FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y FORMALES

ESCUELA DE FISICA

PROYECTO DE INVESTIGACION

1.-DATOS NOMINALES DEL PROYECTO

1.1 TITULO DEL PROYECTO

“SIMULACIÓN COMPUTACIONAL DE UN HAZ DE FOTONES DE UNA FUENTE DE 6MV EN DIFERENTES MEDIOS

HETEROGÉNEOS UTILIZANDO EL MÉTODO DE MONTE CARLO”

1.2 Área de investigación

Física medica

1.3 Responsables:

Asesor:

Dr. José Vega Ramirez.

Alumnos:

-Charca Zamata Javier.-Carlos Chilo Antony Fredy.-Pineda Vilca José Pablo.

2.- FUNDAMENTACIÓN DEL PROYECTO

2.1 Planteamiento del problema

En la actualidad es necesario determinar la dosis necesaria para irradiar a un paciente, en los hospitales no todos cuentan con técnicos físicos especialistas en esta rama de la física médica y se habla de negligencias médicas, en cuanto a las sobre dosis a pacientes. Es por ello que en la actualidad se han hecho simulaciones para determinar el cálculo de dosis necesaria para cada paciente.

Las simulaciones que se hacen con el código Montecarlo permite determinar la cantidad de dosis por profundidad en diferentes órganos como son el pulmón, también para los huesos, para ello se realiza simulaciones experimentales construyendo materiales de geometrías cilíndricas, con las propiedades semejantes a las del pulmón,

huesos, otros. Estas son llevadas a los hospitales para ser irradiadas. Y así calcular la determinada dosis para diferentes órganos. [1]

En la UNAS, en la escuela profesional de física se van desarrollando objetos equivalentes a los tejidos humanos, para determinar la cantidad de dosis necesaria para el tratamiento de radioterapia. Es por ello que planteo el análisis de nuevos materiales homogéneos y heterogéneos.

3.- ANTECEDENTES

Tras el avance de la tecnología y el desarrollo de nuevos equipos diagnósticos en el campo de la medicina, el uso de radiofármacos como bio-marcadores ha aumentado abruptamente, y con este la necesidad de llevar un registro de la dosis recibida por el paciente en dichos exámenes.

En aplicaciones que involucran el uso de “emisores internos” (la administración de “fuentes abiertas” o radiofármacos que pasan a interactuar directamente con el metabolismo humano), la dosis recibida por el paciente no se puede medir de forma directa. Por lo tanto, la estimación de la dosis absorbida generalmente requiere el uso de ecuaciones y modelos matemáticos que simulen el metabolismo humano, y más específicamente, el del paciente en el estudio. Por lo cual se recurre a los formalismos matemáticos desarrollados en el campo de la dosimetría [2].

La evolución de la historia de dosimetría se desarrolla a inicios de la fecha de 1986 donde se descubre la radiactividad pero en 1942 Leónidas escribe el primer trabajo de la dosimetría interna titulado “dosage determination with radioactive isotopes” [3]. Como el fueron varios científicos los que realizaron estas trabajos sobre dosimetría, a finales de los 80. La aparición de PET, el cual sumado a TAC, RMI y SPECT permite realizar un dosimetría interna al paciente especifica.

Es así como llegamos a la actualidad donde ahora se realizan trabajos de dosimetría en simulaciones en diferentes programas como el MCNP o el código PENELOPE, estas simulaciones permiten obtener datos y comprobarlos con los datos experimentales, en área de la física medica de la UNAS se trabaja con fantomas y objetos que se asemejan a los tejidos humanos, realizar análisis de diferentes tipos de materiales para encontrar tumores u otros males en el cuerpo humano.

Se desarrollaron simulaciones para diferentes materiales tanto como homogéneos y heterogéneos es así que podemos semejar los datos de estos materiales al ser irradiados y comparar con otros. Es precisamente lo que detallaremos a continuación obteniendo los resultados esperados y compararlo con lo de los autores Camila Salata, Claudio Hissao Sibata, Nadya Maria Ferreira, Carlos Eduardo de Almeida en su artículo “Simulação computacional de um feixe de fótons de 6 MV em diferentes meios heterogêneos utilizando o código PENELOPE”.[4]

4.- OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

4.1. Objetivo General

-Simulación computacional de un haz de fotones de una fuente de 6mv en diferentes medios heterogéneos utilizando el método de Monte Carlo.

4.2. Objetivos específicos

- Estudiar de la problemática de investigación.

- Simular la interacción de la radiación de fotones con los materiales de diferente densidad electrónica.

-Desenvolver geometrías para medios heterogéneos (titanio, aluminio, plata) y homogéneos (agua) para mejor manejo de la simulación.

- Cálculo de dosis utilizando simulación Monte Carlo para los tejidos estudiados.

- Comparar los resultados obtenidos mediante Monte Carlo con los del marco teórico.

5.- FORMULACIÓN DE LA HIPOTESIS

La utilización del Método de Monte Carlo para determinar el cálculo de dosis en los tejidos del cuerpo humano (óseo y pulmón) que nos darán una información detallada de los parámetros físicos involucrados en los sistemas de planeamiento del tratamiento en radioterapia.

