Desarrollo de un TPS para terapia hadrónica

Esquema  Introducción a la radioterapia Hadronterapia vs radioterapia convencional Hadronterapia vs radioterapia convencional  Importancia de la imagen. Extracción de la información relevante Extracción de la información relevante  Treatment Planning System. Modelado del haz Modelado del haz Modelo de rejilla Modelo de rejilla Optimización Optimización

Introducción a la radioterapia  Mayor resistencia de los tejidos sanos a la radiación, recuperación más rápida.  Interna: Braquiterapia, Yodo...  Externa: Rayos X, Rayos gamma, Electrones, Hadronterapia (protones e iones)  Entregar la dosis justa a los tejidos afectados minimizando la que reciben los tejidos sanos.

Hadronterapia vs radioterapia convencional  Mejor conformación de dosis

Importancia de la imagen  Proporciona información del interior del paciente de forma no intrusiva.  Principal fuente de información para la planificación del tratamiento y seguimiento de su evolución.  Muchas técnicas: CT (TAC), PET, MR, combinaciones CT-PET, MR-PET, etc…

Extracción de la información  Trabajamos con imágenes CT: No sujetas a distorsión. No sujetas a distorsión. Obtenemos información volumétrica (3D) de la distribución de la densidad de materia en el paciente (Números de Hounsfield). Obtenemos información volumétrica (3D) de la distribución de la densidad de materia en el paciente (Números de Hounsfield).

Extracción de la información  Distinta resolución según eje: X = Y = 10 pixel/cm, Z = 2 pixel/cm X Y Z

Extracción de la información  Interpolación  Perfiles  Planos con orientación arbitraria: Cortes Cortes Mapas de distancias: foco-piel, foco-plano, piel-plano, etc. Mapas de distancias: foco-piel, foco-plano, piel-plano, etc. Integral Hounsfield, Max, Min, Avg... Integral Hounsfield, Max, Min, Avg...  Código proporcionado por Kiko  CImg (

Extracción de la información  Perfiles: cm H Perfil en X Perfil en Y

Extracción de la información  Distancia Pto. De Entrada-Plano (>blanco → >distancia) Threshold=800 (piel)

Extracción de la información  Distancia Pto. De Entrada-Plano (>blanco → >distancia) Threshold=1200 (hueso)

Extracción de la información  Proyección MIP

Treatment Planning System  Determinar todos los parámetros del tratamiento: Número de haces Número de haces Orientación Orientación Punto de entrada Punto de entrada Energía Energía Fluencia Fluencia  Optimización de los parámetros siguiendo las prescripciones del médico

Modelado del haz  Simulación Montecarlo  Obtención de curvas de Bragg para distintas densidades de material  Geant4: a toolkit for the simulation of the passage of particles through matter  Simulación modular, muchos parámetros, procesos físicos, maxstep, cut…

Modelado del haz  Importancia de MaxStep

Modelado del haz  Curvas de Bragg:

Modelo de rejilla  Obtención de tablas dE/dx – E para distintas densidades a partir de las curvas de Bragg  Utilización de las tablas para calcular la distribución de dosis de los haces integrando numéricamente con los valores de densidad de la imagen CT (perfiles)

Modelo de rejilla

Optimización   Algoritmo cumplimiento FDA   Converge (rápido) y es estable.   Utiliza funciones de coste por tejido linearizadas:

Optimización   Puntos de optimización (espaciales): 934 vol, 513 surf (target) 104 vol 75 surf (protected) 122 vol 94 surf (protected) 618 vol 116 surf (protected)   Modelo de rejilla de haz=300 puntos   Total + de 2700 Parámetros!!!   Tiempo=30 segundos!