{"id":61066,"date":"2021-02-25T09:52:10","date_gmt":"2021-02-25T08:52:10","guid":{"rendered":"https:\/\/www.revista-portalesmedicos.com\/revista-medica\/?p=61066"},"modified":"2024-02-19T10:49:47","modified_gmt":"2024-02-19T09:49:47","slug":"efecto-cherenkov-en-un-acelerador-lineal-de-electrones-de-uso-clinico","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.revista-portalesmedicos.com\/revista-medica\/efecto-cherenkov-en-un-acelerador-lineal-de-electrones-de-uso-clinico\/","title":{"rendered":"Efecto Cherenkov en un acelerador lineal de electrones de uso cl\u00ednico"},"content":{"rendered":"

Efecto Cherenkov en un acelerador lineal de electrones de uso cl\u00ednico<\/strong><\/p>\n

Autor principal: Alejandro Barranco L\u00f3pez<\/p>\n

Vol. XVI; n\u00ba 4; 145<\/p>\n

The Cherenkov effect in a clinical electron linear accelerator<\/strong><\/p>\n

Fecha de recepci\u00f3n: 13\/01\/202<\/p>\n

Fecha de aceptaci\u00f3n: 23\/02\/2021<\/p>\n

Incluido en Revista Electr\u00f3nica de PortalesMedicos.com Volumen XVI. N\u00famero 4 \u2013\u00a0 Segunda quincena de Febrero de 2021 – P\u00e1gina inicial: Vol. XVI; n\u00ba 4; 145<\/p>\n

Autores:<\/strong><\/p>\n

Alejandro Barranco L\u00f3pez1<\/sup>, Daniel Nogueira Souto2<\/sup>, \u00c1lvaro Boria Alegre3<\/sup>, Alba Berrocal Elu4<\/sup><\/p>\n

    \n
  1. Facultativo Especialista de \u00c1rea de Radiof\u00edsica Hospitalaria. PhD en F\u00edsica. Lugar de trabajo: H.C.U. Lozano Blesa, Zaragoza, Espa\u00f1a (Primer autor).<\/li>\n
  2. Facultativo Especialista de \u00c1rea de Medicina Nuclear. Lugar de trabajo: H.C.U. Lozano Blesa, Zaragoza, Espa\u00f1a.<\/li>\n
  3. Facultativo Especialista de \u00c1rea de Radiodiagn\u00f3stico. M\u00e1ster en Iniciaci\u00f3n a la Investigaci\u00f3n en Medicina. Lugar de trabajo: Hospital San Jorge, Huesca, Espa\u00f1a.<\/li>\n
  4. Diplomada Universitaria en Enfermer\u00eda. M\u00e1ster en Atenci\u00f3n de Enfermer\u00eda en Urgencias y Emergencias. Lugar de trabajo: H.C.U. Lozano Blesa, Zaragoza, Espa\u00f1a.<\/li>\n<\/ol>\n

    Resumen<\/strong><\/p>\n

    \u00a0El efecto Cherenkov es un fen\u00f3meno cuyas aplicaciones en el \u00e1mbito de la radioterapia est\u00e1n siendo investigadas actualmente. En este trabajo se pretende producir y detectar dicho efecto con los materiales de los que disponemos en un servicio de oncolog\u00eda radioter\u00e1pica. Tras un c\u00e1lculo anal\u00edtico que demuestra que es posible detectar dicho efecto se ha dise\u00f1ado un montaje experimental muy sencillo y registrado con una c\u00e1mara de v\u00eddeo de uso habitual la radiaci\u00f3n emitida en el efecto Cherenkov.<\/p>\n

    Palabras clave\u00a0\u2014<\/strong> Cherenkov, terapia con electrones, radioterapia.<\/p>\n

    Abstract<\/strong><\/p>\n

    \u00a0The Cherenkov effect is a phenomenon whose applications in the field of radiotherapy are currently being investigated. The aim of this work is to produce and to detect this effect with materials available in a radiotherapy oncology service. After an analytical calculation that shows that it is possible to detect this effect, a very simple experimental set-up has been designed. In that experimental set-up the radiation emitted in the Cherenkov effect has been recorded with a conventional video camera.<\/p>\n

