Alexandra Pe˜na Rodr´ıguez

87 Pages·2014·1.29 MB·Spanish

Simulaci´on con Geant4 de la Radiaci´on Directa Recibida por el
Paciente e Indirecta por el Equipo M´edico en un Proceso
Quiru´rgico Usando Fluoroscopia.
Alexandra Pen˜a Rodr´ıguez
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ciencias, Departamento de F´ısica.
Bogot´a, Colombia
2014

Simulaci´on con Geant4 de la Radiaci´on Directa Recibida por el
Paciente e Indirecta por el Equipo M´edico en un Proceso
Quiru´rgico Usando Fluoroscopia.
Alexandra Pen˜a Rodr´ıguez
Tesis de grado presentada como requisito parcial para optar al t´ıtulo de:
Magister en F´ısica
Directora:
Ph.D., Mar´ıa Cristina Plazas
L´ınea de Investigacio´n:
F´ısica M´edica - Simulacio´n Virtual
Grupo de Investigacio´n:
Grupo de F´ısica M´edica de la Universidad Nacional de Colombia
Universidad Nacional de Colombia
Facultad, Departamento De F´ısica.
Bogot´a, Colombia
2014

A Joel, Aimar y John Jairo

Agradecimientos
A mis hijos Joel y Aimar por marcar mi camino y darme una razo´n para continuar. A
la profesora Mar´ıa Cristina Plazas por darme la oportunidad de trabajar con ella, por sus
orientaciones y ensen˜anzas. A John Jairo por todo el apoyo y amor que d´ıa a d´ıa comparte
conmigo. A la cl´ınica Reina Sof´ıa por prestar las salas de cirug´ıa y el equipo de fluoroscopia
para tomar medidas experimentales. A la sen˜orita Andrea Vargas (Asistente Cient´ıfica del
grupo de F´ısica M´edica de la Universidad Nacional) por su colaboraci´on en la calibracio´n de
los dos´ımetros termoluminiscentes.

ix
Resumen
La fluoroscopia es la produccio´n y proyeccio´n de im´agenes con rayos X con el fin de ob-
servar el movimiento en tiempo real de las estructuras anat´omicas internas. Los diagn´osticos
con rayos X son la principal fuente de exposici´on del pu´blico en general a las radiaciones
ionizantes. Los beneficios y peligros potenciales de las aplicaciones m´edicas de la fluoroscopia
se conocen desde hace muchos an˜os. El principal mecanismo para garantizar el uso seguro
de la fluoroscopia es a trav´es de la formacio´n y la educaci´on para su aplicaci´on prudente.
Es necesario que el cirujano comprenda las propiedades f´ısicas de la radiacio´n ionizante y
los efectos sobre los tejido biolo´gicos. El objetivo de este estudio fue cuantificar la cantidad
de exposici´on a la radiacio´n para el paciente, y el personal m´edico que se presenta durante
el uso de la fluoroscopia. Se hizo una simulaci´on num´erica con el software Geant4 de una
intervencio´n m´edica usando un fluoroscopio y se compararon los resultados con los datos
reportados en la literatura cient´ıfica.
Palabras clave:.
Fluoroscopia, Rayos X, Dosis, Dosimetr´ıa, Arco-C, Geant4, Simulacio´n
Abstract
Fluoroscopy is the production and display of serial X-ray images for the purpose of ob-
serving real time motion of internal anatomic structures. Diagnostic x rays are the principal
source of exposure of the general public to ionising radiations. The benefits and potential
dangers of medical applications of fluoroscopy have been known very years ago. The primary
means of ensuring the safe use of fluoroscopy is through early training and education in its
prudent application. It is necessary for the surgeon to understand the physical propertes of
ionising radiation and effects on living tissue. The aim of this study was to quantify the
amount of radiation exposure to the patient, and medical staff that occurs during using of
fluoroscopy. We did a numerical simulation with Geant4 software of a medical intervention
using a fluoroscopy and compare the results with reported findings in literature cientific.
Keywords:
Fluoroscopy, X Ray , Dose, Dosimetry, C-arm, Geant4, Simulation
Contenido
Agradecimientos
VII
Resumen
IX
1. Introducci´on 2
2. Marco Teo´rico 4
2.1. Interacciones de los rayos X con la materia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1.1. Efecto fotoel´ectrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1.2. Efecto Compton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1.3. Efecto Rayleigh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2. Interacciones de las part´ıculas cargadas con la materia . . . . . . . . . . . . 9
2.2.1. Excitaci´on e ionizaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.2. Bremsstrahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3. Magnitudes y unidades de la radiacio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3.1. Exposici´on, Fluencia, flujo y fluencia de energ´ıa . . . . . . . . . . . . 11
2.3.2. Kerma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3.3. Dosis absorbida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3.4. Relacio´n entre la dosis absorbida y otras magnitudes dosim´etricas . . 12
2.3.5. Dosis equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3.6. Dosis efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3.7. Distribucio´n de la dosis en agua para rayos X . . . . . . . . . . . . . 14
2.3.8. Desarrollo de las normas de protecci´on radiol´ogica. . . . . . . . . . . 16
2.3.9. Efectos biolo´gicos de la radiacio´n X en los seres vivos . . . . . . . . . 20
2.4. Fluoroscopia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.4.1. Partes de un fluoroscopio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.4.2. Uso ´optimo de un fluoroscopio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.4.3. Patr´on de la radiacio´n dispersada producida por el paciente . . . . . 32
2.4.4. Caracter´ısticas de los dos´ımetros de radiacio´n . . . . . . . . . . . . . 34
2.4.5. Tipos de dos´ımetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.4.6. Dos´ımetros termoluminiscentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.4.7. Preparacio´n y calibracio´n de los dos´ımetros termoluminiscentes . . . 36
2.5. Geant4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39