Comparación del Monte Carlo de EGSnrc con Monaco®

3.2.3.1. Distribuciones de dosis en el maniquí de agua

En el TPS Monaco®, utilizando la misma configuración de la simulación Monte Carlo de EGSnrc, se irradio un maniquí de agua para obtener perfiles de dosis en profundidad y perfiles laterales de dosis, utilizando una grilla de cálculo de 0,1 cm. Esto fue realizado para los algoritmos de cálculo de dosis Collapsed Cone y Monte Carlo. En el algoritmo de cálculo Monte Carlo (Monaco®) fue realizado la irradiación sobre el maniquí de agua utilizando una incertidumbre por cálculo de 3%, 2% y 1% para evaluar la exactitud en los perfiles variando este parámetro.

57 Los resultados de los cálculos realizados con los algoritmos son importantes tanto dentro como fuera del campo de irradiación ya que se evaluará la dosis periférica que estos reportan. Las desviaciones locales entre los cálculos de dosis de EGSnrc y los algoritmos de Monaco® en función de la distancia desde el eje del haz son definidos como:

% 𝐷𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = 100 × (𝑀𝑜𝑛𝑎𝑐𝑜−𝐸𝐺𝑆

𝐸𝐺𝑆 ) (3.3)

3.2.3.2. Distribuciones de dosis en el maniquí ICRP 110

Cuantificar la dosis a órganos que están fuera del campo de irradiación forma parte de los objetivos planteados; por lo tanto, una vez llevada a cabo la simulación del equipo se procedió a realizar irradiaciones sobre el maniquí masculino del ICRP. Se escogió este maniquí ya que el tamaño del voxel era mayor y los cálculos por parte del Monte Carlo de EGSnrc serían más rápidos.

Utilizar uno de los maniquís del ICRP cobra relevancia ya que se han realizado numerosos estudios enfocados principalmente en la simulación Monte Carlo sobre maniquís de agua o antropomórficos, y no sobre maniquís computacionales de pacientes (Howell, Scarboro, Kry, & Yaldo, 2010) (Kry S. F., et al., 2007) (Kry S. F., et al., 2006). Los resultados obtenidos permitirán entender como es la representación de la dosis en órganos de un paciente por parte de los algoritmos de Monaco® a medida que nos alejamos del campo de tratamiento.

A pesar de que este maniquí no tiene la posición anatómica adecuada para simular tratamientos de radioterapia, sirve para evaluar la dosis periférica y comparar los algoritmos del TPS con la simulación Monte Carlo de EGSnrc.

En Monaco®, para ambos algoritmos se elaboró un plan de tratamiento que consistió en 3 campos de tamaño 5x5 cm2 en el isocentro, con una energía nominal de 6 MV. Los campos fueron realizados con angulaciones del gantry de 60, 220 y 240 grados, de forma que los mismos incidieran sobre maniquí como dos oblicuos opuestos y uno anterior. La dosis prescrita al isocentro fue de 60 Gy en 30 fracciones (2 Gy/fracción) con un mismo peso en la dosis entregada por los tres campos utilizados.

58 Fue utilizado una grilla de cálculo para ambos algoritmos de 2,1 mm ya que el TPS no permitía establecer un tamaño similar a la dimensión del pixel en el maniquí (2,137 mm). Para el algoritmo Monte Carlo de Monaco®, se calcularon diversos planes variando la incertidumbre del cálculo (3%, 2% y 1%). La angulación de la camilla, de las mandíbulas y el MLC fue de 0 grados.

La simulación de Monte Carlo con EGSnrc utilizada para determinar la dosis en el maniquí, debido a los resultados obtenidos en la sección 3.2.2, se realizó sin DBS. La simulación consistió en obtener un espacio de fase en BEAMnrc que tuviera una cantidad de 4x108 _{partículas, utilizando un tamaño de campo de 5x5 cm}2 _{a una distancia} de 100 cm, esto para obtener un buen nivel estadístico de incertidumbre. En DOSXYZnrc se realizaron tres simulaciones (una para cada campo) con las angulaciones mencionadas anteriormente y los mismos parámetros de forma que se reprodujera la misma irradiación que fue realizada en Monaco®. Para cada simulación fueron utilizadas 3,99x108 partículas provenientes del espacio de fase calculado para obtener un buen nivel estadístico de incertidumbre. Luego, se desarrolló un código en Matlab que permitiera sumar las distribuciones de dosis y normalizarlas para formar una sola (figura 3.8). En las simulaciones, la energía de corte de los electrones y de los fotones fue seleccionada como la menor que se podía establecer en EGSnrc, la cual fue de 512 keV y 1 keV respectivamente.

El isocentro del plan de tratamiento que fue realizado se ubicó en la región torácica del maniquí. Esta irradiación no representa un tratamiento convencional para una patología ubicada en dicha zona, solo se realizó porque se quiso apreciar el cálculo de dosis por parte de los algoritmos en regiones donde hay cambios significativos entre los tejidos presentes; por ejemplo, tejido pulmonar y tejido suave.

En CERR fueron importados las imágenes DICOM del maniquí masculino, las estructuras segmentadas y las distribuciones de dosis de los algoritmos de Monaco® y de DOSXYZnrc. Adicionalmente, se realizó un código en Matlab para que CERR pudiera obtener la incertidumbre en la distribución de dosis obtenida en los archivos de dosis de DOSXYZnrc.

59 La distribución de dosis y su incertidumbre obtenida por la simulación de EGSnrc fue normalizada de manera tal que en el isocentro se obtuviera la misma dosis prescrita que había por parte de los algoritmos de Monaco® (60 Gy).

Figura 3.8: Distribución de la dosis en el plano del isocentro (X, Y) de los campos aplicados La cuantificación de la dosis a los órganos periféricos fue llevada a cabo utilizando los DVH, evaluando las dosis mínimas, máximas y promedio determinadas por los algoritmos de Monaco® y por la simulación Monte Carlo de EGSnrc. Para los valores de dosis obtenidos, se calculó el porcentaje de diferencia en la dosis tomando como referencia el Monte Carlo de EGSnrc:

% 𝐷𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = 100 × (𝐷𝑥(𝑀𝑜𝑛𝑎𝑐𝑜)−𝐷𝑥(𝐸𝐺𝑆)

𝐷𝑥(𝐸𝐺𝑆) ) (3.4)

60 3.2.3.3. Evaluación de PERIPHOCAL

Debido a que las simulaciones completas de Monte Carlo consumen mucho tiempo y en el ámbito clínico no se pueden implementar, se necesita de un método alternativo para determinar la dosis periférica en los tratamientos ya que los algoritmos de los TPS no reproducen bien estas dosis. Por eso, una vez obtenidos los resultados de los algoritmos de Monaco® con respecto al Monte Carlo de EGSnrc, se utilizó el software PERIPHOCAL para determinar la exactitud de este código en la determinación de la dosis a órganos periféricos que se ubican en un eje que pasa a lo largo del maniquí e intercepta con el isocentro ya que este software está elaborado utilizando un modelo de 1D.

Para los valores de dosis obtenidos para cada órgano, se calculó el porcentaje de diferencia de la siguiente manera:

% 𝐷𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = 100 × (𝐷𝑥(𝑃𝐸𝑅𝐼𝑃𝐻𝑂𝐶𝐴𝐿)−𝐷𝑥(𝐸𝐺𝑆)

𝐷𝑥(𝐸𝐺𝑆) ) (3.5)

Donde x es la dosis promedio.

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