiology (IR) procedures are becoming more widely available as technology advances, and the number of applications has steadily increased. These minimally invasive procedures can potentially result in high patient and operator radiation does. Although the appropriate use of personal protective equipment substantially reduces the dose received by workers, it is often difficult to know the dose received by unprotected areas of the operator's body, and to ensure the representativeness of the usual dose measurements since the spatial distribution of the radiation is very inhomogeneous. In the PODIUM (Personal Online Dosimetry Using Computational Methods) project, in which this study is immersed, was developed the Monte Carlo code PENELOPE / PenEasy_ . The analysis of the extracted data allows to check which parameters influence the dose that reaches the medical staff and compare them in different conditions. Moreover, this study intends to determine not only the influence of the basic parameters of the X-ray systems used for interventional radiology but specially the impact of the anthropometric data of patients. Tube voltage is the most influencing parameter followed by the added filtration and angulations of the C-arm. Thoracic and abdominal thickness and width of the patient are both good predictors to determine operator's dose. Although this study has been made for female phantoms, results can be applied for male patients.

En los procedimientos de radiología intervencionista, se emplean técnicas de obtención de imagen a tiempo real, mediante el uso de radiación ionizante, con el fin de tratar o diagnosticar patologías por medio de procedimientos mínimamente invasivos. El incremento en complejidad y número de técnicas intervencionistas, que podría suponer un aumento de la radiación recibida tanto por los pacientes como por el personal médico, ha generado un aumento de la consciencia en el ámbito de la protección radiológica. El presente trabajo, que se integra dentro del proyecto europeo de protección radiológica PODIUM (Personal Online DosImetry Using computational Methods), pretende calcular mediante el método de simulación Monte Carlo las características de los campos de radiación dispersa generados durante procedimientos de radiología intervencionista, a partir de la identificación de una serie de parámetros característicos de la fuente de rayos X: kilovoltaje, filtración, tamaño de campo y angulación de giro. Para ello, en este proyecto se emplea el código de simulación PENELOPE/ PenEasyV2 estructurado en diversos archivos: fuente de emisión, materiales, cuerpos geométricos, archivo de entrada y archivo de salida. El análisis de los datos extraídos, permite comprobar a priori, sin que sea necesario exponer a ningún trabajador a la radiación, cómo una variación del parámetro a estudiar tiene una influencia sobre la dosis del operador. Específicamente, el parámetro filtración muestra una mayor variabilidad en la dosis ocupacional absorbida, donde su incremento tiende a estabilizarse a partir de una energía de 95 kV y una filtración de 0.6-0.9 mmCu.

According to the recent EU Council Directive 2013/59/Euratom, information relating to patient exposure forms part of the report of the medical radiological procedure, this requirement will help to avoid deterministic effects on the skin, and patient follow-up. The main goal of the project is the development of a Monte Carlo-based method to assess patient doses, in particular by using the MC-GPU code (based on the physics of the PENELOPE code). The main characteristic of the MC-GPU code is that runs using graphic processing units (GPU), allowing to obtain results in a very fast way. To reach the proposed objective the project will address the optimization and automatization of the code as well as its validation against standard CPU-based codes.

El presente trabajo final de grado tiene como objetivo general la optimización del proceso de determinación de aerosoles radiactivos mediante muestreadores de bajo caudal en el aire de la ciudad de Barcelona, que se lleva a cabo en el Laboratorio de Análisis de Radiactividad del Instituto de Técnicas Energéticas. Por una parte, se procede a estudiar los procesos de determinación de la concentración de aerosoles para muestras ambientales semanales y trimestrales. Para de esta manera, proponer acciones de mejora en los puntos susceptibles a ser modificados. La propuesta de acciones de mejora para los resultados de la actividad beta total de filtros procedentes de muestras semanales han consistido en un cambio del factor spillover y de la eficiencia de detección, la valoración del tiempo de espera entre captación de los aerosoles y su medida y, por último, la evaluación del impacto de la presencia de diversos isótopos presentes en las muestras. En el caso de los resultados de espectrometría gamma de muestras trimestrales, las propuestas de mejora han consistido en la eficiencia de detección empleada y en la valoración del impacto de la geometría de colocación de la muestra. Por otra parte, también se lleva a cabo una validación de la metodología propuesta mediante la comparación de la actividad beta y la actividad gamma obtenida para dos conjuntos de muestras homogéneas o ideales, y otro conjunto de muestras heterogéneas o reales. Además del estudio, tratamiento y comparación de los resultados, el documento también incluye una introducción teórica sobre los aerosoles radiactivos, los métodos de medida empleados, el estudio económico del desarrollo del trabajo y un breve comentario sobre el impacto ambiental que supone la realización de este trabajo. Finalmente, en el apartado de conclusiones se resaltarán las principales optimizaciones obtenidas durante la realización del trabajo.

