FÍSICA DE LAS RADIACIONES Y DOSIMETRÍA
«Publicado por primera vez en el World Wide Web de INTERNET el 15 de Julio de 1999.»
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Profesores:

Rafael Martín Landrove (Ph. D. en Física, Massachusetts Institute of Technology, USA, y Magister Scientarum, Mención Física, Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas), Departamento de Física, Laboratorio de Física Estadística y Fenómenos Colectivos y Centro de Resonancia Magnética, Escuela de Física, Facultad de Ciencias, Universidad Central de Venezuela.
rmartin@fisica.ciens.ucv.ve
rmartinland@hotmail.com

Nilo Guillén (Doctor Rerum Naturalium, Universidad de Hannover, Alemania, Diplome d'Estudes Approfondies de Physique Nuclèare, Universidad de París y Médico Cirujano, Universidad Central de Venezuela), Departamento y Escuela de Física, Facultad de Ciencias, Universidad Central de Venezuela, Universidad Central de Venezuela.

nguillen@fisica.ciens.ucv.ve


José Antonio Bencomo(Ph. D. en Biofísica y M. Sc. en Física Médica, Universidad de Texas, Houston, Texas, USA), Radiation Physics and Diagnostic Imaging Departments, M. D. Anderson Cancer Center, University of Texas, Houston, Texas, USA.

jbencomo@mdanderson.org


DAVILA, Jesús (M. Sc. en Física Médica, Universidad Central de Venezuela, 2003) Radioterapia de intensidad modulada, radioterapia de alta tasa de dosis, dosimetría en tres dimensiones, sistemas de planificación de tratamientos y control de calidad en radioterapia. (Laboratorio de Física Estadística y Fenómenos Colectivos, Departamento y Escuela de Física, Facultad de Ciencias, Universidad Central de Venezuela) y Unidad de Radioterapia Oncológica GURVE, Instituto Médico La Floresta.

gurve@cantv.net


ARIAS, Pío (Doctorado en Física, Universidad Simón Bolívar), Departamento de Física y Grupo de Campos y Partículas, Escuela de Física, Facultad de Ciencias, Universidad Central de Venezuela.

parias@fisica.ciens.ucv.ve


Humberto Rojas (Ph. D. en Física, Universidad de Manchester, Inglaterra), Departamento de Física y Laboratorio de Física de Superficies, Escuela de Física, y Centro de Microscopía Electrónica, Facultad de Ciencias, Universidad Central de Venezuela)

hrojas@fisica.ciens.ucv.ve


Pedro Mario Cano (Ingenieur en Genie Atomique, INSTN, Saclay, Francia y M. Sc. en Física, Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas), Centro de Física, Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas y Departamento de Física, Escuela de Física, Facultad de Ciencias, Universidad Central de Venezuela


Profesores Invitados:

Federico Gutt (Doctor Rerum Naturalium en Física Médica, Universidad Albert Ludwigs, Alemania), Laboratorio Secundario de Calibración Dosimétrica, Centro Tecnológico, Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas.


ALFONSO, Rodolfo(Doctor en Física Médica, Universidad de Budapest, Hungría), Instituto de Oncología y Radiobiología, La Habana, Cuba.


Carlos Eduardo de Almeida (Ph. D. en Biofísica y M. Sc. en Física Médica, University of Texas, USA), Laboratorio de Física de Radiaciones, Universidad Estatal de Rio de Janeiro, Brasil


Juan Díaz (Licenciado en Química, Universidad de Santiago de Chile, Santiago de Chile, Chile), Laboratorio Secundario de Calibración Dosimétrica, Centro Tecnológico, Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas. Nota: El Centro Estudios Avanzados del Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas, en base a reglamentación vigente, le otorgó al Lic. Juan Díaz la capacidad de participar en las actividades docentes del postgrado por su larga experiencia y trayectoria en el área.


Duración: 16 semanas a razón de 4 horas semanales.

Frecuencia: Anual

Tipo de Curso: Teórico.

Número de Créditos: Cuatro (4) créditos.