    Keywords \u2014<\/strong> Cherenkov, electron therapy, radiotherapy.<\/p>\n

    \u00a0Los autores de este manuscrito declaran que:<\/strong><\/p>\n

    Todos ellos han participado en su elaboraci\u00f3n y no tienen conflictos de intereses. La investigaci\u00f3n se ha realizado siguiendo las pautas \u00e9ticas internacionales para la investigaci\u00f3n relacionada con la salud con seres humanos elaboradas por el Consejo de Organizaciones Internacionales de las Ciencias M\u00e9dicas (CIOMS) en colaboraci\u00f3n con la Organizaci\u00f3n Mundial de la Salud (OMS)<\/p>\n

    https:\/\/cioms.ch\/publications\/product\/pautas-eticas-internacionales-para-la-investigacion-relacionada-con-la-salud-con-seres-humanos\/.<\/p>\n

    El manuscrito es original y no contiene plagio.<\/p>\n

    El manuscrito no ha sido publicado en ning\u00fan medio y no est\u00e1 en proceso de revisi\u00f3n en otra revista.<\/p>\n

    Han obtenido los permisos necesarios para las im\u00e1genes y gr\u00e1ficos utilizados.<\/p>\n

    Han preservado las identidades de los pacientes.<\/p>\n

    1\u00a0 Introducci\u00f3n<\/strong><\/h2>\n

    El efecto Cherenkov consiste en la emisi\u00f3n de radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica (fotones) cuando una part\u00edcula con carga el\u00e9ctrica se mueve en un medio con una velocidad mayor que la de la luz en dicho medio. Por tanto, para que este fen\u00f3meno se produzca se necesita un medio con un \u00edndice de refracci\u00f3n n<\/em>>1. Este efecto fue observado experimentalmente por Pavel Cherenkov y explicado te\u00f3ricamente, en el marco de la teor\u00eda especial de la relatividad, por Igor Tamm e Ilya Frank. Los tres recibieron el premio Nobel en 1958. Para una descripci\u00f3n minuciosa de este efecto puede consultarse [1].<\/p>\n

    Por tanto, el efecto Cherenkov se conoce muy bien desde hace tiempo, por ejemplo, en la figura\u00a01: Imagen del High Flux Isotope Reactor<\/em> (Oak Ridge National Laboratory<\/em>) (al final del art\u00edculo) se observa la radiaci\u00f3n Cherenkov en forma de luz azulada emitida en un reactor. Tambi\u00e9n se usa este efecto como el fundamento de algunos detectores de radiaci\u00f3n en f\u00edsica de altas energ\u00edas. Para rangos de energ\u00eda m\u00e1s baja, del orden del MeV<\/em>, solo los electrones tienen la suficiente velocidad en los medios usuales como para producir este efecto, de forma que el efecto Cherenkov puede ser usado para la detecci\u00f3n de electrones primarios emitidos, por ejemplo, en reacciones \u03b2 o electrones secundarios de alta energ\u00eda emitidos por la interacci\u00f3n de rayos-\u03b3 con el medio. En [2] se describe el funcionamiento de los detectores basados en este fen\u00f3meno.<\/p>\n

    En el contexto de la F\u00edsica M\u00e9dica, una de las situaciones donde aparece este fen\u00f3meno es al usar detectores de centelleo, ya que se produce radiaci\u00f3n Cherenkov en el tallo de estos detectores introduciendo una se\u00f1al indeseada que hay que sustraer, sirva como ejemplo [3]. M\u00e1s recientemente, este efecto est\u00e1 siendo investigado como aplicaci\u00f3n para el control de calidad y dosimetr\u00eda cl\u00ednica [4], [5], [6].<\/p>\n

