Aplicación del Método de Monte Carlo a la Planificación en Radioterapia y a la Reconstrucción de Espectros de Fotones de Aceleradores Lineales de Partículas (LinAc)

Abstract

La radioterapia es uno de los tratamientos más generalizados aplicados a los pacientes que padecen determinados tipos de cáncer. Sin embargo, la efectividad de este tipo de tratamientos en la destrucción de las células cancerígenas lleva asociada la posibilidad de sufrir los efectos secundarios de la radiación sobre los tejidos sanos circundantes. El riesgo de lesión de las células sanas depende fundamentalmente de la orientación del haz emitido por la unidad de radioterapia y de la intensidad de la radiación recibida por el paciente. Los avances tecnológicos están permitiendo optimizar los tratamientos, disminuyendo las dosis administradas y los efectos indeseables de éstas, pero uno de los principales problemas en el cálculo de dosis de estos sistemas es la exactitud de los algoritmos de cálculo en presencia de tejidos con densidades muy diferentes, así como el conocimiento exacto del espectro emitido por los aceleradores lineales médicos. Una de las herramientas aplicadas en este campo es el método de Monte Carlo frente a procedimientos de cálculo deterministas. Este método, es una técnica de cálculo que permite, entre otras aplicaciones, simular el efecto de las radiaciones que se utilizan en la terapia contra el cáncer y otras afecciones similares. El trabajo que aquí se presenta, pretende demostrar la posibilidad de trasladar el uso de las simulaciones Monte Carlo a la planificación de los tratamientos en radioterapia, mejorando la eficacia en el cálculo de la distribución de dosis en un determinado medio frente a los sistemas tradicionales. Además pretende validar el uso de las simulaciones a otras aplicaciones relacionadas como es la reconstrucción de espectros fotónicos. Una simulación de este tipo implica modelizar con realismo la geometría del cabezal del acelerador, así como definir los parámetros físicos que rigen el transporte de las partículas. Además, es imprescindible el conocimiento detallado del espectro emitido por el acelerador lineal modelizado, pues de la energía del haz dependen los factores dosimétricos a cuantificar. Una parte importante de este trabajo se centra en la reconstrucción del espectro de un acelerador lineal y su utilización en la simulación del transporte de fotones y electrones durante el funcionamiento de la unidad de radioterapia. El procedimiento desarrollado para caracterizar los haces de radiación generados en un acelerador lineal está basado en la deconvolución mediante los algoritmos de Hansen de las curvas de dosis en profundidad simuladas y medidas en una cuba de agua. Las comparaciones realizadas entre las medidas experimentales y los cálculos realizados demuestran que el algoritmo desarrollado en este trabajo es una vía válida para reconstruir los espectros fotónicos emitidos por unidades de radioterapia. En el desarrollo de esta tesis se explica detallada y rigurosamente todo este proceso, a la vez que se aportan los datos experimentales que justifican que es una metodología fiable para lograr el propósito de reconstruir espectros fotónicos.