Cálculo de los espectros de fotones de 6 y 15 MeV emitidos por un Linac mediante la deconvolución de la matriz respuesta generada a partir de los gradientes de la dosis en profundidad calculadas mediante simulación MCNP

Abstract

El espectro de energía es la mejor forma para determinar la calidad de un haz de fotones particular emitido por un acelerador lineal médico (linac) ya que las características dosimétricas de un haz de radiación están directamente vinculadas a esta función. Este trabajo se centra en el cálculo de los espectros de fotones de 6 y 15 MeV emitidos por un linac Elekta Precise. El objetivo de reconstruir el espectro es incluirlo en los sistemas de planificación de tratamiento para mejorar las estimaciones de dosis a los pacientes de radioterapia. La metodología propuesta en este trabajo para determinar el espectro Bremsstrahlung emitido por el linac se centra en la reconstrucción a partir de los gradientes de las curvas de dosis en profundidad en una cuba de agua y su relación con el espectro incidente mediante la primera derivada espacial de la ecuación estándar de Fredholm. Existe una estrecha relación entre la curva de dosis en profundidad en el eje central en una cuba de agua y el haz de fotones de alta energía emitido por un linac que la genera. Esta relación se basa en la teoría de que la curva de dosis en profundidad puede expresarse como la superposición lineal de las contribuciones de un continuo de haces de fotones monoenergéticos, cada uno ponderado por la fluencia de fotones en cada rango de energía. La regularización por TSVD es introducida para paliar los efectos del ruido asociados a la medición y el cálculo. El espectro obtenido, además se filtra mediante un Wavelet de Haar (nivel 4). Este trabajo propone una técnica para mejorar significativamente la exactitud de los espectros Bremsstrahlung reconstruidos a partir de datos de dosis en profundidad utilizando métodos inversos. Mientras que los enfoques tradicionales utilizan directamente las curvas de dosis en profundidad, mostramos la ventaja de utilizar el gradiente de estos datos para la reconstrucción de espectros. Para validar los espectros reconstruidos hemos comparado su curva de dosis en profundidad correspondiente en una cuba de agua con curvas experimentales, siendo el porcentaje máximo de diferencia entre ambas curvas inferior al 3%.