This report is based on the study of 22Na in the atmospheric air, is focused to know the seasonality of this radionuclide, compare it with another cosmogenic radionuclide, check the efficiency of the applied detection system and propose another method in order to improve the presently used method. This isotope can be used as an atmospheric tracer and can provide information about many atmospheric processes, in particular on the exchange of air between the stratosphere and the troposphere. In this document it is included basic information on the characteristics of 22Na and its origin as well details on the instrumentation and methodology that have been applied. In this document is also explained how has been improved the existent method to detect and quantify the 22Na, it can be applied even during cold seasons in order to detect and quantify the 22Na when the concentration of this radionuclide is really low with a mean value around 0,5 µBq/m3 in summer and around 0,1 µBq/m3 in winter.

En el campo de la protección radiológica, una de las áreas a la que se está dedicando gran atención es al estudio de los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes. En este ámbito se dispone de información y medios en cuanto a efectos de dosis elevadas en irradiaciones agudas. El objetivo de este proyecto es estudiar un irradiador que permita irradiaciones a dosis bajas (~50 μGy/h) durante periodos de tiempo de semanas o meses. Concretamente se busca que estas irradiaciones se lleven a cabo con fuentes o equipos emisores de radiación fotónica en el rango de energías de 60 a 662 keV. Para llevar a cabo el proyecto, se comienza con la selección del emisor de radiación más adecuado a la situación buscando cumplir los criterios establecidos en el planteamiento del problema, calculando además, el blindaje y la geometría necesarios para conseguir el mejor diseño. Posteriormente se trata de encontrar elementos comerciales para el desarrollo del irradiador teniendo en cuenta que sería de interés que el dispositivo cuente con la opción de modificar las condiciones ambientales en su interior. Tras esto, se propone la solicitud de autorización administrativa de la instalación, un estudio de costes y otro de impacto ambiental.

L'objectiu general d'aquest projecte és la millora del procés de determinació d'aerosols radioactius en l'aire de la ciutat de Barcelona que es du a terme en el Laboratori d'Anàlisi de Radioactivitat de l'Institut de Tècniques Energètiques. Primer es farà el tractament i estudi de les dades ja obtingudes en el Laboratori, que forma part de la xarxa espaiada d'estacions de mostreig (REM) del “Consejo de Seguridad Nuclear”, en el període 2006-2013, gràcies a un mostrejador d'aire d'alt cabal que funciona de forma habitual. Paral·lelament, s'estudiarà la influència de diversos paràmetres en el mostreig, així, s'han instal·lat dues bombes més, una de cabal mitjà i una de petit cabal, i es realitzarà la comparació dels valors d'activitat obtinguts amb aquestes bombes. Finalment, es realitzarà l'estudi de la influència dels patrons de calibratge en els resultats obtinguts. La comparació entre els diferents mostrejadors i l'estudi de l'efecte dels patrons, es farà sobre el 210Pb ja que és l'únic radionúclid que es pot detectar amb els tres mostrejadors. A més del tractament i comparació dels resultats obtinguts, el document també inclou una introducció teòrica sobre els aerosols radioactius, els mètodes de mesura emprats durant la realització del projecte, l'estudi econòmic del desenvolupament del projecte, i un breu comentari sobre l'impacte ambiental que suposa la realització d'aquest projecte.

