Construcción y caracterización de materiales equivalentes a los tejidos humanos para su interacción con rayos X en radioterapia mediante el código penelope

Abstract

Los sistemas de planificación de tratamiento (TPS) convencional, utilizan materiales homogéneos como el agua y el acrílico, esto ocasiona cálculo de incertidumbre de dosis alta, por este motivo es necesario contar con materiales equivalentes sólidos para los diferentes tejidos y órganos del cuerpo humano. El objetivo de este trabajo fue construir 10 materiales equivalentes al cuerpo humano y caracterizarlos mediante el código PENELOPE y el software Auto Zeff , los materiales que se construyeron son: blando (TBC), adiposo (TAC), pulmón (PC), óseo (TOC), musculo (MC), cerebro (CC), mamario (TMC), hígado (HC), riñón (RC) y vejiga (VC), se determinó la densidad, el Coeficiente de Atenuación Másico Total (CAMT) y número atómico efectivo (Zeff). Los materiales equivalentes se construyeron a base de resina epoxi, mezcladas con esferas fenolíticas, carbonato de calcio y hueso de buey pulverizado, obteniendo muestras sólidas no maleables, no degradables y no tóxicos, los cuales fueron analizados por microscopia electrónica de barrido (SEM) que su análisis no determina el porcentaje de hidrogeno de los materiales construidos. Se obtuvieron las densidades de estos materiales desde 0,29 g/cm3 para el tejido pulmón y hasta 1,80 g/cm3 para el tejido óseo y para la caracterización se determinó el CAMT mediante el PENELOPE v. 2014 y para determinar el Número Atómico Efectivo Zeff se utilizó el software Auto Zeff v. 1,7. El análisis de SEM no permite la detección del porcentaje por peso del hidrogeno en todas las muestras. Por este motivo se extrajo el porcentaje de hidrogeno de todos los materiales equivalentes publicados en la ICRU-44 y en otras investigaciones, para estar en las mismas condiciones y poder comparar con los resultados obtenidos en este trabajo. Los resultados indican una DPP máxima de 1,64% para la RC y una DPP mínima de 0,29% para el TOC en términos del CAMT de sus equivalentes que se encuentran en la ICRU, y se determinó el Zeff de estos materiales equivalente con respecto a la ICRU, encontrando un buen acuerdo para el TOC y el PC con respecto a otros trabajos relacionados para el rango de energía de 0,1 MeV a 20 MeV, Por lo tanto, todos nuestros tejidos construidos tienen buena concordancia con respecto a los valores de la ICRU y otros trabajos relacionados en términos del CAMT y Zeff, estos tejidos se pueden implementar en la TPS o se pueden usar para verificar los cálculos de TPS.