Cálculo Monte Carlo de Cambios en la Dosis Debidos al Medio de Contraste en la Irradiación Parcial para el Cáncer de Seno

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1 Simposio LAS/ANS 2007 / 2007 LAS/ANS Symposium XVIII Congreso Anual de la SNM / XVIII SNM Annual Meeting XXV Reunión Anual de la SMSR / XXV SMSR Annual Meeting Copatrocinado por la AMEE / Co-sponsored by AMEE Cancún, Quintana Roo, MÉXICO, del 1 al 5 de Julio 2007 / Cancun, Quintana Roo, MEXICO, July 1-5, 2007 Cálculo Monte Carlo de Cambios en la Dosis Debidos al Medio de Contraste en la Irradiación Parcial para el Cáncer de Seno Eva Leticia Rojas Calderón Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares Carretera México-Toluca s/n La Marquesa Ocoyoacac Edo. dec Méx. elrc@nuclear.inin.mx Resumen En este trabajo se presentan los resultados de calcular por simulación Monte Carlo con el código PENÉLOPE, los cambios que se presentan en la dosis, al modelar un sistema de tratamiento de irradiación parcial de cáncer de seno. El sistema consiste de un globo plástico con una fuente radiactiva de 192Ir en su interior. Esta técnica se utiliza cuando se realiza la extracción de tumores cancerosos incipientes y se quiere irradiar el tejido circundante al tumor extraído para asegurarse de que no quedó tejido enfermo. Esta técnica fue patentada hace unos 5 años y se conoce como irradiación parcial por MammoSite. Cuando el balón plástico se implanta en la cavidad de la cirugía, se llena con una solución radioopaca. Esta sustancia es una solución cuya concentración puede variar. Uno de los componentes principales de dicha solución es el yodo. Los cálculos de dosis computarizados, realizados por los programas asociados a las fuentes de braquiterapia y, en particular para esta técnica, son muy buenos; sin embargo, os cálculos se hacen suponiendo que se tiene un medio homogéneo. Se han realizado estudios por simulación MC con el código EGSNRC y se ha encontrado que cuando se toma en cuenta la presencia de la solución de contraste, los resultados cambian apreciablemente. En este trabajo realizamos cálculos de dosis con PENELOPE para diferentes concentraciones de solución en el balón. Los resultados concuerdan de forma general con los realizados en otros trabajos. 1. INTRODUCCIÓN El tratamiento del cáncer de seno a etapas tempranas, generalmente consiste en extraer el tumor y posteriormente irradiar al paciente con haces externos. Se han desarrollado un gran número de técnicas para tratar este padecimiento puesto que es el cáncer que se presenta con mayor frecuencia en la mujer. La investigación y práctica clínica es muy amplia. Como parte de esas investigaciones, en tiempos recientes se ha empezado a usar la braquiterapia para tratar esta variedad de cáncer cuando se encuentra en etapas iniciales. La braquiterapia es la aplicación directa de fuentes radiactivas encapsuladas en el tumor. Dentro de la braquiterapia se pueden encontrar distintas técnicas, una de ellas es el implante permanente de semillas de 103Pd, otra es el MammoSite, que es la que nos ocupa en este trabajo. Memorias CIC Cancún 2007 en CDROM 241 Proceedings IJM Cancun 2007 on CDROM

2 Eva Leticia Rojas C., Cálculo Monte Carlo de Cambios en la Dosis Debidos al Medio de Contraste El MammoSite es una técnica de irradiación parcial de alta tasa de dosis donde se tiene una fuente de 192Ir y un globo plástico relleno de una mezcla salina como medio de contraste. Esta solución contiene una cantidad considerable de yodo. El globo lleno con la solución salina y la fuente de Iridio en el centro del mismo, se coloca en la cavidad quirúrgica del tumor primario. El objetivo es tratar la pared de la cavidad quirúrgica y el tejido adyacente a la base del tumor con dosis altas. 1 Al colocar el globo en el sitio deseado, puede haber entrada de aire y eso cambia las condiciones de irradiación ideales de cuando se planeó el tratamiento. Así mismo, la presencia de un medio de contraste con un alto número de masa, influirá sobre el plan ideal que se realizó considerando un medio homogéneo ligero como el agua. La dosimetría en interfaces, es un problema que se presenta con mucha frecuencia. En particular, la situación de interfaces de tejido con sustancias o fuentes radiactivas con alto número Z, se encuentran todos los días en radioterapia. Por citar un ejemplo, en el tratamiento de craneofaringiomas, se introduce un gel conteniendo la sustancia radiactiva y, aunque su densidad no es tan superior a la del agua, las diferencias en la dosis al exterior de la cavidad cerrada donde se inyectó son apreciables respecto a las calculadas si sólo se tuviera agua con el radionúclido mezclado. 2 Otra situación común es la presencia de hueso en las proximidades del tejido en tratamiento, que también introduce cambios en la dosimetría ideal del medio homogéneo 3. La utilización de el método de simulación Monte Carlo del transporte de la radiación en medios materiales se ha convertido una herramienta muy útil en el campo de la dosimetría debido a que, se ha demostrado que se pueden obtener resultados acordes con medidas experimentales en muchos casos. La concordancia dependerá de la similitud que se le pueda dar al modelo con el sistema real y que las condiciones se presten para que éste sea modelado. Un ejemplo en el cual resulta muy conveniente utilizar esta técnica es en sistemas donde no se pueden realizar mediciones por la inaccesibilidad del sitio por su ubicación o por su peligrosidad. En el 2005, Cheng et al. 1 realizaron un trabajo de investigación sobre los efectos de las concentraciones del soluto empleado en el MammoSite. Encontraron experimentalmente resultados importantes sobre las variaciones en la dosis debido al medio de contraste que se introduce en el globo de el sistema. Así mismo, realizaron un estudio por simulación Monte Carlo utilizando el código EGSNRC. El objetivo de este trabajo es efectuar parte de los cálculos realizados por simulación Monte Carlo en el trabajo de Cheng con el código PENELOPE, con otros valores de concentración del material de contaste y para otros volúmenes del globo plástico. Se cuantificarán diferencias en las dosis depositadas en un modelo que se asemeje a la situación de tratamiento. 2. MATERIALES Y MÉTODO Se modeló un sistema MammoSite simplificado dentro de una esfera que hace las veces de la mama con el código PENELOPE. La geometría para las simulaciones se estableció de la Memorias CIC Cancún 2007 en CDROM 242 Proceedings IJM Cancun 2007 on CDROM