En la última década, gracias a los avances tecnológicos, la dosis impartida a los pacientes sometidos a radioterapia externa ha ido aumentando progresivamente, consiguiéndose gracias a ello unas tasas de control tumoral cada vez mayores. Sin embargo, la piel es un órgano de riesgo que siempre se encuentra en la trayectoria del haz de radiación y por ello diversos estudios ya han descrito situaciones de sobreexposición de la piel en estas condiciones. La profundidad de referencia de la piel corresponde a 70 micrómetros, por lo que para la medida de la dosis que recibe deben emplearse detectores adecuados. En este proyecto se pretende determinar los factores de corrección que deben ser aplicados para la medida de dosis en piel mediante dosímetros TL de tipo ultrafino (5-10 mg/cm2) de diversos tipos, comparando su respuesta con la dosis medida por una cámara de extrapolación, considerada el instrumento de referencia para medida de la dosis en piel, pero que no puede ser empleado en rutina. El proyecto incluye las etapas de caracterización con microscopio electrónico de los detectores, su calibración e irradiación en el “Hospital de la Santa Creu i Sant Pau” para el estudio de parámetros de influencia en la medida de la dosis en piel, así como el uso de la mencionada cámara de extrapolación. Finalmente, también se han determinado los factores de corrección de otro tipo de detectores: cámaras de ionización plano-paralelas y centelleo.

Cancer is one of the leading causes of death around the world and the number of patients is expected to increase in the next years. Most of the cancer patients are treated with radiotherapy for at least a part of their treatment. The success of a radiation therapy treatment lies on its correct planning and the accurate prediction of dose distribution in the patient. These dose distributions are generated using treatment planning systems. Analytical algorithms are commonly used despite more accurate results can be achieved using Monte Carlo based algorithms due to the long calculation times required by them. In 2013 a new Monte Carlo based algorithm, PRIMO, was developed. In this program, based on PENELOPE, several variance reduction techniques have been included in order to speed up the calculations as well as a graphical user interface has been designed to make it user friendly. This work will help to validate the simulation code PRIMO. The validation of a treatment planning algorithm involves many different tests, among them, a basic validation of computed doses compared to measurements in water, as well as the verification of its dosimetric accuracy in complex situations. The aim of this work is to investigate the performance of the PRIMO code, in particular to study its dosimetric accuracy in complex situations such as the presence of materials different than water (lung and bone) and when computing the dose within the first millimeters of the patient. This aim was translated into a set of computational experiments performed on simple geometrical phantoms as well as on computerized tomography images. Results showed that the algorithm allows to obtain accurate results in water phantoms, as well as in regions susceptible to errors like the build up region and regions with material heterogeneities.

El presente proyecto consiste, por una parte, en la elaboración de un análisis del impacto dosimétrico de la presencia de radiactividad en los alimentos utilizando los datos disponibles en el Laboratorio de Análisis de Radiactividad del Instituto de Técnicas Energéticas de la UPC. Se ha recopilado toda la información recogida por éste en el periodo 1996-2013 y se ha analizado la evolución del contenido radiactivo de los mismos. Se ha estimado, utilizando el consumo medio de alimentos, la dosis que recibe un ciudadano catalán anualmente por ingestión de alimentos con presencia de radiactividad. Asimismo se ha realizado una comparación de los resultados obtenidos frente a datos de otras zonas a nivel nacional e internacional. El análisis de la evolución temporal muestra un buen comportamiento general de los datos para los dos alimentos con un seguimiento más continuo. Se ha determinado que los niveles de dosis recibidos por ingestión de alimentos con contenido en isótopos de origen artificial en Cataluña son bajos e inferiores al promedio de las zonas comparadas. Por otra parte, teniendo en cuenta que los procedimientos de análisis pueden llegar a tardar más de 15 días, se ha propuesto un método simplificado de valoración de radiactividad en alimentos que consuma menos tiempo y recursos basándose en la experiencia del laboratorio, a fin de añadirlo a su oferta de servicios. Se han utilizado referencias de reglamentación europea para valorar si el método permite certificar con seguridad que un alimento cumple con tales directrices. El estudio del método simplificado ha llegado a la conclusión de que éste permite comprobar si los niveles de radiactividad de la leche de vaca están por debajo de directrices europeas de manera económica y rápida, pero que para otros alimentos no se puede certificar con la misma seguridad debido a la falta de recursos.

