Modelado de colimadores multilámina en un sistema de planificación de radioterapia con haces externos de fotones.

Autor Principal: Alarcón Paredes, Alberto
Formato: Tesis
Publicado: 2016-12-14
Series: http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/580/
Materias:
Acceso en línea: http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/580/1/1Alarcon_Paderes.pdf
building BALSEIRO
institution Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (CNEA)
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author Alarcón Paredes, Alberto
spellingShingle Alarcón Paredes, Alberto
RADIOTERAPIA
COLLIMATORS
COLIMADORES
RADIOTHERAPY
RADIOTERAPIA
PHOTONS
FOTONES
[MULTILEAF COLLIMATOR
COLIMADOR MULTILÁMINA]
Modelado de colimadores multilámina en un sistema de planificación de radioterapia con haces externos de fotones.
La determinacón precisa de la transmisión de rayos X a través de un colimador multiláminas, es importante para la correcta planificación del tratamiento, especialmente en técnicas con intensidad modulada. Este tipo de técnicas presentan tiempos de irradiación mayores, respecto a técnicas convencionales. Por lo tanto, la dosis debido a la radiación de fuga a través de colimador multiláminas, puede llegar a niveles significativos de dosis en regiones que no se desea irradiar, como ser los órganos en riesgo donde la dosis debe minimizarse. El objetivo de este trabajo fue modelar distribuciones de fluencia energética para todo tipo de forma de campo generados por el colimador multiláminas y/o colimadores secundarios. Para cumplir con este objetivo se desarrollo un modelo para el cálculo de la fluencia energética considerando la influencia del sistema de colimación total, para el acelerador lineal Varian Clinac iX de 6 MV con colimadores multiláminas Varian Millenium 120, usando un algoritmo tipo ray tracing para el calculo de la atenuación y el modelo de fuentes virtuales para el modelado de la fluencia energética. El paso crucial en el desarrollo del algoritmo de ray tracing fue considerar la exacta geometría de las tres principales láminas que componen el colimador multiláminas, con detalles geométricos tales como el agujero del tornillo de conducción, el carril de soporte y las puntas redondeadas de las láminas. Esta geometría es útil para encontrar las intersecciones de rayos con las representaciones poliédricas de cada tipo de lámina, utilizando procedimientos geométricos, tales como, la intersección de una recta con planos y cilindros. Además, se utilizaron técnicas de geometría computacional, por ejemplo, el método de winding number para analizar, con alta eficiencia computacional, si las intersecciones encontradas pertenecen a los límites establecidos de las láminas. Las intersecciones encontradas sirven para calcular la distancia recorrida del rayo dentro de una o varias láminas y así poder calcular la atenuación correspondiente. La evaluación de este procedimiento para una cantidad elevada de rayos produce un mapa de atenuación propia del colimador multilámina, ubicado en el plano isocéntrico. Este mapa de atenuación y las ventanas de atenuación producidas por los colimadores secundarios representan la atenuación total del sistema de colimación del acelerador. Para modelar la fluencia energética, se implementó el modelo de fuentes virtuales basados en trabajos previos y re-validado en este trabajo. La distribución de fluencia energética final considerando el tamaño finito de las fuentes es obtenida, convolucionando el mapa de atenuación con las distribuciones de intensidad, propias del modelo de fuentes virtuales. Todos los algoritmos fueron desarrollados en Python, para su posterior optimización. Las distribuciones de fluencia energética obtenidas con el modelo propuesto fueron verificados con el código de simulación Monte Carlo BEAMnrc, mediante la validación de perfiles de fluencia para campos cuadrados e irregulares formados por los colimadores secundarios y el colimador multiláminas. Los resultados muestran que existe una buena correlación entre el modelo y Monte Carlo. La comparación de los perfiles de radiación de fuga entre láminas y transmisión a través de las puntas redondeadas, predijeron con buena precisión los detalles esperados. También, se simularon distribuciones de intensidad modulada usando técnicas estáticas con buenos resultados cualitativos. Basados en los resultados obtenidos con el algoritmo presentado en este trabajo, se puede afirmar que es una herramienta útil para cálculo de fluencia energética para cualquier forma o tamaño de campo, con varias posibles aplicaciones clínicas, incluyendo el control de calidad del colimador multiláminas y el continuo desarrollo de modelos para el cálculo de la dosis basados en fluencia energética. Se deja como trabajos futuros el acoplamiento de este método a técnicas de Convolución/Superposición para el cálculo de dosis y la implementación de algoritmos de optimización de posicionamiento de las láminas para realizar planificación inversa asociada a técnicas moduladas.
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