Protección radiológica en radioterapia intraoperatoria mediante un acelerador portátil de electrones.
Dado que la radioterapia siempre conlleva una irradiación colateral del tejido sano próximo al tumor, el fundamento de la radioterapia intraoperatoria (IORT), es el de mantener fuera del campo de radiación los tejidos y órganos sanos para realizar una irradiación selectiva de la zona tumoral a dosis más altas, aumentando el control local de la enfermedad. Inicialmente, la técnica se realizaba con aceleradores lineales de electrones dentro de las salas blindadas donde están instalados estos equipos, con el inconveniente de la larga duración del tratamiento y de la necesidad del traslado del paciente anestesiado fuera del área quirúrgica para su irradiación. Este hecho motivó la búsqueda de métodos de irradiación mediante aceleradores portátiles, los cuales permitían la realización de la IORT en la propia área quirúrgica, evitando los problemas asociados al traslado del paciente y reduciendo la duración del tratamiento. A pesar de que los fabricantes adecuan el diseño de estos aceleradores minimizando la radiación dispersa que producen, el uso de estos equipos en quirófanos donde no existe ningún tipo de blindaje estructural representa un problema desde el punto de vista de la protección radiológica de los trabajadores, ya que aunque los aceleradores móviles sólo emiten haces de electrones también se producen neutrones y rayos X de frenado al interaccionar los electrones con la estructura del acelerador y con el propio paciente. Por ello hemos analizado en este proyecto la protección radiológica de los aceleradores móviles en quirófano mediante el estudio detallado de la radiación dispersa producida por estos equipos con todas sus componentes. Aunque en nuestro proyecto se tratan aspectos generales de todos los modelos de aceleradores móviles utilizados en radioterapia intraoperatoria, nos hemos centrado principalmente en la protección radiológica del acelerador de electrones Mobetron de la firma Intraop Medical, Inc., que fue el primero de estas características instalado en España, en el Hospital San Jaime de Torrevieja (Alicante) en el año 2004. Para realizar este análisis se ha utilizado el método de Monte Carlo para caracterizar los haces de electrones producidos por el Mobetron. Inicialmente se simula la radiación producida al interaccionar los electrones con los componentes estructurales de la cabeza de radiación, el aplicador y con el agua del sistema analizador de haces de radiación computarizado utilizado para la obtención de los datos dosimétricos. Como aspecto de interés singular y novedoso, esta simulación ha sido realizada mediante dos códigos diferentes, Penelope2008 y Geant4. Ambas simulaciones han sido validadas mediante comparación de los rendimientos en profundidad y de los perfiles en el máximo obtenidos de forma teórica frente a los obtenidos experimentalmente. Esto se ha realizado para las 4 energías de electrones disponibles: 4, 6, 9 y 12 MeV. Con el fin de estudiar el efecto que producen las estructuras internas del cabezal sobre la distribución de la radiación dispersa total y analizar la influencia de las principales zonas dispersoras, tanto en la cabeza de radiación como en el propio paciente, se ha realizado una nueva simulación incorporando en el modelado de la geometría los blindajes estructurales más relevantes existentes en el cabezal, el maniquí plástico de RW3 donde incide el haz de radiación simulando el paciente y el escudo de autoblindaje. Sin embargo, dado que en la simulación no se ha incorporado el efecto de los campos electromagnéticos ni las características concretas de la guía aceleradora, la radiación de fuga en esa zona no es significativa y por tanto la influencia en la simulación de las estructuras de blindaje existentes en el cabezal es irrelevante. Los resultados obtenidos se comparan con las medidas experimentales “in situ” y con las existentes en la bibliografía y se analiza la importancia de la componente debida a los electrones secundarios de baja energía, la cual dificulta la validación experimental del estudio teórico. Con el objetivo de potenciar la aplicación práctica del proyecto, se realiza una nueva simulación del Mobetron instalado en un quirófano modelo, incorporando las barreras estructurales típicas. De esta simulación se ha obtenido para la radiación dispersa producida por el Mobetron un mapa de la dosis debida a fotones y electrones y un mapa del kerma debido a fotones. De este modo, el usuario con la información de los materiales que componen las barreras estructurales del quirófano en su instalación y con sus dimensiones aproximadas, podrá estimar la atenuación producida en cada una de las barreras y por tanto, la dosis total en las dependencias contiguas. Con estos mapas se dota al futuro usuario de una herramienta muy útil, que le permitirá evaluar a priori la idoneidad de sus instalaciones antes de la puesta en marcha del equipo, estimar la carga máxima de trabajo prevista en su instalación y facilitarle el proceso de legalización de la instalación mediante la elaboración del estudio de seguridad. También se ha analizado la contribución de la componente de neutrones mediante simulaciones previas realizadas con el Monte Carlo y con medidas experimentales. Los valores de dosis obtenidos tan sólo son apreciables hasta 1 m del cabezal y son insignificantes tras las barreras estructurales, por lo que se concluye que no es necesario adoptar ninguna medida de protección radiológica adicional para este tipo de radiación en el Mobetron. Esta circunstancia, unida a la necesidad de tiempos de cálculo excesivamente largos, desaconseja la simulación de la componente de neutrones por Monte Carlo. En conclusión, con este proyecto se ha verificado que es posible la modelización del Mobetron a través de la simulación teórica independiente de su cabeza de radiación con el método de Monte Carlo mediante dos códigos diferentes: Penelope2008 y Geant4. Esta simulación constituye además el primer estudio por Monte Carlo en el Mobetron con aplicación en el campo de la protección radiológica. Es importante resaltar que con las herramientas generadas en este estudio, se abren novedosas líneas de investigación a desarrollar, como puede ser la aplicación de este método teórico en otros modelos de aceleradores portátiles, el análisis de la dependencia de los mapas de dosis obtenidos con el medio dispersor utilizado y el estudio de las dosis periféricas recibidas por el paciente en función de la localización del tratamiento.
Aceleradores de partículas, Física médica, Oncología, Radioterapia
Universidad Catolica de Murcia - Doctoral
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