Aspectos físicos de la hadronterapia

Abstract

La radioterapia es una técnica que se emplea para eliminar células cancerígenas empleando radiación ionizante. El objetivo en la radioterapia, es minimizar la dosis en órganos a riesgo y concentrarla en el tumor. En este trabajo se reporta un estudio de la técnica hadronterapia abordado desde la perspectiva física. En primera instancia se hace una revisión de la física de los hadrones y de los aspectos biológicos y clínicos. Seguidamente se estudian las técnicas de producción, aceleración y manipulación de los haces. Finalmente, se realiza una simulación en GEANT4 para protones los cuales inciden en un maniquí de agua, que simula el cuerpo humano. En este estudio se simulo las curvas de Bragg para cuatro energías (62, 87, 138 y 214 MeV), considerando en cada caso todas las contribuciones de energía sobre el maniquí. Estas curvas de Bragg, también se hallaron modificando la región sensitiva, con el objeto de analizar cómo es la entrega de energía en regiones más pequeñas. Esto permitió establecer criterios preliminares para la irradiación bajo parámetros establecidos. Estos criterios permiten identificar regiones mínimas sobre las cuales se deposita el máximo de la energía en el pico de Bragg, además de la profundidad a la que se encontrara dependiendo de la energía del haz. En el estudio se incluye también el perfil lateral de dosis para las cuatro energías en mención. Se realiza análisis para encontrar las partículas secundarias, creadas durante la interacción, en el rango de energía de 100 a 400 MeV, ya que la contaminación por partículas secundarias es de gran interés en radioterapia. Se encontró que las partículas secundarias más abundantes que tendrían efectos considerables en la deposición de dosis son electrones, gammas y neutrones. Para estas partículas se calcularon sus mapas de dosis en un plano transversal a lo largo del eje del haz, encontrando que la dosis producida por estas aumenta al aumentar la energía del haz viéndose los efectos en los primeros tramos (meseta) de la curva antes de llegar al pico de Bragg.

Abstract. Radiotherapy is a technique employed to eliminate cancerous cells using ionizing radiation. The hadrontherapy objective is minimize dose in organs that could be affected by radiation and focus it in the tumor. This work reports the study hadron therapy technique since a physics point view. In first approximation a physical, clinical and biological review about hadrons is done. After it beam´s production, acceleration and manipulation techniques are studied. Finally a GEANT4 simulation is realized in protons impacting on a water-phantome, which simulate the human body. In this study Bragg´s curves are simulated in four different energies: 62, 87, 138 and 214 MeV, consider in each case every energy contribution over the panthome, as well as Each Bragg´s curve was founded using a modification over the sensitive region with the objective to analyze the energy delivery smallest regions. It lead us to establish preliminary criteria for the irradiation under establish parameters. Under those criteria was possible to identify minimum regions in which the maximum energy was deposited, it’s to say was possible to establish the Bragg´s peak, at the same time was possible to obtain the deepness I which those peaks was located depending to the beam energy. The study also includes the lateral dose profile for the four energies in question. Analysis is performed to find the secondary particles created during the interaction, in the energy range 100 to 400 MeV, since contamination by secondary particles is of great interest in radiation therapy. We found that the most abundant secondary particles have considerable effects on the dose deposition are electrons, gammas and neutrons. For these particles their dose maps were calculated on a transverse plane along the beam axis, finding that these doses produced increases with increasing beam energy seeing the effects on the first tranches (plateau) of the curve before reach the Bragg´s peak.