    El objetivo de este trabajo es mucho m\u00e1s simple que los trabajos antes se\u00f1alados, se pretende detectar el efecto Cherenkov en un entorno controlado y con un montaje muy simple en el contexto de los tratamientos de radioterapia externa con electrones.<\/p>\n

    2\u00a0 Material<\/strong><\/h2>\n

    Como fuente de part\u00edculas cargadas se ha hecho uso de un acelerador lineal de electrones Oncor Impression Plus (Siemens Healthcare Limited), usado habitualmente para impartir tratamientos de radioterapia externa. En nuestro caso, este acelerador est\u00e1 equipado para tratar pacientes con fotones de 6 y 15\u00a0MV<\/em> o electrones de 6, 9, 12, 15, 18 y 21\u00a0MeV<\/em>. Por supuesto, \u00fanicamente nos interesa su capacidad de emitir electrones, en concreto los de mayor energ\u00eda para potenciar el efecto Cherenkov.<\/p>\n

    Para poder tratar con electrones se ha de colocar en el colimador del acelerador un colimador de electrones externo, tambi\u00e9n llamado cono. Para los tratamientos de radioterapia externa con electrones disponemos de varios conos, con diversas formas y tama\u00f1os de campo en el isocentro. Con forma circular, un cono de 5\u00a0cm<\/em> de di\u00e1metro. Con forma cuadrada, conos de 10\u00a0cm<\/em>\u00d710\u00a0cm<\/em>, 15\u00a0cm<\/em>\u00d715\u00a0cm<\/em>, 20\u00a0cm<\/em>\u00d720\u00a0cm<\/em> o 25\u00a0cm<\/em>\u00d725\u00a0cm<\/em>. Adem\u00e1s, en el extremo de estos colimadores se puede colocar un bloque de cerrobend<\/em> dejando un hueco con la forma de la lesi\u00f3n a tratar, para conformar el haz de electrones e irradiar la lesi\u00f3n salvando mayor cantidad de tejido sano. En nuestro caso, para tener la mayor fluencia posible de electrones y fomentar la producci\u00f3n de radiaci\u00f3n Cherenkov usaremos el cono de mayor apertura posible, 25\u00a0cm<\/em>\u00d725\u00a0cm<\/em>, sin bloque de cerrobend<\/em> alguno.<\/p>\n

    Con la emisi\u00f3n de electrones de alta energ\u00eda no basta para observar este efecto, necesitamos un medio material en el que los electrones puedan desplazarse a mayor velocidad que la de la luz en dicho medio. Para tal fin es ideal el agua, ya que tiene un \u00edndice de refracci\u00f3n relativamente elevado (n<\/em>=1.333) y es transparente a la luz visible emitida por la radiaci\u00f3n Cherenkov (ya que aunque se emita luz fuera del espectro visible, recogeremos la luz con una c\u00e1mara de v\u00eddeo de un tel\u00e9fono m\u00f3vil). Tambi\u00e9n es \u00fatil por el motivo de que para el control de calidad de este tipo de aceleradores se suelen usar cubas de agua. En nuestro caso disponemos de la cuba WP1D (Iba Dosimetry), bastante manejable por su peque\u00f1o tama\u00f1o, en comparaci\u00f3n con otras cubas usadas para el control de calidad. En realidad, cualquier recipiente con paredes transparentes podr\u00eda servir.<\/p>\n

    3\u00a0 An\u00e1lisis (Ver anexo)<\/strong><\/h2>\n

    4\u00a0 Resultados<\/strong><\/h2>\n

    En la figura\u00a04: Montaje experimental (a), al final del art\u00edculo, se muestra el montaje con el acelerador sin emitir ning\u00fan tipo de radiaci\u00f3n. En comparaci\u00f3n con este caso se muestran las figuras\u00a04 (b) y (c), con y sin luz ambiental, donde el acelerador s\u00ed que est\u00e1 emitiendo electrones de 21\u00a0MeV<\/em>. En dichas figuras puede observarse, aunque de forma muy tenue como ya anticipamos en la secci\u00f3n\u00a03, la radiaci\u00f3n emitida por el efecto Cherenkov cerca de la superficie del agua, as\u00ed como el caracter\u00edstico color azulado de esta radiaci\u00f3n. En dichas im\u00e1genes tambi\u00e9n se aprecia alg\u00fan destello de color blanco debido a la radiaci\u00f3n dispersa generada por el acelerador que llega a la c\u00e1mara de v\u00eddeo.<\/p>\n

