Diseño de una metodología para incorporar simulación Monte Carlo en planificaciones de braquiterapia

Abstract

[ES] Algunos tratamientos de braquiterapia consisten en colocar semillas radioactivas encapsuladas cerca o en contacto directo con la lesión tumoral. Aunque la complejidad y precisión de estos tratamientos ha aumentado en los últimos años, la dosimetría en la practica clínica sigue calculándose con el protocolo TG-43, cuyos cálculos de dosis se basan en un conjunto de tablas precalculadas asumiendo una fuente colocada en un volumen infinito de agua, o mediante algoritmos de cálculo de dosis basados en modelos (MBDCA) que incorporan las particularidades de la semilla y las anatómicas del paciente. Aunque los MBDCA ofrecen una mejora evidente, no todos ellos son capaces de describir la deposición de dosis con el mismo nivel de precisión que los métodos de Monte Carlo (MC). El objetivo de este trabajo es incorporar la simulación MC a la planificación de tratamientos de braquiterapia, calculando la distribuciones de dosis en los órganos objetivo así como en los órganos sanos a proteger. Para llevar a cabo este trabajo se ha desarrollado un conjunto de programas que automatizan los siguientes pasos de la planificación: lectura y segmentación de las geometrías del paciente a partir de imágenes DICOM, exportación de la geometría, asignación de materiales y posiciones de las semillas al formato de fichero de entrada para el código de simulación (MCNP62), y finalmente lectura y visualización de los resultados de la simulación en el formato del planificador utilizado. Estos resultados constan de distribuciones de dosis, curvas de isodosis, dosis depositadas en los órganos de riesgo y otras métricas necesarias para la planificación del tratamiento. Los resultados obtenidos mediante esta metodología se comparan posteriormente con los mismos obtenidos con otras técnicas de planificación. Los resultados de este trabajo muestran la precisión con la que se calcula la dosis obtenida mediante simulación MC en comparación con la obtenidos por otros métodos manteniendo tiempos de computación muy asequibles, demostrando la utilidad de esta herramienta incorporada a un sistema de planificación.

[EN] Some brachytherapy treatments involve placing encapsulated radioactive seeds near or in direct contact with the tumour lesion. Although the complexity and accuracy of these treatments has increased in recent years, dosimetry in clinical practice is still calculated using the TG-43 protocol, whose dose calculations are based on a set of pre-calculated tables assuming a source placed in an infinite volume of water, or using model-based dose calculation algorithms (MBDCA) that incorporate the particularities of the seed and the anatomical particularities of the patient. Although MBDCAs offer a clear improvement, not all of them are able to describe dose deposition with the same level of accuracy as Monte Carlo (MC) methods. The aim of this work is to incorporate MC simulation into brachytherapy treatment planning, calculating dose distributions in target organs as well as in healthy organs to be protected. To carry out this work, a set of programs has been developed to automate the following planning steps: reading and segmentation of patient geometries from DICOM images, exporting the geometry, assigning materials and seed positions to the input file format for the simulation code (MCNP62), and finally reading and displaying the simulation results in the planner format used. The results obtained using this methodology are then compared with those obtained using other planning techniques. The results of this work show the accuracy with which the dose obtained by MC simulation is calculated in comparison with that obtained by other methods while maintaining very affordable computing times, demonstrating the usefulness of this tool incorporated into a planning system.