3 Congreso Internacional Conjunto Cancún 2007 / International Joint Meeting Cancun 2007 siguiente manera, se modeló una fuente de 192Ir muy similar a la micro-selectron de Nucletron rodeada por un globo de 2.1 cm de radio que contiene una solución de Visipak y agua. A su vez, el globo se rodeó por una superficie esférica de agua (fig. 1). La fuente de 192Ir que se simuló consiste de un núcleo activo de Iridio de 3.6 mm de longitud y 0.65 mm de diámetro. Este núcleo está rodeado por una cubierta de acero inoxidable de 0.9 mm de diámetro y 3.6 mm de longitud, la parte superior de la cubierta es una superficie redondeada de 0.8 mm de diámetro y la parte inferior un disco de 0.9 mm de diámetro y 0.55 mm de espesor. Figura 1. Modelo empleado para la simulación del MammoSite. El globo con la solución de Visipak se simuló como una esfera de 2.1 cm de radio rellena de agua conteniendo en su interior esferas del material Visipak con un por ciento de su volumen de 5, 10, 15, 20 y 25 % del volumen de la esfera. Este material tiene una composición molecular de C 22 H 44 I 6 N 6 O 15. Rodeando la esfera se consideró una capa esférica de 5 cm de radio, representando el resto del tejido mamario. También se realizaron cálculos suponiendo que en lugar de la solución de contraste, se tenía una burbuja de aire del 15 % del volumen de la esfera de 2.1 cm de radio. Esto se realizó puesto que hay ocasiones que en la aplicación real del tratamiento con esta técnica, se introducen burbujas de aire. Los parámetros más importantes de la simulación que se deben declarar en los códigos de simulación Monte Carlo del transporte de radiación son entre otros, el tipo de partícula que se simula, las energías de absorción de las partículas primarias y secundarias, el número de partículas a simular y su energía inicial. En este trabajo se simularon, como partículas iniciales 1.0E6 fotones de 356 kev que corresponden a la energía promedio del 192Ir. Memorias CIC Cancún 2007 en CDROM 243 Proceedings IJM Cancún 2007 on CDROM

4 Eva Leticia Rojas C., Cálculo Monte Carlo de Cambios en la Dosis Debidos al Medio de Contraste Los parámetros específicos que se utilizaron para efectuar las simulaciones con PENELOPE se presentan en la tabla 1. Las tres primeras columnas representan las energías de absorción en cada uno de los 4 materiales utilizados en el modelo y las cuatro siguientes se refieren al detalle con que se lleva a cabo la simulación. La descripción completa de cada parámetro está en el manual del código. 4 Tabla I. Parámetros de trayectoria en los materiales. Eabs e Eabs f Eabs p C1 C2 WCC WCR 5.0E4 (Ir) 1.0E4 5.0E E3 1E3 5.0E4 (ss) 1.0E4 5.0E E3 1E3 1.0E4 (agua) 1.0E4 5.0E E3 1E3 5.0E4 (soluc) 1.0E4 5.0E E3 1E3 La energía depositada por la radiación proveniente de la fuente de 192Ir, en el modelo de Mammosite simplificado que declaramos para el código, se contabilizó construyendo celdas de acumulación en forma de capas esféricas adyacentes de 0.5 mm de espesor. Así mismo se calculó la desviación estándar en cada caso. 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN La variación de la dosis en el sistema con la distancia a la fuente de 192Ir para el sistema simulado se muestra en la figura 2. Se presentan los casos para las concentraciones en volumen de soluto de 1.2 %, 25 %, también se incluye el caso de una burbuja de aire del 15 % del volumen en el interior del globo. Podemos ver que, la diferencia en dosis debido a las variaciones de concentración de soluto, es muy grande dentro de la esfera de radio 1.8 mm que contiene a la fuente. En el volumen del globo con solución y la zona exterior a esta, la diferencia es apreciable pero menor; sin embargo, resalta la diferencia con el caso de la esfera de aire dentro del volumen. ev/g 4.0E E E E E E E E E+00 Dosis1.2% V Dosis25% V Dc/15%aire Distancia a la fuente (cm) Figura 2. Dosis en función de la distancia a la fuente de 192Ir para diferentes concentraciones de material de contraste en el en el modelo simulado. Memorias CIC Cancún 2007 en CDROM 244 Proceedings IJM Cancun 2007 on CDROM

