Simulación Monte Carlo en una nueva técnica de radioterapia (RTHC)

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Vicente Valdéz Redondo
hace 8 años
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1 Simulación Monte Carlo en una nueva técnica de radioterapia (RTHC)

2 Resumen Propuesta de técnica RTHC (Radioterapia de Haz Convergente). Simulación Monte Carlo. Desarrollo de código de simulación para cálculo en situaciones típicas de Radiocirugía. Validación del código desarrollado comparando con resultados experimentales. Simulación en RTHC. Conclusiones.

3 Propuesta de técnica RTHC Objetivo general de la Radioterapia: Altas dosis al blanco manteniendo el volumen sano circundante con bajas dosis. Teleterapia: Múltiples haces divergentes combinados a modo de producir concentración de dosis en el volumen objetivo, simulando el efecto de un haz convergente. Sería posible producir un haz convergente de rayos X con propósitos terapéuticos? Cómo se podrían evaluar los beneficios y perjuicios en posibles tratamientos?

4 Propuesta de técnica RTHC Algunas ventajas de un haz convergente: En medios materiales, la dosis en profundidad podría aumentar respecto de la dosis en superficie, si la contribución geométrica supera la atenuación. Se podría esperar la obtención de volúmenes pequeños con alta concentración de dosis, cercanos al punto focal del haz, dejando los volúmenes periféricos con dosis relativas muy bajas.

5 Propuesta de técnica RTHC Radioterapia de Haz Convergente: La producción de bremsstrahlung por electrones de megavoltaje es esencialmente forward. Es posible diseñar un blanco para producción de rayos X en forma de casquete esférico. Es necesario estudiar el diseño de una lente electromagnética para dirigir el haz de electrones hacia el blanco esférico. Se debería estudiar un sistema de colimación diferente al estándar de los aceleradores convencionales Se necesita hacer un estudio detallado de la dosimetía que produciría un haz de estas características.

6 Propuesta de técnica RTHC Radioterapia de Haz Convergente: La simulación Monte Carlo puede ayudar a resolver algunos de los problemas que se plantean. Dado que RTHC es una técnica aún en etapa de investigación, los códigos computacionales de simulación MC tienen que ser versátiles a cambios de configuraciones. Debe ser posible incluir geometrías de simulación inferidas a partir de imágenes de CT (voxelización + geometría por cuerpos).

7 Simulación Monte Carlo Mat 1 Mat 2 Mat 3 Los eventos son simulados en orden cronológico de ocurrencia. La probabilidad de ocurrencia de los eventos se calcula en base a tablas de secciones eficaces y/o modelos de interacción.

8 Simulación Monte Carlo Que es posible calcular con Monte Carlo? Coeficientes de transmisión y reflexión. La cantidad de energía depositada en un cierto volumen de interés. La fluencia de distintos tipos de partículas. La eficiencia de producción de rayos X. Cuantificar aportes por dispersión de radiación. Producción de fluorescencia. Procesos de creación y aniquilación de a pares.

9 Desarrollo de código MC Estructura del código desarrollado: Tabla de secciones eficaces Módulo de física RESULTADO DICOM (CT) Geometría por cuerpos Espectro de haz Módulo de geometría Módulo de generación de haz Programa principal Parámetros de simulación

Desarrollo de código MC Módulo de física: PENELOPE1. DPM2. Boron-Neutron Capture (BNC) + PENELOPE. (en desarrollo) (en desarrollo) 1. Fernández-Varea J.M, Sempau J, Salvat F.

10 Desarrollo de código MC Módulo de física: PENELOPE1. DPM2. Boron-Neutron Capture (BNC) + PENELOPE. (en desarrollo) (en desarrollo) 1. Fernández-Varea J.M, Sempau J, Salvat F. PENELOPE-2008: A Code System for Monte Carlo Simulation of Electron and Photon Transport. Nuclear Energy Agency, Barcelona, Spain (2009). 2. Sempau J, Wilderman S, Bielajew A. DPM, a fast, accurate Monte Carlo code optimized for photon and electron radiotherapy treatment planning dose calculations. Phys Med Biol. 45(8): (2000).

Desarrollo de código MC Módulo de geometría (voxelización): Material 1 Material 2 Material 3 Material 4 Una adecuada segmentación de la imagen de CT permite inferir una voxelización del

11 Desarrollo de código MC Módulo de geometría (voxelización): Material 1 Material 2 Material 3 Material 4 Una adecuada segmentación de la imagen de CT permite inferir una voxelización del espacio geométrico en donde se le asigna un material a cada voxel. DicomGeom + PenGeom resulta en un módulo que permite trabajar con geometría voxelizada y por cuerpos en una misma simulación.

12 Desarrollo de código MC Módulo de generación de haz: La estructura por módulos permite gran versatilidad de simulación. Actualmente se dispone de módulos generadores de haces para Teleterapia, Braquiterapia y Medicina Nuclear.

13 Validación del código MC Mediciones experimentales: -150 Acelerador Clinac 6EX. Fantoma Octavius con arreglo de cámaras Seven29, y film Kodak EDR2. Mediciones con arcos dispuestos a manera de emular la geometría convergente del haz de RTHC. 150

14 Validación del código MC Cálculo en planificador: TPS Eclipse. Fantoma Octavius. Planificación con haces en arco emulando la medida experimental.

15 Validación del código MC Medición experimental en fantoma de radiocirugía: Mediciones de campo único y arco en fantoma de radiocirugía. Se utilizó film Kodak EDR2 adaptado para poder ser ubicado en la vesícula del fantoma.

16 Validación del código MC Resultados: Comparación experimental vs. simulado en fantoma Octavius Composición espectral del haz utilizado en las simulaciones1 Comparación de perfiles 1. Karzmark C, Nunan C, Tanabe E. Medical Electron Accelerators. McGraw-Hill, USA (1993).

17 Validación del código MC Resultados en fantoma de Radiocirugía:

18 Simulación en RTHC Resultados en fantoma de Radiocirugía: Resultado para el caso ideal de RTHC.

19 Simulación en RTHC Curvas de isodosis:

20 Conclusiones El código desarrollado permite adaptarse de manera sencilla a diversas situaciones presentes en la Radioterapia. La validación del código frente a las situaciones experimentales presentadas resulta aceptable, no obstante es recomendable avanzar sobre otras situaciones para lograr mayor confiabilidad. Las distribuciones dosimétricas obtenidas para la técnica propuesta RTHC resultan prometedoras, por lo que resulta de interés continuar estudiando las diversas posibilidades.

21 Muchas gracias por su atención!

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