Cálculo de la estimación de dosis en órganos en braquiterapia mediante simulaciones de Monte Carlo y modelos realistas de pacientes

Abstract

Brachytherapy is a kind of cancer treatment in which the source of radiation is placed near or into the tumour. This process is used to treat different types of cancer, including prostate cancer.

The Radiotherapy Planning Systems currently used in hospitals are based on deterministic algorithms and they have an important limitation. These algorithms don¿t correctly consider the lateral transport of electrons in areas where density changes, so, wrong predictions are produced when there are heterogeneities in the matter. This work proposes the use of Monte Carlo method, that could positively impact on the treatments planning, because their results are more realistic and because this method takes into account the inhomogeneities.

Therefore, this work is about the dose calculation in organs through Monte Carlo simulation for a specific case of prostate brachytherapy with I-125 seeds. To achieve this, a 3D model with the anatomy of the patient is created from Computed Tomography images and through the use of a software which allows segmentation of different organs. The simulation of the treatment on the 3D model is performed and the dose that each organ receives is obtained as a result.

Once the results are obtained, it is checked that the dose received by each part of the geometry fits with the prescribed. And finally, a list of conclusions is obtained to show the effectiveness of this method in brachytherapy treatments, not only because the results are valid, also because of the reduced computer time when only the strictly necessary structures are segmented.

La braquiterapia es un tipo de tratamiento oncológico donde la fuente de radiación se coloca muy cerca o dentro del tumor. Este procedimiento se emplea para curar diferentes tipos de cáncer, entre ellos, el cáncer de próstata.

Los Sistemas de Planificación de Radioterapia que se utilizan actualmente en los hospitales contienen algoritmos de naturaleza determinista con una limitación importante, ya que no consideran correctamente el transporte lateral de los electrones en las zonas donde hay cambios de densidad, y como consecuencia, se producen predicciones erróneas en presencia de heterogeneidades. Este trabajo propone el uso del método de Monte Carlo, que podría impactar de forma positiva en la planificación de los tratamientos, debido a que proporciona resultados más realistas y tiene en cuenta las inhomogeneidades.

Por este hecho, este trabajo trata sobre el cálculo de dosis en órganos mediante simulación de Monte Carlo para un caso concreto de braquiterapia de próstata con semillas de I-125. Para ello se crea un modelo 3D de la anatomía de un paciente, a partir de imágenes de Tomografía Computarizada y mediante el empleo de un software que permite la segmentación de los órganos de interés. Se simula el tratamiento sobre este modelo 3D y se obtiene la dosis que recibe cada órgano.

Una vez obtenidos los resultados, se comprueba que la dosis que recibe cada parte de la geometría se ajusta a la prescrita y se obtienen una serie de conclusiones que demuestran la eficacia de este método en tratamientos de braquiterapia, no solo por la validez de los resultados sino también por un adecuado tiempo de computo si se segmentan solo la estructuras necesarias.

La braquiterapia és un tipus de tractament oncològic on la font de radiació es col·loca molt prop o dins del tumor. Aquest procediment s’empra per a curar diferents tipus de càncer, entre ells, el càncer de pròstata. Els Sistemes de Planificació de Radioteràpia que s’utilitzen actualment als hospitals contenen algoritmes de naturalesa determinista amb una limitació important, ja que no consideren correctament el transport lateral dels electrons en les zones on hi ha canvis de densitat, i com a conseqüència, es produeixen prediccions errònies en presencia d’heterogeneïtats. Aquest treball proposa l’ús del mètode de Monte Carlo, que podria impactar de forma positiva en la planificació dels tractaments, degut a que proporciona resultats més realistes i té en compte les inhomogeneïtats. Per aquest fet, aquest Treball de Fi de Grau tracta sobre el càlcul de dosi en òrgans mitjançant simulació de Monte Carlo per a un cas concret de braquiterapia de pròstata amb llavors de I- 125. Per aconseguir-ho, es crea un model 3D de l’anatomia d’un pacient, a partir d’imatges de Tomografia Computeritzada i mitjançant l’ús d’un programa que permet la segmentació dels òrgans d’interès. Se simula el tractament sobre aquest model 3D i s’obté la dosi que rep cada òrgan. Una vegada obtinguts els resultats, es comprova que la dosi que rep cada part de la geometria s’ajusta a la prescrita, i s’obtenen una sèrie de conclusions que demostren l’eficàcia d’aquest mètode en tractaments de braquiterapia, no sols per la validesa dels resultats sinó també per un adequat temps de còmput si se segmenten només les estructures necessàries.