Modelo de fuentes virtuales para cálculos Monte Carlo en radioterapia externa con haces de fotones

Resumen

Introducción En este trabajo se abordan cuestiones relacionadas con la radioterapia (RT) en las que se usa un acelerador lineal de uso clínico (linac) en modo fotones. La planificación de tratamiento en RT se lleva a cabo mediante modelos que deben predecir distribuciones de dosis que correspondan con la dosis absorbida en el paciente. Los métodos por simulación Monte Carlo (MC) son los más precisos para calcular estas distribuciones. Las simulaciones del linac pueden durar varios días, lo cual lo hace poco práctico para la planificación. Una alternativa es desarrollar un modelo de fuentes que sustituya la parte fija del linac y pueda ser utilizado para su posterior uso en el cálculo de la dosis. Aquí, desarrollamos y validamos un modelo de fuentes que describe el comportamiento espacial y energético de un cabezal de linac genérico. Desarrollo Se realizaron las simulaciones completas de los linacs (Elekta Precise, Varian Clinac 2300C/D y Siemens Mevatron KDS) con el código de simulación MC PENELOPE [1]. Los parámetros del modelo se determinan utilizando los resultados de estas simulaciones. A continuación se realiza la verificación de los modelos para las fuentes de fotones y de contaminación de electrones, comparando los resultados de la dosimetría en un maniquí de agua, obtenida con la simulación completa, con los encontrados en simulaciones llevadas a cabo para los modelos con el código DPM [2]. Se describe cómo se utiliza el modelo de fuentes para reproducir las características dosimétricas a la salida del cabezal del linac Elekta. Por último, se analizan los resultados en la dosimetría para un conjunto de campos regulares de uso típico en radiocirugía estereotáxica, al emplear un colimador micro-multiláminas. Conclusiones Desarrollamos un modelo de fuentes que describe el haz de un linac genérico y que puede ser reconstruido a partir de información dosimétrica para cada linac concreto. El modelo consta de una fuente de fotones primaria que se describe a través del producto de dos funciones de Pearson VII y se modula con una función que tiene en cuenta la depresión de los perfiles en el eje central. La segunda fuente de fotones, se describe en términos del producto de dos funciones gaussianas. Los electrones contaminantes se describen con una fuente que tiene en cuenta el aporte de los electrones que proceden del cabezal, está descrita por una función gaussiana y modulada con una función que toma en cuenta la forma de los perfiles. La otra fuente de electrones corresponde a los electrones dispersados en aire. El modelo permite describir razonablemente bien la distribución de dosis en un maniquí de agua obtenida en simulaciones completas, y supone una mejora significativa sobre las capacidades de otros modelos previos. Bibliografía [1]. Salvat F, Fernández-Varea J M y Sempau J 2011 PENELOPE - A Code System for Monte Carlo simulation of electron and photon transport Paris:NEA [2]. Sempau J, Wilderman S J y Bielajew A F 2000 DPM, a fast, accurate Monte Carlo code optimized for photon and electron radiotherapy treatment planning dose calculations Phys. Med. Biol. 45 2263-91