Desarrollo e implementación de técnicas alternativas de modulación en haces externos de fotones y electrones de alta energía para radioterapia de intensidad modulada.
La calidad de un tratamiento de radioterapia se asocia a factores clínicos y físicos. Los factores físicos se vinculan con el logro seguro de la dosis prescripta en el volumen tumoral y de las dosis de tolerancia en los tejidos aledaños. De esta manera se aumenta la probabilidad de éxito del trat...
Guardado en:
| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2017
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/648/1/1Cobos_Agust%C3%ADn_Cleto.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | La calidad de un tratamiento de radioterapia se asocia a factores clínicos y físicos. Los
factores físicos se vinculan con el logro seguro de la dosis prescripta en el volumen tumoral
y de las dosis de tolerancia en los tejidos aledaños. De esta manera se aumenta la
probabilidad de éxito del tratamiento, se producen resultados comparables entre
diferentes instituciones y se disminuye la probabilidad de ocurrencia de accidentes
radiológicos.
La radioterapia de intensidad modulada (IMRT) con haces externos de fotones y
electrones es una técnica universalmente aceptada en la que la fluencia de energía varía
en la sección de cada haz de radiación, permitiendo lograr un mayor grado de
conformidad de la distribución de dosis con el volumen tumoral, en comparación con las
técnicas de radioterapia convencionales. La modulación de dicha fluencia se puede lograr
mediante el uso de colimadores de hojas múltiples o mediante filtros compensadores.
Estos últimos son una muy buena alternativa en los países emergentes debido a su bajo
costo relativo. En este sentido, la Fundación Escuela de Medicina Nuclear (FUESMEN)
ha desarrollado e implementado una técnica propia que permite elaborar filtros
compensadores con costos y tiempos de fabricación diez veces menores que los filtros
convencionales.
El mayor grado de conformidad de las distribuciones de dosis en el volumen
tumoral hace que la IMRT presente más exigencias en términos de las incertezas
espaciales debidas a las tolerancias mecánicas de la máquina de irradiación, el
posicionamiento y los cambios anatómicos del paciente, y el movimiento de órganos.
Dicha exigencia ha motivado el desarrollo de nuevas tecnologías e investigaciones
enfocadas en las distribuciones de dosis absorbida en el volumen tumoral y en los órganos
de riesgo. El cálculo de estas distribuciones de dosis ha sido realizado históricamente
mediante los métodos de convolución y convolución-superposición, siendo el método de
simulación por Monte Carlo la herramienta típicamente usada para su validación. Si bien
los modelos determinísticos de la ecuación de transporte de Boltzmann pueden tener la
misma exactitud que los métodos de Monte Carlo, su aplicación en problemas de
radioterapia ha sido muy escasa y reciente debido a la falta de memoria computacional
previa para manipular la información necesaria para su resolución.
La calidad de los servicios de radioterapia también se asocia al cumplimiento y
mejora de la protección radiológica del paciente, trabajadores y miembros del público.
Dicha protección radiológica conlleva la disminución de las dosis en el cuerpo del
paciente y en localizaciones particulares dentro y fuera de las salas de tratamientos, lo
que afecta el diseño estructural de estas últimas. Otra característica de la IMRT es que el
tiempo de irradiación requerido para lograr la misma dosis de planificación, es mucho
mayor que el correspondiente al de radioterapia convencional, lo que produce un
incremento de la dosis absorbida en el cuerpo del paciente, aunque fuera del haz primario
de radiación (dosis periférica). Dicho incremento es originado básicamente por el
aumento de la radiación de fuga del cabezal del acelerador y por el aumento de radiación
dispersada desde los colimadores y filtros compensadores. Si bien el estudio de la dosis
periférica ha sido tema de interés debido a que puede tener una variedad de efectos sobre
la salud del paciente, existen pocos estudios al respecto dada la dificultad de su
determinación experimental y teórica.
Como primer trabajo de esta tesis, se presentó un novedoso enfoque determinístico
que consistió en el uso de la ecuación de transporte dependiente del tiempo como
intermediaria para la obtención de las soluciones correspondientes al estado estacionario.
El método demostró tener muchas ventajas en cuanto a exactitud, sencillez y velocidad
con respecto a los métodos estacionarios convencionales de resolución de la ecuación de
transporte. Se obtuvieron por primeros principios los criterios suficientes para la
convergencia y se compararon resultados con cálculos de Monte Carlo a los efectos de
asegurar la exactitud del método. El método numérico fue usado como herramienta de
cálculo recurrente en todos los modelos dosimétricos presentados en esta tesis. En primer
lugar, se justificó y demostró que un modelo de transporte unidimensional con simetría
azimutal es una suposición aceptable para calcular la transmisión de las barreras primarias
de salas de radioterapia, necesarias para el diseño de instalaciones. Aprovechando la
practicidad del modelo, se realizó un estudio sobre la conveniencia radiológica que puede
haber entre distintas configuraciones de barreras laminadas de materiales mixtos. Por otro
lado, como parte de la mejora y caracterización de los filtros compensadores de IMRT
que han sido implementados en la FUESMEN, se determinaron experimentalmente sus
contribuciones a la dosis periférica producida en el cuerpo del paciente. Con el objeto de
complementar y mejorar los tratamientos de IMRT, se desarrolló e implementó en los
sistemas de planificación un modelo teórico que permite el cómputo de dicha dosis
periférica. Finalmente, se demostró que la dosis periférica es lo suficientemente
significativa y debe, por lo tanto, ser tenida en cuenta en el diseño de barreras secundarias
de salas de IMRT.
Se concluye que el nuevo método numérico desarrollado en esta tesis demostró
tener gran robustez, pudiéndose extender a otras áreas de la ciencia. Las aplicaciones
unidimensionales presentadas resultaron muy útiles para la mejora de la protección
radiológica de los pacientes, trabajadores ocupacionalmente expuestos y miembros del
público involucrados en IMRT. Se propone a futuro extender el método numérico a otros
tipos de partículas y a problemas tridimensionales para cálculos dosimétricos dentro del
campo de radiación y en la periferia cercana. |
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