Objetivos del curso: Los objetivos fundamentales del curso pueden resumirse como: (1) Dar una primera visión al estudiante de las interacciones fundamentales, la transferencia de energía y en general el problema de transporte de radiaciones en medios materiales y en particular en tejido biológico. (2) Dar el uso de radiaciones ionizantes y no ionizantes en la medicina. (3) Completar la información básica sobre física nuclear que el graduado obtuvo en su pregrado y orientarla hacia su uso en aplicaciones médicas. (4) Introducir al estudiante a la teoría de los sistemas utilizados para producir esas radiaciones y aquellos empleados en su detección y registro. (5) Introducir al estudiante a la teoría de la determinación de dosis absorbidas.

Al finalizar el curso el estudiante será capaz de: (i) Entender la fenomemología básica. (ii) Hacer cálculos de dificultad elemental e intermedia, donde pueda apoyarse para reunir suficientes elementos de juicio en la toma de decisiones asociadas a situaciones prácticas. (iii) Manejar la literatura relevante del área.

Método de Evaluación: Dos exámenes de 25% de peso cada uno y tareas semanales con un peso total de 50%. El primer examen se tomará a mitad de semestre y el segundo será un final, donde se revisará toda la materia. Ambos constarán de una parte escrita y otra oral. La parte escrita se dará para que se resuelva con anterioridad fuera del horario de clase y será diferente para cada estudiante. Para proceder con la parte oral (la cual no debe ocurrir después de que hayan transcurrido 48 horas de haberse dado el material de la escrita al estudiante) se debe haber entregado la parte escrita al jurado examinador y este haber estudiado el contenido de la misma. Al comenzar la prueba oral el estudiante defenderá lo desarrollado por él en la parte escrita ante el jurado, el cual podrá en cualquier momento con sus preguntas salir completamente del tema de la prueba escrita y pasar a otro u otros tópicos relevantes al curso. El jurado estará formado por tres profesores, que pueden ser miembros del programa de postgrado o invitados. Para dar un fallo la opinión de los miembros del jurado no tiene que ser unánime y se decidirá por mayoría. Toda esta actividad se realizará fuera del horario regular de clase y será pública.

CONTENIDO PROGRAMÁTICO

1. Radiaciones ionizantes y no ionizantes:

Luz visible, calor, sonido, ESR y campos electromagnéticos. Efectos biológicos de las técnicas de resonancia magnética, ultrasonido y termografía. Aspectos generales de los tipos y fuentes de radiaciones ionizantes, radionúclidos, generadores de rayos-X, generadores de neutrones, reactores y aceleradores. Descripción y caracterización de campos de radiaciones: Variables fundamentales del campo de radiación y propiedades direccionales del campo de radiación.(4 horas)

2. Cantidades empleadas para describir la interacción de la radiación ionizante con la materia:

Energía impartida, energía transferida y energía transferida neta. Dosis absorbida. Kerma: energía cinética de la radiación producida por unidad de masa en la materia. Kerma de colisión. Exposición. Cantidades relacionadas estrechamente con riesgo biológico: Efectividad biológica relativa (relative biological efectiveness, RBE), transferencia de energía lineal (linear energy transfer, LET), dosis equivalente (dose equivalent, DE), factor de calidad (quality factor, QF) y dosis máxima permitida (maximum permited dosis, MPD). (4 horas)

3. Atenuación exponencial:

Atenuación y camino libre medio. Atenuación exponencial simple. Atenuación exponencial para modos múltiples de absorción. Respuesta total del detector. Fuentes monoenergéticas y polienergéticas. Fórmulas de aproximación para la respuesta total del detector. Técnica de rayo y técnica de núcleo puntual. Transformaciones geométricas. Atenuación de haces angostos y anchos. Efectos espectrales en atenuación. Concepto de factor de buildup para fotones. Aproximaciones empíricas del factor de buildup. Extensión de las técnicas de núcleo puntual para incorporar el buildup. Teorema de reciprocidad. (4 horas)