    5\u00a0 Discusi\u00f3n y conclusiones<\/strong><\/h2>\n

    Hemos visto que con un montaje experimental muy sencillo, con materiales de uso com\u00fan en un servicio de radioterapia, se puede generar y detectar el efecto Cherenkov. Un paso posterior consistir\u00eda en caracterizar de forma cuantitativa la radiaci\u00f3n producida por este efecto para, adicionalmente, poder encontrar alg\u00fan uso en control de calidad y dosimetr\u00eda cl\u00ednica como los investigados en [4], [5] y [6].<\/p>\n

    Ver anexo<\/strong><\/a><\/h2>\n

    Referencias<\/strong><\/p>\n

    [1]\u00a0\u00a0\u00a0 Jelley JV. \u010cerenkov Radiation and its applications<\/em>. Pergamon Press; 1958.<\/p>\n

    [2]\u00a0\u00a0\u00a0 Knoll GF, Radiation Detection and Measurement<\/em>. 4a<\/sup> ed. John Wiley & Sons; 2010.<\/p>\n

    [3]\u00a0\u00a0\u00a0 Lee B, Jang KW, Cho DH, Yoo WJ, Tack GR, Chung SC et al. Measurements and elimination of Cherenkov light in fiber-optic scintillating detector for electron beam therapy dosimetry<\/em>. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A. 2012 ago 21;579(1):344\u2013348.<\/p>\n

    [4]\u00a0\u00a0\u00a0 Zlateva Y, Muir BR, El Naqa I, Seuntjens JPl Cherenkov emission-based external radiotherapy dosimetry: I. Formalism and feasibility.<\/em> Med Phys. 2019 abr 29;46(5):2383-2393.<\/p>\n

    [5]\u00a0\u00a0\u00a0 Andreozzi JM, Mooney KE, Br\u016f\u017ea P, Curcuru A, Gladstone DJ, Pogue BW, Green O. Remote Cherenkov imaging-based quality assurance of a magnetic resonance image-guided radiotherapy system<\/em>. Med Phys. 2018 jun;45(6):2647-2659.<\/p>\n

    [6]\u00a0\u00a0\u00a0 Alexander DA, Tendler II, Br\u016f\u017ea P, Cao X, Schaner PE, Marshall BS, Jarvis LA, Gladstone DJ, Pogue BW. Assessment of imaging Cherenkov and scintillation signals in head and neck radiotherapy<\/em>. Phys Med Biol. 2019 Jul 18;64(14):145021.<\/p>\n

    [7]\u00a0\u00a0\u00a0 DSowerby DB. \u010cerenkov Detectors for low-energy gamma rays<\/em>. Nuclear Instruments and Methods. 1971 nov 15;97(1):145-149.<\/p>\n

    [8]\u00a0\u00a0\u00a0 National Institute of Standards and Technology. ESTAR : Stopping Power and Range Tables for Electrons<\/em>. Recuperado en diciembre de 2020 de https:\/\/physics.nist.gov\/cgi-bin\/Star\/e_table.pl<\/p>\n

    [9]\u00a0\u00a0\u00a0 Tico\u015f D, Scurtu A, Oane A, Dipla\u015fu C, Giubega G, C\u0103lina I et al. Complementary dosimetry for a 6 MeV electron beam<\/em>. Results in Physics. 2019;14:102377.<\/p>\n

    [10]\u00a0 CIE. Commission Internationale de l\u2019\u00c9clairage Proceedings<\/em>. Cambridge University Press; 1931.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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