Frenado de iones en la materia y usos en hadronterapia

Abstract

Hadrontherapy is a type of radiotherapy characterized by the use of ion beams for the treatment of oncological diseases (cancer). Due to the nature of the interaction of ions with matter, hadrontherapy has the advantage of delivering treatment doses in a more localized way with respect to how it happens with the use of electron or photon beams. To date, experimental studies with different ions are carried out, however in real treatments only ions of 1H and 12C are used. In this work a set of simulations of the transport and stopping of ions in matter was performed using a software called SRIM. In this simulation, it is considered independently, 1H ions with 9 energies between 70 and 141 MeV and 12C ions with 9 energies between 1.53 and 3.17 GeV. These were first interacted with a medium composed entirely of water and then in a medium that includes a human tissues combination. The obtained results allow to analyze the transferred energy curves produced by the ions in their path through the simulated media and therefore identify the characteristic Bragg peaks for this type of particles and estimate both at which they occur, as well as the values of the maximum energy transferred in said peaks for each case simulated. The study also allows to identify the variation, as much in the distribution of the transferred energy as in the depth of the maximum, caused by the inclusion of the combination of the tissues and also allows to recognize the differences that appear between the use of ions of 1H and ions of 12C. Additionally a relationship between the initial energy of the ion beam and the maximun depth of maximum transferred energy value.

La hadronterapia es un tipo de radioterapia que se caracteriza por el uso de haces de iones para el tratamiento de enfermedades oncológicas (cáncer) y que, debido a la naturaleza de la interacción de los iones con la materia, presenta la ventaja de entregar las dosis de tratamiento de manera más localizada respecto a como ocurre con el uso de haces de electrones o fotones. En la actualidad se realizan estudios experimentales con diferentes iones, sin embargo en tratamiento real sólo se utilizan iones de 1H (protones) y de 12C. En este trabajo se realizó un conjunto de simulaciones del transporte y frenado de iones en la materia empleando un software denominado SRIM. En dicha simulación se consideraron, independientemente, iones de 1H con 9 energías comprendidas entre 70 y 141 MeV e iones de 12C con 9 energías comprendidas entre 1.53 y 3.17 GeV. Estos se hicieron interactuar primeramente con un medio compuesto en su totalidad por agua y luego con un medio que incluía cierta porción de una combinación de tejidos humanos. Los resultados obtenidos permiten analizar las curvas de energía transferida producidas por los iones en su recorrido a través de los medios simulados y por tanto identificar los picos de Bragg característicos para este tipo de partículas y estimar tanto la profundidad a la que se dan, como los valores de la máxima energía transferida en dichos picos para cada caso simulado. El estudio realizado permite identificar además la variación, tanto en la distribución de la energía transferida como en la profundidad del máximo, ocasionada por la inclusión de la combinación de tejidos y también permite reconocer las diferencias que se presentan entre el empleo de iones de 1H y 12C. Adicionalmente se pudo establecer una relación funcional entre la energía inicial de los iones y la profundidad del máximo valor de energía transferida.