Optimización de la radioterapia externa del retinoblastoma por medio de simulacion Monte Carlo con el codigo Penelope
- Autores: Paola Andrea Mayorga Sierra
- Directores de la Tesis: Llorenç Brualla Barberà (dir. tes.), Antonio Miguel Lallena Rojo (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Granada ( España ) en 2015
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: M. Amor Duch Guillen (presid.), Marta Anguiano Millán (secret.), Rosario González Férez (voc.), Salvador García Pareja (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: DIGIBUG
- Resumen
Se simuló el colimador para tratamiento de retinoblastoma actualmente utilizado en la Strahlenklinik del Universitätsklinikum Essen para analizar mediante simulación Monte Carlo (MC) con el código PENELOPE [1], experimento y con el algoritmo analítico anisotrópico (AAA) la dosimetría física asociada al tratamiento con radioterapia externa para retinoblastoma (Rb). Se sugirieron cambios al colimador para proponer uno optimizado que garantice control tumoral y protección en tejido sano. Se determinó la dosimetría absoluta con el método de Popescu [2].
Introducción Se analiza por medio de simulación MC la dosimetría física asociada al tratamiento del Rb que es un tumor maligno ubicado en la retina y representa alrededor del 3% de los cánceres que se presentan en niños menores de 1 año.
En la Strahlenklinik del Universitätsklinikum Essen se usa la radioterapia externa con fotones de 6 MV como terapia de salvamento par el Rb. El tratamiento está basado en la técnica de Schipper [3] y consiste en irradiaciones laterales con un campo de radiación conformado por un colimador en forma de ¿D¿. Dicho colimador define un campo de 3.1 cm2 que se usa si el niño es menor de 6 meses y un campo de 5.2 cm2 para cuando el niño es mayo de 6 meses.
Se busca reducir la dosis de radiación que recibe el cerebro del paciente por lo que no se le somete a tomografía axial computarizada (TAC) y no se utilizan planificadores comerciales. Los tratamientos se basan en la dosimetría física realizada en maniquíes de agua. Este tipo de planificación requiere de un estudio dosimétrico exhaustivo que permita implementar cambios de tecnología asociados al linac y conocer la dosis dada a estructuras como cristalino, la órbita y las estructuras oculares aledañas al tumor. Por otra parte, la técnica puede implementarse en otros lugares del mundo para lo que la dosimetría absoluta se hace indispensable. Finalmente, se pretende proponer un colimador optimizado que reduzca la dosis recibida por tejido sano aledaño al tumor y mantenga el control tumoral.
Desarrollo En primer lugar se simuló el colimador para Rb con un colimador opcional que permite definir el campo más pequeño, se utilizó el programa PENGEOM del código de simulación PENELOPE. Se simuló el transporte de radiación a partir del blanco de un linac Varian 2100 D/C, previamente construido con penEasyLinac, para un haz de electrones primarios de 6.26 MeV. Se almacenaron espacios de fase (PSF) posterior al colimador secundario del acelerador, ese PSF1 se utilizó como fuente de radiación transportada a través de las mandíbulas hasta obtener un segundo PSF2 a la salida de las mismas. El PSF2 fue utilizado como fuente de radiación transportada a través del colimador para Rb en cada una de las dos configuraciones posibles, a saber, con colimador opcional incrustado "G" _"D" ^"w" (3.1 cm2) y sin colimador opcional incrustado "G" _"D" ^"wo" (5.2 cm2). Se obtuvo un PSF3 a la salida de cada una de los colimadores definidos por las geometrías G0 y a partir de él la distribución volumétrica de dosis en un maniquí de agua. Lo perfiles de dosis así obtenidos fueron comparados con los encontrados con experimento y con AAA. Se evaluaron las distribuciones MC y AAA con un test gamma eligiendo como distribución de referencia la experimental.
En segundo lugar, buscando satisfacer un criterio clínico que impone que el 95% de la dosis debe estar en 2.4 cm a una profundidad de 2 cm se buscó estudiar la influencia de los elementos y materiales que constituyen el colimador para Rb y la posición de las mandíbulas en la dosimetría asociada al tratamiento con miras a sugerir un colimador optimizado que satisfaga el criterio.
Finalmente, se estudió la dosimetría absoluta siguiendo el planteamiento de Popescu et al [2]. Se compararon los resultados obtenidos con los parámetros de transporte dados al blanco desde el comienzo del trabajo (P1) con unos nuevos parámetros (P2) que se asignaron en función de que Rodriguez et al. [4] encontraron que la elección de los parámetros de transporte en el blanco (específicamente C1 y C2) muy grandes (0.01) induce sesgos en la distribución Bremsthraglung. Se compararon estos resultados con obtenidos con experimento.
