Determinación del espectro de energía de un haz de rayos X terapéutico de kilovoltaje a partir de su curva de atenuación
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Palabras clave

Spectroscopy; X-ray; Laplace transforms; Transmission; Radiotherapy; Radiology. Espectroscopia; Rayos X; Transformadas de Laplace; Transmisión;Radioterapia; Radiología.

Cómo citar

Gonçalves, A. C., Wilches Visbal, J. H., & Martins Da Costa, A. (2020). Determinación del espectro de energía de un haz de rayos X terapéutico de kilovoltaje a partir de su curva de atenuación. Revista De La Academia Colombiana De Ciencias Exactas, Físicas Y Naturales, 44(170), 142-152. https://doi.org/10.18257/raccefyn.965

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Resumen

Muchas áreas científicas y tecnológicas asociadas a procesos industriales, radiodiagnóstico y terapia radiante demandan altos niveles de precisión y practicidad en la medición de espectros de energía de rayos X. El espectro de un haz de rayos X puede determinarse de manera directa, a través de un detector de alta resolución, o de manera indirecta utilizando su curva de atenuación y una apropiada técnica matemática. La medición directa del espectro de rayos X suele ser costosa, problemática y exige considerable experticia. El propósito del presente trabajo fue determinar el espectro de energía de un haz de rayos X de kilovoltaje (kV) utilizando una medición indirecta del mismo, basada en la curva de atenuación del haz y en el uso de transformadas de Laplace. Para esto, i) se llevó a cabo una descripción completa y exhaustiva de la derivación matemática de la función que representa al espectro de energía; ii) se reconstruyó el espectro usando el algoritmo multistart junto con la función lsqnonlin de MATLAB; iii) se validó la reconstrucción del espectro comparando los valores de la capa semirreductora del espectro y de la curva de atenuación. Los resultados mostraron que los valores de las capas semirreductoras del espectro y la curva de atenuación fueron próximos entre sí y que el tiempo de cálculo del espectro fue notablemente corto. Por tanto, se concluye que la determinación indirecta del espectro de rayos X a partir de su curva de atenuación y mediante el uso novedoso de la sinergia multistart-lsqnonlin, es una alternativa más simple, más rápida y tan eficaz como la de medición directa del espectro.

https://doi.org/10.18257/raccefyn.965
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Referencias

Abbene, L., Gerardi, G., Principato, F., Del Sordo, S., & Raso, G. (2012). Direct measurement of mammographic x-ray spectra with a digital CdTe detection system. Sensors, 12 (6):8390-8404.

AL-Jasim, A. K., Hulugalle, S. N. C. W. M. P. S. K., & Al-Hamadani, H. K. (2017). A Quality Control Test for General X-Ray Machine. World Scientific News, 90: 11-30.

Archer, B. R., & Wagner, L. K. (1982). A Laplace transform pair model for spectral reconstruction. Medical physics, 9 (6): 844-847.

Archer, B. R., Wagner, L. K., Johnston, D. A., Almond, P. R., & Bushong, S. C. (1985). Analysis of errors in spectral reconstruction with a Laplace transform pair model. Physics in Medicine & Biology, 30 (5): 411.

Archer, B. R., & Wagner, L. K. (1988a). Determination of diagnostic x‐ray spectra with characteristic radiation using attenuation analysis. Medical physics, 15 (4): 637-641.

Archer, B. R., & Wagner, L. K. (1988b). A modified x-ray spectra reconstruction technique. Physics in Medicine & Biology, 33 (12): 1399.

Attix, F. H. (2008). Introduction to radiological physics and radiation dosimetry. John Wiley & Sons.

Ay, M. R., Shahriari, M., Sarkar, S., Adib, M., & Zaidi, H. (2004). Monte Carlo simulation of x-ray spectra in diagnostic radiology and mammography using MCNP4C. Physics in Medicine & Biology, 49 (21): 4897.

Baird, L. C. (1981). X‐ray spectra vs attenuation data: A theoretical analysis. Medical physics, 8 (3): 319-323. Bell, G. E. (1936). Spectral distribution in the continuous X-ray spectrum and the specification of X-ray quality. The British Journal of Radiology, 9 (106): 680-688.

Bilge, H. (2004). Beam characteristics of kilovoltage radiotherapy unit. Journal of BU ON.: official journal of the Balkan Union of Oncology, 9 (3): 303-306.

Bonifácio, D. A., Murata, H. M., & Moralles, M. (2005, July). Monte Carlo Simulation of X-ray spectra in diagnostic radiology and mammography using Geant4. In 2005 International Nuclear Atlantic Conference-INAC. Bos, A. J. (2011, May). Fundamentals of radiation dosimetry. In AIP Conference Proceedings, 1345 (1): 5-23. AIP.

Chen, S. C., Jong, W. L., & Harun, A. Z. (2012). Evaluation of x-ray beam quality based on measurements and estimations using SpekCalc and IPEM78 models. The Malaysian journal of medical sciences: MJMS, 19 (3): 22.