During a radiotherapy treatment, skin of the patient is always exposed to the radiation; as a consequence late effects can be appear. Therefore, dose values in this region may be of interest for clinical evaluation and investigation of those undesirable effects. However, surface dose is not intuitive and is difficult to measure and calculate; the parameters, which modify it are not always the same and each one are dependent to the others. The aim of this project is to quantify absorbed dose in the build-up region and near to the skin approximately between 0 mm - 1 mm using two methods. One of them, an analytical calculation using Monte Carlo simulations; and the other an experimental approach using an extrapolation chamber. Monte Carlo simulations are performed with the PENELOPE package of subroutines for 6MV and 15MV photon beams. Experimental setup consists in the use of an extrapolation chamber (PTW model 23392), considered the most suitable instrument to measure absorbed dose in the build-up region, but its not commonly available in the hospitals because its use is not practical. The chamber was adapted for its use in clinical environments in a previous work, then for this work the measurement process is easier and results with high level of accuracy can be obtained. In this way, EC (extrapolation chamber) measurements served as the gold standard in our study to validate the Monte Carlo simulations and also with results reported by previous studies. As a result, we found that simulation outcomes are in good agreement with experimental data.

En la sociedad actual de los países desarrollados existe un notable incremento en el uso de la radioterapia para el tratamiento de tumores, ya sea con un objetivo paliativo o curativo; la maquinaria empleada es cada día más precisa en la determinación de los volúmenes a irradiar y a la vez permite irradiar con niveles de intensidad más elevados; esto presenta ventajas e inconvenientes. La necesidad del conocimiento de la dosis impartida en piel debido al aumento de toxicidad en los tratamientos con técnicas de modulación de intensidad (IMRT) es el motor inicial del proyecto. Cuando se irradia en un tratamiento de radioterapia externa la piel siempre recibe radiación: tanto si la piel es el volumen a irradiar como si es el órgano en riesgo debe conocerse con la máxima exactitud el nivel de dosis, ya sea para correlacionar la posible toxicidad a la dosis administrada durante el tratamiento como para garantizar la correcta irradiación del paciente. Los avances producidos en la actualidad en el diseño de linacs permiten aumentar el nivel de dosis a impartir sin comprometer la afectación de los órganos en riesgo; en la técnica de modulación de intensidad (IMRT) el nivel de dosis en piel se puede incrementar notablemente respecto a técnicas convencionales, más aún si se hace uso de inmovilizadores. Los niveles de radiación se conocen con el uso de detectores. Para conocer el nivel de radiación en la capa basal o zona de build-up, situada a una profundidad de 7mg/cm2 de la superficie de la piel, se debería introducir el detector dentro del paciente, cosa inviable. Se han de plantear otros métodos que permitan conocer estos valores con el máximo de precisión para optimizar el tratamiento y sus efectos adversos. Actualmente los sistemas de planificación utilizados en el tratamiento permiten una fusión de imágenes adquiridas previamente al tratamiento, que mejoran la determinación de la zona a irradiar pero no resuelven con suficiente precisión la zona de build-up; un estudio realizado por el Task Group 53 de la Asociación Americana de Físicos Médicos con detectores habituales en el ámbito clínico han determinado diferencias del 20% y del 50% entre el valor planificado y el medido experimentalmente dependiendo del tipo de haz. El instrumento de referencia para medir el nivel de dosis donde no existe equilibrio electrónico es la cámara de extrapolación, en este proyecto se ha utilizado el modelo 23392 de la casa PTW para determinar los factores de corrección necesarios para conocer el nivel de dosis en piel durante los tratamientos de radioterapia con una precisión inferior al 2-3%. La cámara de extrapolación que se ha utilizado en este proyecto ha estado en desuso durante algunos años; por ello en la primera fase se ha realizado el proceso de ajuste midiendo con una fuente calibrada de partículas beta en el Institut de Tècniques Energètiques de la UPC; dado que la finalidad es poder utilizar la cámara en un hospital para calibrar el haz de los equipos utilizados en tratamientos de radioterapia, paralelamente al ajuste se ha diseñado y construido un soporte para la cámara que ha permitido situarla en una posición vertical (el montaje original sólo permitía situarla en posición horizontal). Garantizado el funcionamiento de la cámara y sabiendo configurarla correctamente, se han realizado las mediciones en el Hospital de la Santa Creu y Sant Pau en el servicio de Radiofísica y Radioprotección con la finalidad de poder caracterizar los niveles de radiación en piel, cosa que permitirá a los radiofísicos utilizar los valores obtenidos con la cámara de extrapolación como referencia para las cámaras que utilizan habitualmente en el hospital y que tienen mucha menos precisión.