4. Partículas cargadas y equilibrio radioactivo:

Equilibrios de radiación (RE). Equilibrios de partículas cargadas (CPE). Relación entre dosis absorbida, Kerma de colisión y exposición, bajo condiciones que hacen posible el equilibrio de partículas cargadas. Situaciones donde no tiene lugar el equilibrio. (TCPE) Equilibrio transiente de partículas cargadas. (2 horas)

5. Desintegración radioactiva:

Procesos de desintegración radiactiva. Constantes de decaimiento parciales y totales. Unidades de actividad. Vida media y vida promedio. Cadenas padre-hijo. Equilibrio secular. Recolección de los productos hijos. Radioactivación por interacciones nucleares. Constantes de tasa de exposición y tasa de Kerma en aire. (4 horas)

6. Dosis absorbida en medios radioactivos:

Procesos de desintegración radioactiva en condiciones de equilibrio de radiación y particularmente en condiciones de equilibrio de partículas cargadas en medios radioactivos. Estimación de las dosis absorbidas. (2 horas)

7. Interacción de fotones con la materia:

Breve introducción a la electrodinámica cuántica. Sección eficaz microscópica. Secciones eficaces para interacción de fotones con materia: Dispersión de Rayleigh, Thomson y Compton. Dispersión coherente e incoherente. Efectos de blancos ligados. Efecto Compton. Efecto fotoeléctrico. Producción de pares. Fluorescencia. Dispersión de fotones por núcleos e interacciones fotonucleares. Coeficientes de atenuación, transferencia de energía y absorción de energía (6 horas)

8. Interacciones de partículas cargadas con la materia:

Tipos de interacción para partículas cargadas. Poder de frenado. Alcance. Cálculo de dosis absorbida (6 horas).

9. Imagen de un Objeto:

Atenuación. Absorción. Transmisión. Dispersión. Contraste. Pantalla, película e intensidad de imagen (2 horas).

10. Calidad y producción de rayos-X:

Fluorescencia. Bremstrahlung. Calidad del haz. Filtrado. (4 horas).

11. Teoría de cavidades:

Teoría de Bragg-Gray y corolarios. Teoría de la cavidad de Spencer. Teoría de la cavidad de Burlin. Promediación del poder de frenado (stopping power). Teorema de Fano. Dosis en las cercanías de la interfaz que separa dos medios (4 horas).

12. Cámaras de ionización:

Cámaras abiertas (free air) y cámaras de electrones libres. Cámaras de cavidad. Medidas de carga y corriente. Saturación y recombinación iónica. Ionización, excitación y factor W (4 horas).

13. Cámaras de ionización aplicadas en radioterapia:

Calibración de una cámara de cavidad. , , y . Medidas de campos fotónicos en aire. Medidas de dosis absorbidas en maniquies, para campos fotónicos y electrónicos. Maniquies de agua y maniquies equivalentes (4 horas).

14. Fundamentos de dosimetría:

Formulación general para detectores dosimétricos. Funciones de respuesta dosimétrica para fotones. Definiciones ICRU (International Commission on Radiation Units and Measurements) para entidades dosimétricas y unidades. Interpretación de medidas dosimétricas. Características de los dosímetros (4 horas).

15. Dosímetros integrados:

Dosímetros termoluminiscentes. Dosimetría fotográfica. Dosimetría química. Dosimetría calorimétrica. (4 horas).

16. Dosimetría por detectores de pulsos:

Geiger-Müller y contadores proporcionales. Dosimetría por centelleo. Dosimetría con semiconductores (4 horas).

17. Interacciones y dosimetría con neutrones:

Tipos de neutrones según su energía cinética. Diferencias entre el cálculo de la densidad de flujo para neutrones rápidos y fotones. Interacciones de neutrones en elementos de tejido. Cálculos del Kerma, dosis absorbida y dosis equivalente para neutrones. Atenuación de neutrones rápidos producidos por fisión en medios ricos de hidrógeno. Sección eficaz de remoción. Atenuación de neutrones rápidos en medios pobres ó carentes de hidrógeno. Cálculo de las densidades de flujo para neutrones témicos e intermedios. Atenuación por captura gamma. Fuentes de neutrones. Factores de calidad para neutrones. Dosis absorbida en un maniquí. Dosimetría de campos mixtos de fotones y neutrones. Microdosimetría (4 horas).

