La Radioterapia de Intensidad Modulada

LaRadioterapia de Intensidad Modulada (IMRT)incluye un conjunto de t´ecni- cas que usan haces de fluencia no uniforme para el tratamiento de tumores, con el objetivo de conseguir distribuciones de dosis que no puedan ser alcanzadas con

haces de fluencia uniforme. De esta forma, es posible irradiar tumores de formas irregulares, protegiendo los ´organos de riesgo pr´oximos a los mismos.

El desarrollo y la implantaci´on de este tipo de t´ecnicas ha sido relativamente reciente. Al final de los a˜nos 80 aparecieron algunas publicaciones [9, 10, 11, 12] en las que se desarrollaron los conceptos b´asicos relacionados con el uso de campos de fluencia no uniforme en Radioterapia.

A partir de los principios establecidos en estas publicaciones y de la discusi´on que generaron, comenzaron a desarrollarse este tipo de sistemas. En 1995 estuvo operativo el primer sistema de planificaci´on y tratamiento para IMRT. A partir del a˜no 2000, la mayor´ıa de las firmas comerciales empezaron a ofrecer dispositivos para llevar a cabo tratamientos de IMRT. Durante esta ´ultima d´ecada, este tipo de terapias han experimentado una gran expansi´on y desarrollo.

Dada la complejidad de este tipo de tratamientos en IMRT se suele usar la

planificaci´on inversa, en la que partiendo de la distribuci´on de dosis que se ha prescrito, comienzan a calcularse los perfiles de intensidad de cada uno de los haces del tratamiento y se van ajustando sus par´ametros de manera iterativa hasta obtener la salida deseada.

La principal dificultad que plantea la planificaci´on inversa es que existen di- ferentes planes de irradiaci´on capaces de generar una determinada distribuci´on de dosis. Para superar esta dificultad, se lleva a cabo un proceso deoptimizaci´on

o b´usqueda del plan ´optimo. En este proceso de optimizaci´on no se consideran todos los posibles planes de tratamiento, sino que se parte de una serie de condi- cionantes relativos al dispositivo de irradiaci´on, el colimador, la energ´ıa del campo etc.

Para llevar a cabo el proceso de optimizaci´on es preciso definir una funci´on coste uobjetivo. El valor m´ınimo de dicha funci´on corresponder´a al plan ´optimo. Por lo que tambi´en es necesario especificar losalgoritmos matem´aticosque se van a usar para minimizar dicha funci´on.

Existen diversos modelos para dise˜nar la funci´on coste. En los m´as sencillos, se define la funci´on coste como la suma de los cuadrados de las diferencias entre los valores prescritos y los calculados de las dosis o de las relaciones dosis - volumen. Su principal limitaci´on es que no tienen en cuenta la respuesta no lineal de los tejidos a la dosis de radiaci´on.

Para superar esta limitaci´on, se deben incluir en la funci´on coste t´erminos relacionados con los efectos biol´ogicos de la irradiaci´on. Para ello, pueden usarse las relaciones dosis - respuesta, entre las que se encuentran, la probabilidad de control del tumor PT y laprobabilidad de complicaciones en los tejidos sanosPS.

Estas funciones ser´an descritas con mayor detalle en ep´ıgrafes posteriores. Una vez definida la funci´on coste, se fija el n´umero de haces y las direccio- nes de irradiaci´on. A continuaci´on se van modificando de manera aleatoria las intensidades de los haces. Para cada configuraci´on, se calculan las distribuciones de dosis y se introducen en la funci´on coste. Si su valor disminuye, el plan es aceptado y el proceso se sigue repitiendo hasta alcanza el plan ´optimo, que hace m´ınima la funci´on coste.

Finalizado el proceso de optimizaci´on, el sistema de planificaci´on interpre- ta las distribuciones de intensidad calculadas en funci´on de los dispositivos de irradiaci´on y colimaci´on de que los que se dispone. El sistema de planificaci´on de- termina de manera autom´atica las diferentes configuraciones de los colimadores, as´ı como el orden en que van a llevarse a cabo.

T´ecnicas y dispositivos de irradiaci´on

Para generar haces de fluencia variable, se pueden emplear diferentes t´ecnicas que vienen dadas por el dispositivo de irradiaci´on que se haya elegido.

Una de las formas m´as sencillas de modular los haces es el empleo de filtros compensadores, que son piezas de espesor variable que se interponen en la tra- yectoria del haz de radiaci´on. Seg´un el espesor atravesado, el haz se aten´ua en mayor o menor medida para generar la distribuci´on de intensidad requerida en cada tratamiento.

Este tipo de dispositivos presentan una buena resoluci´on espacial en la direc- ci´on perpendicular al haz, se colocan con facilidad y permiten la irradiaci´on de cada campo en un solo disparo. Pero resultan costosos de fabricar y hay que cam- biarlos en cada posici´on del gantry, lo que aumenta la duraci´on del tratamiento. Adem´as la interposici´on de este tipo de filtros produce un endurecimiento del haz primario y un aumento la radiaci´on dispersa.