Conclusiones En esta tesis doctoral se ha analizado, por medio de simulación Monte Carlo con el código PENELOPE, la dosimetría física asociada al tratamiento con radioterapia externa del Rb que se lleva a cabo actualmente en la Strahlenklinik del Universitätsklinikum Essen. Además se ha estudiado el papel que juegan los distintos elementos de sistema de colimación específico empleado es ese tratamiento, proponiendo el diseño de un colimador optimizado que reduce la irradiación de las estructuras de la órbita del ojo, manteniendo el control tumoral. Finalmente, se ha determinado la dosimetría absoluta para los campos utilizados en este tipo de tratamiento.
Respecto del análisis dosimétrico en las condiciones actuales de tratamiento, se puede concluir que: Para los dos tamaños de campo utilizados en el Universitätsklinikum Essen se ha encontrado un excelente acuerdo entre la distribución de dosis en profundidad obtenida con simulación Monte Carlo y la medida experimentalmente. Sin embargo, el acuerdo entre los resultados experimentales y los obtenidos con el sistema de planificación AAA son significativamente peores.
En el caso de los perfiles laterales, el acuerdo del experimento con los resultados de la simulación Monte Carlo es razonable para una distancia-al-acuerdo inferior a 3 mm y una diferencia de dosis por debajo del 3%, encontrándose las mayores discrepancias en los hombros de los perfiles. En el caso del AAA es necesario considerar los criterios de 3 mm y 6% debido a que aparecen diferencias significativas tanto en los hombros como en las penumbras.
A pesar de que las discrepancias con respecto a las medidas experimentales, que se encuentran en los cálculos realizados con AAA, son relevantes desde el punto de vista terapéutico, es posible utilizar AAA para la planificación rutinaria de los pacientes de Rb siempre y cuando las limitaciones que presenta sean tenidas convenientemente en cuenta. El conocimiento de estas limitaciones sólo es posible mediante una combinación de experimentos y simulaciones Monte Carlo.
A propósito del papel de los distintos elementos del colimador y de las modificaciones que se proponen para construir un colimador optimizado, se puede decir que: Las geometrías analizadas que incorporan distintas modificaciones del sistema de colimación de retinoblastoma tienen, en general, un impacto pequeño en las distribuciones de dosis en profundidad en el eje del haz. Para los perfiles laterales, los únicos cambios se observan en las penumbras, siendo prácticamente despreciables en la región donde se encuentra el cristalino.
Los cambios más relevantes se evidencian para las geometrías "G" _"D" ^"wo" y "G" _"D" ^"w" , que corresponden a la modificación en la posición de las mandíbulas para que circunscriban la parte inferior del colimador de retinoblastoma. En ambos casos resulta una reducción de cerca del 40% en la dosis absorbida por el polo posterior del ojo.
Se ha propuesto una geometría optimizada que genera un campo de radiación de 2.4 cm de anchura a lo largo del eje inferior-superior del ojo y que garantiza el 95% de la dosis máxima a 2 cm de profundidad. Este nuevo diseño supondría una importante reducción del volumen irradiado sin reducir la dosis en el volumen blanco de los pacientes que se tratan actualmente con la geometría que no incluye el colimador opcional.
En cuanto a la determinación de dosis absolutas, se puede decir que: El procedimiento establecido por Popescu et al. [2] permite obtener las dosis absolutas asociadas a los campos reducidos que se usan en el tratamiento de retinoblastoma con una buena precisión. Para valores de SSD entre 96 y 99 cm, las diferencias encontradas con los datos experimentales son inferiores al 2.5% y en todos los casos coinciden dentro de las incertidumbres.
En los casos analizados, no se han encontrado diferencias significativas debidas a la consideración de la dosis acumulada en la cámara monitora por retrodispersión.
Bibliografía [1] F. Salvat, J. M. Fernández-Varea and J. Sempau. PENELOPE 2011 - A code system for Monte Carlo simulation of electron and photon transport. Nuclear Energy Agency, Paris (2011) [2] I.A. Popescu, C.P. Shaw, S.F. Zavgorodni, et al. Absolute dose calculations for Monte Carlo simulations of radiotherapy beams. Phys. Med. Biol. 50, 3375-3392 (2005) [3] J. Shipper. An accurate and simple method for megavoltage radiation therapy of retinoblastoma. Radiother. Oncol. 1, 31-41 (1983) [4] M. Rodriguez, J. Sempau and L. Brualla. Study of the electron transport parameter used in PENELOPE for Monte Carlo simulations of Linacs targets. Med. Phys. 42, 2877-2881 (2015)