Correa, E. D. L., Vivolo, V., & Potiens, M. D. P. A. (2012). Determination of the effective energy in X-rays standard beams, mammography level. Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, Brazil.

De la Vega J, M., Guirado, D., Vilches, M., Perdices, J. I., & Lallena, A. M. (2008). Obtaining the intrinsic electron spectrum of linear accelerators using the relation between the current of the bending magnet and the absorbed dose in water. Radiotherapy and Oncology, 86 (1): 109-113.

Delgado, V. (1999). Comparison between measured and predicted attenuation curves of x‐ray beams. Medical physics, 26 (10): 2183-2189.

Delgado, V. (2007). Determination of x‐ray spectra from attenuation data by imposing a priori positiveness and bounded support: Theory and experimental validation. Medical physics, 34(3): 994-1006.

Delgado, V. (2009). Determination of x‐ray spectra from Al attenuation data by imposing a priori physical features of the spectrum: Theory and experimental validation. Medical physics, 36(1): 142-148.

Dodson, C. T. J. (2002). Introduction to laplace transforms for engineers. School of Mathematics, Manchester University Lecture Notes.

Dössel, O., & Schlegel, W. C. (Eds.). (2010). World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering September 7-12, 2009 Munich, Germany: Vol. 25/IX Neuroengineering, Neural Systems, Rehabilitation and Prosthetics (Vol. 25). Springer Science & Business Media.

Dyson, N. A., & Dyson, N. A. (2005). X-rays in Atomic and Nuclear Physics. Cambridge University Press. Glover, J. L., & Chantler, C. T. (2009). A method to determine the absolute harmonic content of an X‐ray beam using attenuation measurements. X‐Ray Spectrometry: An International Journal, 38 (6): 510-512.

Kramer, H. M., & Von Seggern, H. (1983). The determination of x-ray spectra from attenuation data: Part I: The potentials of various methods. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 213 (2-3): 373-380.

Kramer, H. M. (1983). The determination of x-ray spectra from attenuation data: Part II: Experimental results. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 214 (2-3): 445-450.

Li, G., Wu, A., Lin, H., & Wu, Y. (2008). Electron spectrum reconstruction as nonlinear programming model using micro-adjusting algorithm. In 7th Asian-Pacific Conference on Medical and Biological Engineering (pp. 451-454). Springer, Berlin, Heidelberg.

Ma, C. C. (2014). AAPM. Measurement of radiation, Fox Chase Cancer Center, Philadelphia, PA, USA. Disponible en https://www.aapm.org/meetings/2014AM/ReviewCourses/documents/T06MaMeasurementchapter.pdf, accedida en noviembre de 2019.

Mainardi, R. T., & Bonzi, E. V. (2008). An indirect method of X-ray spectra measurement by simultaneous attenuations of the scattered beam. Radiation Physics and Chemistry, 77 (5):537-544.

Malezan, A., Tomal, A., Antoniassi, M., Watanabe, P. C. A., Albino, L. D., & Poletti, M. E. (2015). Spectral reconstruction of dental X-ray tubes using laplace inverse transform of the attenuation curve. Radiation Physics and Chemistry, 116: 278-281.

Menin, O. H., Martinez, A. S., & Costa, A. M. D. (2016). Reconstruction of bremsstrahlung spectra from attenuation data using generalized simulated annealing. Applied Radiation and Isotopes, 111: 80-85.

Nickoloff, E. L., & Berman, H. L. (1993). Factors affecting x-ray spectra. Radiographics, 13 (6): 1337-1348.

Panthi, R. (2018). Determination of the Energy Spectra of Clinical X-Ray Beams Using Dose-Depth Datasets (Doctoral dissertation). Oklahoma State University. Disponible en: https://shareok.org/bitstream/handle/11244/317776/PANTHI_okstate_0664D_15685.pdf?sequence=1, accedida en noviembre de 2019.

Pamplona, G. S., & Costa, A. M. (2010). Determinação do espectro de raios X a partir da curva de transmissão para um equipamento de radiografia dentária. Revista Brasileira de Física Médica, 4 (2): 23-25.

Pernicka, F., & McLean, I. D. (2007). Dosimetry in diagnostic radiology: an international code of practice. International Atomic Energy Agency.

Poludniowski, G., Landry, G., DeBlois, F., Evans, P. M., & Verhaegen, F. (2009). SpekCalc: a program to calculate photon spectra from tungsten anode x-ray tubes. Physics in Medicine & Biology, 54 (19): N433.

Santos, J. C., Gonzales, A. H. L., Terini, R. A., & Costa, P. R. (2016). Determinação da camada semirredutora e da tensão aplicada a partir de espectros emitidos por um tubo de raios X. Revista Brasileira de Física Médica, 10 (3):28-33.

Silberstein, L. (1933). XXXIV. Spectral composition of an X-ray radiation determined from its filtration curve. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 15 (98): 375-394.

Smith, F. A. (2000). A primer in applied radiation physics. World Scientific Publishing Company. Twidell, J. W. (1970). The determination of X-ray spectra using attenuation measurements and a computer program. Physics in Medicine & Biology, 15 (3): 529.