Otra t´ecnica para modular la intensidad de los haces se conoce como barrido de haces o scanned beams y consiste en modificar el ´angulo de incidencia y la

intensidad del haz de electrones primarios por medio de un campo magn´etico. Esta t´ecnica es capaz de generar haces muy finos sin usar ning´un colimador terciario, pero precisa que los haces de electrones primarios sean acelerados a energ´ıas del orden de 50 MV y el blanco con el que interaccionan debe tener un espesor de 3 a 6 mm. El principal inconveniente de los haces generados con esta t´ecnica es que presentan una gran contaminaci´on electr´onica [13]. Esta t´ecnica no ha llegado a generalizarse.

Una t´ecnica que ha sido ampliamente utilizada es laTomoterapia, que est´a ba- sada en la irradiaci´on de distintos cortes o secciones del paciente para generar dis- tribuciones de dosis en tres dimensiones, siguiendo los principios de la Tomograf´ıa Axial Computerizada.

Los primeros tratamientos se llevaron a cabo utilizando la t´ecnica conocida como Tomoterapia en serie. Para ello, se adaptaba al gantry de un acelerador convencional un colimador que era capaz de generar campos de muy poca anchura, del orden de 2 _× 20 cm2

. Con la mesa de tratamiento en una posici´on fija, el gantry iba girando alrededor del paciente, describiendo un arco de 360o

, mientras el colimador cambiaba su configuraci´on. Despu´es de llevar a cabo un arco, la mesa se desplazaba y se llevaba a cabo el arco siguiente.

Siguiendo el mismo principio, se desarroll´o un dispositivo espec´ıfico para llevar a cabo la Tomoterapia Helicoidal. El dispositivo que se emplea en esta t´ecnica est´a formado por un acelerador lineal con un peque˜no colimador multil´aminas. El acelerador va insertado en un gantry en forma de anillo, lo que permite que pueda girar 360o

alrededor de la mesa de tratamiento. Durante el tratamiento, el colimador va cambiando su configuraci´on mientras el acelerador va girando y la mesa se desplaza de manera continua. Este sistema puede incorporar un TAC para la localizaci´on y el posicionamiento del blanco.

Un colimador multil´aminas unido al gantry de una acelerador convencional tambi´en puede ser usado para llevar a cabo tratamientos de IMRT. Para con- seguir haces de fluencia variable, se divide cada campo en peque˜nos campos o segmentos con diferentes contribuciones o pesos al conjunto. Con los colimadores multil´aminas se pueden utilizar diferentes t´ecnicas para llevar a cabo los trata- mientos.

En lamodulaci´on est´aticaostep and shoot, se fija la posici´on del gantry en cada campo y la configuraci´on geom´etrica del colimador multil´aminas se modifica para

que tome la forma de un segmento previamente determinado. Con las l´aminas en reposo, se lleva a cabo el disparo. Se vuelve a cambiar la configuraci´on del colimador y se procede el segundo disparo, y as´ı sucesivamente con todos los segmentos del campo. A continuaci´on, se var´ıa la posici´on del gantry y se procede igual para el siguiente campo hasta completar el tratamiento.

En lamodulaci´on din´amicaosliding windows, se fija la posici´on del gantry y se procede a la irradiaci´on mientras va cambiando la configuraci´on del colimador. En la planificaci´on se fijan una serie de configuraciones geom´etricas del colimador, llamadas posiciones de control, y el acelerador irradia el n´umero de Unidades Monitor (UM) que se hayan fijado mientras que el colimador pasa de una posici´on de control a la siguiente. Se repite el proceso para cada uno de los campos.

En la terapia con arcosoIntensity Modulated Arc-Therapy (IMAT), se lleva a cabo la irradiaci´on de cada segmento para un conjunto de posiciones del gantry, es decir, el gantry est´a girando mientras la forma de los diferentes segmentos se va ajustando por medio del colimador.

Una variante de este tipo de terapias es laVolumetric Modulated Arc Therapy (VMAT), en la que pueden alcanzarse distribuciones de dosis ´optimas modificando la tasa de dosis, la velocidad de rotaci´on del gantry y el movimiento de la l´aminas del colimador. Con este tipo de t´ecnicas, se alcanza un alto grado de precisi´on y presentan adem´as otro tipo de ventajas en relaci´on al tiempo de tratamiento y al n´umero de Unidades Monitor necesarias para llevarlo a cabo [14].

ElCyberKnife, que ya fue descrito anteriormente, tambi´en puede ser usado pa- ra llevar a cabo tratamientos de IMRT, debido a su capacidad de emitir radiaci´on en todas las direcciones.

De lo expuesto, se deduce que en IMRT existe un gran n´umero de t´ecnicas y dispositivos para alcanzar el mismo objetivo, conseguir distribuciones de dosis de formas complejas, protejiendo los tejidos circundantes. Adem´as de la consecuci´on de este objetivo, en un tratamiento de IMRT se deben tener en cuenta otros factores, como el n´umero total de Unidades Monitor o el n´umero de segmentos, que van a determinar el tiempo necesario para llevar a cabo el tratamiento [15].

Una vez expuestos los conceptos b´asicos relacionados con las terapias que emplean campos peque˜nos, se proceder´a a detallar los principios relacionados con la dosis absorbida y su medida.