BIBLIOGRAFÍA

Aparte de una lista de artículos que los profesores suministrarán durante el curso, se debe considerar adicionalmente la consulta de la lista de libros que se cita a continuación:

  1. Agarwal, B. K., X-Ray Spectroscopy, An Introduction, Springer-Verlag, Berlin, Germany, 1991.

  2. Akhiezer, A. I. and N. F. Shul'ga, High-Energy Electrodynamics in Matter, Gordon and Breach Publishers, Luxembourg, 1996.

  3. Artsimovich, L. A. and S. Y. Lukyanov, Motion of Charged Particles in Electric and Magnetic Fields, MIR Publishers, Moscow, Rusia, 1980.

  4. Attix,F., W. Roesch and E. Tochilin, (editors), Radiation Dosimetry, Vols. I, II and III, Academic Press, New York, New York, USA, 1986.

  5. Attix, F., Introduction to Radiological Physics and Radiation Dosimetry, John Wiley and Sons, New York, New York, USA, 1986.

  6. Australian Radiation Laboratory (ARL) Web page at INTERNET: http://www.health.gov.au/arl/

  7. Avendaño Cervantes, G. E., Fundamentos técnicos de la radiología y tomografía computarizada, Editorial Diana, México, 1993.

  8. Barret, H. H. and W. Swindell, Radiological Imaging, The Theory of Image Formation, Detection and Processing, Vols. I and II, Academic Press, New York, New York, USA, 1981.

  9. Beckurts, K. H. and K. Wirtz, Neutron Physics, Springer-Verlag, Berlin, Germany, 1964.

  10. Brody, W. R., Digital Radiography, Raven Press, 1984.

  11. Cember, H., Introduction to Health Physics, second edition, Pergamon Press, London, UK, 1983.

  12. Chandrsekhar, S., Radiative Transfer, Dover, New York, New York, USA, 1960.

  13. Chilton, A., J. K. Shultis, R. E. Faw, Principles of Radiation Shielding, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, USA, 1984.

  14. Curry III, T. S., J. E. Dowdey and R. C. Murry, Christensen's Physics of Diagnostic Radiology, fourth edition, Lea and Febizer, Philadelphia, Pennsylvania, USA, 1990.

  15. Damadian, R., NMR in Medicine, Springer-Verlag, Berlin, Germany, 1981.

  16. Das, A. and T. Ferbel, Introduction to Nuclear and Particle Physics, John Wiley and Sons, New York, New York, 1994.

  17. Desgrez, Bittoun, Idy-Peretti, Bases Físicas de la RMI, Editorial Masson, Barcelona, España, 1991.

  18. Dogherty, T. J. (Editor), Phodynamic Therapy: Mechanims, Vol. 1065, SPIE Publications, Washington D.C., USA, 1989.

  19. Dowd, S. B., Practical Radiation Protection and Applied Radiobiology, W. B. Saunders, Philadelphia, Pennsylvania, USA, 1994.

  20. Farago, P. S., Free-Electron Physics, Penguin Books, Harmondsworth, Middlesex, UK, 1970.

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  22. Gili, J., Introducción biofísica a la resonancia magnética, Centre Diagnostic Pedralbes, Barcelona, España, 1993.

  23. Gadian, D. G., Nuclear Magnetic Resonance and its Application to Living Systems, Oxford University Press, New York, New York, USA, 1982.

  24. Gurevich, I. I. and L. V. Tarasov, Low Energy Neutron Physics, John Wiley and Sons, New York, New York, 1968.

  25. Heitler, W., The Quantum Theory of Radiation, third edition, Oxford University Press, Oxford, U.K., 1954.

  26. Herman, G. T., Image Reconstruction from Projections: The Fundamentals of Computarized Tomography, Academic Press, New York, New York, USA, 1980.

