Implementación de las curvas de densidad electrónica relativa al sistema de planificación de tratamiento en teleterapia mediante calibración estequiométrica

Abstract

Los planificadores de tratamientos de radioterapia se basan principalmente en algoritmos de cálculo para calcular las dosis, siendo la imagen base para estos cálculos la tomografía. Para el uso de la imagen tomográfica, primero se debe comisionar el tomógrafo en el planificador, este comisionamiento contempla conocer la densidad electrónica de los tejidos y las unidades Hounsfield. Esta relación depende del escáner y del protocolo utilizado. El objetivo de este trabajo fue la integración de las curvas de densidad electrónica relativa al sistema de planificación de tratamientos CAT3D mediante un método alternativo, la calibración estequiométrica, definida por la dependencia de la energía efectiva de un haz de rayos x de tomografía computarizada. En el desarrollo de este trabajo se utilizó aluminio como material de calibración y un maniquí torácico con insertos. Los que fueron escaneados con el protocolo típico, los datos recolectados sirvieron para la integración de las curvas de densidad electrónica y para la verificación de la importancia del correcto uso de las curvas, se plantearon 3 casos en la planificación del tratamiento: campo directo 10x10 cm2, campo directo 20x20 cm2 y campo lateral 10x10 cm2 con cuña, donde se puso a prueba el sistema de planificación basado en el algoritmo Pencil Beam que utiliza el método de longitud equivalente para corregir heterogeneidades. Se propusieron tres configuraciones. En los casos evaluados se verificó la desviación entre el uso de la curva característica de calibración, el estándar y el medio homogéneo con respecto a las medidas experimentales. Se encontró que el uso incorrecto de estas curvas afecta significativamente la dosis absorbida hasta en un 6% en regiones donde hay un cambio brusco de densidad, estando por encima de las tolerancias recomendadas de ±5% en la entrega de dosis adsorbida en las áreas donde existe equilibrio electrónico. Los resultados experimentales con la cámara de ionización en los casos evaluados encajan en un intervalo de incertidumbre combinado inferior al 2,1% (2p). Se puede concluir que la implementación y uso adecuado de estas curvas mejora la aproximación en medios heterogéneos, reduciendo la desviación de sus resultados. De esta forma, se optimiza la dosis absorbida requerida en el cálculo de los tratamientos de teleterapia.

Radiotherapy treatment planners rely mainly on calculation algorithms to calcúlate doses, the base image for these calculations being tomography. For the use of the tomographic image, the tomographer must first be commissioned in the planner, this commissioning contemplates knowing the electronic density of the tissues and the Hounsfield units. This relationship depends on the scanner and the protocol used. The objective of this work was the integration of the relative electron density curves to the CAT3D treatment planning system by means of an alternative method, stoichiometric calibration, defined by the dependence on the effective energy of a computed tomography x-ray beam. In the development of this work, aluminum was used as a calibrating material and a chest phantom with inserts. Those that were scanned with the typical protocol, the data collected were used for the integration of the electron density curves and for the verification of the importance of the correct use of the curves, 3 cases were raised in the treatment planning: direct field 10x10 cm2, field direct 20x20 cm2 and lateral field 10x10 cm2 with wedge, where the planning system based on the Pencil Beam algorithm that uses the equivalent length method to correct for heterogeneities was put to the test. Three configurations were proposed. In the evaluated cases, the deviation between using the characteristic calibration curve, the standard and the homogeneous medium compared to the experimental measurements was verified. It was found that the incorrect use of these curves significantly affects the absorbed dose by up to 6% in regions where there is a sudden change in density, being above the recommended tolerances of ±5% in dose delivery. adsorbed in the areas where electronic equilibrium does exist. The experimental results with the ionization chamber in the evaluated cases fit into a combined uncertainty interval of less than 2.1% (2p). It can be concluded that the implementation and proper use of these curves improves the approximation in heterogeneous media, reducing the deviation of their results. In this way, the required absorbed dose is optimized in the calculation of teletherapy treatments.