El projecte que es presenta té com a principal objectiu el disseny del blindatge necessari d'un accelerador compacte d'electrons de 12 MeV de tipus Microtró de Pista (Race-Track Microtron en anglès, acrònim RTM) que està en procés de construcció per l'Institut de Tècniques Energètiques (INTE) de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC). S'estudien dos sistemes de blindatge, ubicats tots dos en una sala de l'edifici K2M del Parc UPC del Campus Nord. En el primer cas, s'analitza un blindatge estructural que consisteix en recobriments addicionals de formigó a les parets existents a la sala. El segon sistema està basat en un blindatge local format per una cambra cilíndrica de plom que envolta l'accelerador. El càlcul de blindatge es realitza mitjançant PENELOPE, un codi de simulació per Monte Carlo del transport d'electrons, fotons i positrons en la matèria. Com a fonts de radiació es consideren principalment la radiació secundària produïda per la interacció del feix primari amb una copa de Faraday en les proves inicials de posada a punt de l'equip i la radiació de fuites originada en la unitat principal de l'accelerador degut a les pèrdues originades per interacció del feix amb elements interns del Microtró. En les simulacions amb PENELOPE també es contempla la radiació terciària produïda per possibles dispersions en les parets secundàries. Cal destacar, que donada la complexitat del Microtró, la simulació amb PENELOPE és l'únic mètode per determinar la radiació de fuita de forma realista. Es presenten els resultats obtinguts mitjançant gràfics que relacionen taxa de dosi en funció de l'espessor. A partir d'aquests s'obtenen les primeres capes decimorreductores i la capa decimorreductora d'equilibri (CDRs i la CDReq). També es mostren els mapes de distribució de taxa de dosi per espessors i situacions d'interès. Utilitzant aquests resultats es calcula l'espessor de material per als dos esquemes de blindatge indicats que proporcionen la protecció radiològica suficient en el període de proves i la posta en marxa del Microtró. Finalment, els resultats es comparen amb estimacions realitzades en base a la Norma DIN 6847 part 2.

Hoy en día el cáncer es una de las principales causas de muerte en nuestra sociedad. Como consecuencia durante los últimos años se han desarrollado nuevas técnicas y modalidades de radioterapia para hacer frente a esta enfermedad. Aunque las innovaciones tecnológicas apuntan a mejora en la impartición de la dosis de radiación ionizante en el volumen tumoral, también existe una preocupación creciente sobre las dosis no deseadas que reciben tejidos periféricos al órgano tratado debido a la radiación dispersa y de fuga, que aumenta con las técnicas nuevas debido al aumento del tiempo de tratamiento que comportan. El objetivo de este trabajo es realizar un estudio de las dosis periféricas recibidas en tratamientos convencionales de radioterapia (3D-CRT) y en tratamientos más innovadores como es el caso de la radioterapia de intensidad modulada (IMRT). A partir de estas dosis periféricas, medidas con dosímetros termoluminiscentes colocados en el interior de un maniquí antropomórfico al que se le ha aplicado tratamientos radioterápicos de próstata, cabeza y cuello, y de mama de 3D-CRT, IMRT de 6 MV y IMRT de 18 MV, se puede calcular el riesgo aproximado de aparición de un segundo cáncer radio-inducido en el mismo paciente. Los resultados de este estudio, realizado en el Institut de Tècniques Energètiques (UPC) y el Hospital Platón de Barcelona, muestran que las dosis periféricas recibidas en órganos lejanos del volumen tratado son mayores en tratamientos de IMRT que en tratamientos de 3D-CRT. Sin embargo, en tejidos muy cercanos al órgano a irradiar, las dosis en IMRT son comparables o más bajas que en 3D-CRT. Este hecho se explica debido a la mayor conformación de las técnicas de IMRT, sin embargo esta mayor precisión implica que el tratamiento sea más largo y que las dosis periféricas en órganos alejados, debido a la radiación dispersa y de fuga, sean mayores. Con respecto al cálculo del riesgo de sufrir un segundo cáncer radio-inducido éste es mayor en los órganos en los que las dosis periféricas son mayores, y por tanto, el riesgo es más elevado en técnicas de IMRT, hasta un factor 4 en tratamientos de próstata, un factor 2-3 en tratamientos de cabeza y cuello, y un factor 10 en tratamientos de mama.