  27. Hunger, Manfred y Miguel Martín, Principios físicos de la tomografía mediante resonancia magnética nuclear, monografía que acompaña al curso dictado por la UCV, INTEVEP S.A., 1987.

  28. Johns, H. and J. Cunningham, The Physics of Radiology, fourth edition, Charles C. Thomas, Springfield, Illinois, USA, 1983.

  29. Kleinknecht, K., Detectors for Particle Radiation, Cambridge University Press, Cambridge, U.K., 1986.

  30. Knoll, G. F., Radiation Detection and Measurement, third edition, John Wiley and Sons, New York, New York, USA, 2000.

    Prof. Glenn F. Knoll, profesor de la Universidad de Michigan, individuo de número de la American Nuclear Society, miembro del Institute of Electrical and Electronics Engineers, asesor del Los Alamos National Laboratory y del Argonne National Laboratory. Obtuvo su B.S. en Ingeniería Química en el Case Institute of Technology en 1957, su M.Sc. en Ingeniería Química en la Universidad de Stanford en 1959 y su Ph.D. en Ingeniería Nuclear en la Universidad de Michigan en 1963. Su trabajo de investigación está orientado hacia el desarrollo de nuevos métodos para la detección y medición de radiación ionizante. Esto último incluye el desarrollo de instrumentación y técnicas asociadas a la espectroscopía con radiaciones ionizantes e imágenes con rayos gamma. Su página en INTERNET está en la dirección URL: http://www-ners.engin.umich.edu/people/faculty/knoll.html

  31. Kopecky, J., J.-Ch. Sublet, J.A. Simpson, R.A. Forrest and D. Nierop, NGATLAS, JUKO Research, UKAEA Fusion and Netherlands Energy Research Foundation ECN. Las tablas se pueden encontrar en la siguiente dirección URL: http://www-nds.iaea.or.at/ngatlas/main.htm

  32. Krane, K. S., Introductory Nuclear Physics, John Wiley and Sons, New York, New York, U.S.A., 1987.

  33. Kremkau, F. W., Doppler Ultrasound, Principles and Instruments, W. B. Saunders, Philadelphia, Pennsylvania, USA, 1995.

  34. Lawson, J. D., The Physics of Charged-Particle Beams, Oxford University Press, Oxford, UK, 1978.

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  36. Leo, W. R., Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments, Springer-Verlag, Berlin, Germany, 1987.

  37. Louisell, W. H., Quantum Statistical Properties of Radiation, John Wiley and Sons, New York, New York, U.S.A., 1973.

  38. Loudon, R., The Quantum Theory of Light, Oxford University Press, Oxford, UK, 1973.

  39. Macovski, A., Medical Imaging Systems, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, USA, 1983.

  40. Magin, R. L., R. P. Liturdy and B. Persson, Biological Effects and Safety Aspects of Nuclear Magnetic Resonance Imaging and Spectroscopy, The New York Accademy of Sciences, New York, New York, USA, 1992.

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  53. Swetis, J. A. and R. M. Pickett, Evaluation of Diagnostic Systems: Methods from Signal Detection and Theory, Academic Press, New York, New York, 1982.

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  55. Wagner, L. K., R. C. Murry and P. Narayana, Imaging Processes and Materials, Neblett eigthth edition, J. M. Sturge and V. Shepp (editors), Van Nostrand Reinhold, New York, New York, USA, 1989.

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  57. Wiedemann, H., Particle Accelerator Physics, Volume I: Basic Principles and Linear Beam Dynamics, Volume II: Nonlinear and Higher Order Beam Dynamics. Springer-Verlag, Berlin, Germany, 1993.

  58. Williams, W. S. C., Nuclear and Particle Physics, Orford University Press, Oxford, U.K., 1991.

  59. Wüthrich, K., NMR in Biological Research: Peptides and Proteins, North Holland Elsevier, Netherlands, 1976.

[Página mantenida por el Prof. Rafael Martín Landrove, revisada el 14 de julio de 2004]

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