6.- JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO

El método de Monte Carlo es un código computacional que hace simulaciones. Para la rama de física médica seria una ayuda para analizar mejor las radiaciones ya que no se tienen maquinas ni laboratorios con ambientes apropiados para el mejor manejo de la radioterapia.

El objeto simulador será utilizado para control y calibración en centros de radiodiagnós-tico y radioterapia, para mejorar los tratamientos ya existentes y evitar errores en cálcu-los que causan la muerte de pacientes tratados por tumores. Relacionar el campo de programación con el campo medica

7. - MARCO TEORICO

La primera cantidad básica que definiremos será el porcentaje de la dosis en profundidad, Percent Depth Dose (PDD), definido como: [5]

PDD ( z )= D ( z)D ( zref )

.100 %(1)

Donde D(z) es la dosis medida a lo largo del eje central del haz a una profundidad z, y D(zref) es la medida de la dosis a lo largo del eje

central del haz en un punto considerado como referencia, como muestra la figura 1.

Figura 1. Ilustración de la medida experimental de PDD

La razón tejido-máximo, Tissue-Phantom Ratio (TRP), se define como el cociente de la dosis en un punto dado a lo largo del eje central del haz, y la dosis en el mismo punto con una referencia diferente. Como se ve el figura 2, la distancia fuente-eje, Source-Axis- Distance (SAD) es la distancia entre la fuente de rayos y el isocentro del acelerador lineal. [6]

Figura2. Dependencia de TPR con la profundidad para un haz de RX de 18MeV.

Como SAD=SDD z+z=SDD zref+zref , tenemos que TPR viene dada por:

TPR=D(z )DZref

(2)

Donde zref es la profundidad donde se encuentra el máximo de dosis.

Figura 3. Definición de Tissue-Phantom ratio y SAD

Los resultados obtenidos serán representados en las gráficas, donde se considera lo mencionado.

Grafica 1. Curva porcentual de dosis para un caso homogéneo

La curva obtenida para el caso homogéneo donde el TPR = 0.6818, corresponde a un haz de 6.39 MeV.

Grafica 2. Curva porcentual de dosis para el caso del aluminioun caso heterogéneo

La profundidad para este caso es de 24 cm y la dosis absorbida en el aluminio es de 24.2% menor en relación a la del caso homogéneo.

Grafica 3. Curva porcentual de dosis para el caso del hueso un caso heterogéneo

La dosis absorbida en este caso es de 11.1% menor para la misma profundidad q la del aluminio.

Grafica 4. Curva porcentual de dosis para el caso de la plataun caso heterogéneo

La plata tiene una alta densidad electrónica, en la que la dosis es absorbida a una profundidad de 24 cm es de 89.2%.

Grafica 5. Curva porcentual de dosis para el caso del titanioun caso heterogéneo

Material no homogéneo con elevada densidad electrónica, para la misma profundidad la dosis absorbida es de 44.2%, en relación al agua.

Grafica 6. Curva porcentual de dosis para el caso del pulmónun caso heterogéneo

La densidad electrónica de este tejido es inferior a la del agua, la dosis absorbida para una profundidad de 24 cm es de 12.6%.

8.- FACTIBILIDAD

-Para el mejor manejo de software tendremos la ayuda de nuestro asesor y profesores de computacional.

-Para la caracterización del objeto simulador de tejidos óseos y pulmón se utilizará el método Montecarlo, este software se encuentra en el área de Física Médica.

-Se podrá determinar la dosis (en porcentajes) en función de la profundidad de acuerdo a los haces de fotones utilizados, para esto se hará una comparación con las graficas de nuestro marco teórico.

9.- METODOLOGÍA:

-Estudio de los diversos temas con respecto a la radioterapia

-Búsqueda de la información bibliográfica.

-Estudio de la interacción de fotones con la materia.

-Simulación por el Método de Monte Carlo para calcular la dosis en hueso y pulmón.

10. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES.

Actividades /dias 1 2 3 4 5 6 7 8 9

x x x x x x

x xAvance del informe

x

x x

Recopilacion y estudio bibliografico

Estudio del Programador Monte Carlo.

Manejo del programador Monte Carlo.Comparacion datos teoricos con datos experimentales del MCNP

11.-PRESUPUESTO

DESCRIPCION CANTIDAD PARCIAL(soles)Material de escritorio (papel lápiz etc.)

Estimado 10

Uso de la internet Estimado 10Libros y paper Adquiridos mediante

internet10

Computadora Ya se tenia 2500Impresiones Ya se tenia 5Adquirir el programa estimado ------total 2535

12. - BIBLIOGRAFÍA

[1] Introducción un nuevo método de cálculo Dosimétrico – Universidad Nacional de San juan. Argentina.

[2] Ricabib.cab.cnea.gov.ar/305/1/1Bedoya_Tobon.pdf- página 12

[3] Leonidas Marinelli - dosage determination with radioactive isotopes

[4] Simulação computacional de um feixe de fótons de 6 MV em diferentes meios heterogêneos utilizando o código PENELOPE – Scielo – Universidad de sao Paolo.

[5] Departamento de física nuclear – Dosimetría en radioterapia – página 22

[6] Departamento de física nuclear – Dosimetría en radioterapia – página 23