5 Congreso Internacional Conjunto Cancún 2007 / International Joint Meeting Cancun 2007 Para resaltar la magnitud de la diferencia cuando se introduce una burbuja de aire en el globo, mostramos en la figura 3, la comparación con el caso para una concentración de 25 % de solución Visipak en el globo. Se muestra sólo la región exterior que, correspondería al tejido que queda después de la extracción del tumor. ev/g 2.0E E E E E E E E E E E+06 25% V B 15%aire Distancia a la fuente (cm) Figura 3. Diferencia en los casos de concentración de Visipak al 25 % en la solución y el de la introducción de una burbuja de aire. En la figura 4 comparamos la diferencia para el caso de las 2 concentraciones extremas que incluimos en nuestro estudio, en la zona exterior al globo de solución. Vemos que sólo en los primeros milímetros fuera de la superficie del globo de radio 2.1 cm es claro que la dosis es un poco mayor. A mayor distancia, las curvas se entrecruzan. Para ampliar el estudio, se contabilizó toda la energía depositada en el volumen que queda después de extirpar un tumor canceroso. Esto se realizó para cada concentración del soluto Visipak en el globo de tratamiento que contiene a la fuente. El resultado se presenta en la figura 5. La gráfica representa el cociente relativo al caso de concentración 0%; es decir, cuando el globo sólo contiene agua. 3. CONCLUSIONES Los resultados con el código PENELOPE bajo estas condiciones de simulación nos dieron información definitiva sobre los efectos de la concentración del soluto del material de contraste en el MammoSite sobre la dosis en la región exterior al globo de solución a las concentraciones aquí utilizadas, sin embargo, resulta conveniente simular mayor número de partículas para disminuir las fluctuaciones en los resultados. Así mismo se puede mejorar la declaración de la solución de contraste dentro del globo para ponerlo en mejor acuerdo con la realidad. Memorias CIC Cancún 2007 en CDROM 245 Proceedings IJM Cancún 2007 on CDROM

6 Eva Leticia Rojas C., Cálculo Monte Carlo de Cambios en la Dosis Debidos al Medio de Contraste 2.0E E E+06 ev/g 1.8E E E E+06 d 1.2% en V 25% en V Distancia a la fuente (cm) Figura 4. Dosis en la Región exterior al globo de solución a las concentraciones extremas de material de contraste. % de E Depositada Concentración de Sol. (% V) Figura 5. Cociente entre la energía depositada en la zona exterior al globo para concentraciones de soluto de 1.2, 10, 15 y 25 % y 0 %. La introducción de burbujas de aire en el sistema produce mayor efecto sobre la dosis en la región de interés que la concentración de soluto. Resultará conveniente realizar un estudio detallado incluyendo diferentes volumenes de aire en el globo que se usa en el tratamiento. Al planear la dosis a impartir en los tratamientos de cáncer de seno que se realizan con el sistema de irradiación parcial MammoSite, se debe tomar en cuenta la presencia del material de contraste en el globo que se introduce para realizar la irradiación. En este trabajo se ha visto que las variaciones es la concentración hacen que la dosis varíe en el tejido base del tejido canceroso extirpado. Memorias CIC Cancún 2007 en CDROM 246 Proceedings IJM Cancun 2007 on CDROM

7 Congreso Internacional Conjunto Cancún 2007 / International Joint Meeting Cancun 2007 REFERENCIAS 1. C.W Cheng,, R. Mitra, X. Allen Li, Indra J. Das, Dose Perturbations due to contrast médium and air in MammoSite treatment: An experimental and Monte Carlo study, Medical Physics, 32, (2005). 2. Rojas L. et al., Dosimetry for radiocolloid therapy of cystic craniopharyngiomas, Medical Physics, 30, (2003). 3. F. AlDweri., L. Rojas, A.M Lallena, Effects of bone- and air-tissue inhomogeneities on the dose distributions of the Leksell Gamma Knife calculated with PENELOPE, Phys.Med Biol Vol. 50, (2005). 4. Salvat F., Fernández-Varea J.M, Sempau J., PENELOPE A Code System for Monte Carlo Simulation of Electron and Photon Transport, Paris, NEA-OECD (2003). Memorias CIC Cancún 2007 en CDROM 247 Proceedings IJM Cancún 2007 on CDROM

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