Monitorización acústica con cerámicas piezoeléctricas en aplicaciones médicas con haces de protones

Abstract

[ES] En este artículo se presenta la monitorización acústica del uso de partículas pesadas en tratamientos oncológicos con haces de protones a partir del estudio de la señal de presión generada por el efecto termoacústico debido a la incidencia de un haz de protones con una energía de 100 MeV para un caso específico de ependioma. El perfil espacial de la deposición de energía ha sido simulado empleando el método Monte Carlo en la herramienta de cálculo Geant4 junto con las librerías disponibles para incluir la interacción de las partículas con el tejido cerebral y la estructura ósea del cráneo. La señal termoacústica resultante es obtenida discretizando una solución particular de la ecuación de ondas termoacústica. Con esto, la fase de propagación y transmisión se ha simulado empleando el método de elementos finitos (FEM). Finalmente, se ha reconstruido la posición de la fuente de energía depositada evaluando el tiempo de llegada (TOA) a un conjunto de puntos sobre la superficie del cráneo.

[EN] This article presents the acoustic monitoring of the use of heavy particles in oncological treatments with proton beams from the study of the pressure signal generated by the thermoacoustic effect due to the incidence of a proton beam with an energy of 100 MeV for a specific case of ependyoma. The spatial profile of the energy deposition has been simulated using the Monte Carlo method in the Geant4 calculation tool together with the available libraries to include the interaction of the particles with the brain tissue and the bone structure of the skull. The resulting thermoacoustic signal is obtained by discretizing a particular solution of the thermoacoustic wave equation. With this, the propagation and transmission phase has been simulated using the finite element method (FEM). Finally, the position of the deposited energy source has been reconstructed by evaluating the time of arrival (TOA) at a set of points on the surface of the skull.