Aplicación de un modelo de un acelerador Elekta Precise basado en Monte Carlo para la evaluación de la respuesta de detectores de estado sólido / Application of an Elekta Precise lineal accelerator model based on Monte Carlo to evaluate the solid state detectors response

En el trabajo se realizó el análisis de la respuesta de diferentes detectores de estado sólido a partir de un modelo de Monte Carlo de un acelerador lineal Elekta Precise, para los haces de energías de 6 MV y 15 MV. Para ello se realizaron simulaciones con el código EGSnrc. Se calculó la dosis depositada en un maniquí de agua voxelizado con su superficie a 100 cm de la fuente, empleando los valoresóptimos de energía media y FWHM del haz primario de electrones para este modelo. A partir de la dosis depositada en el maniquí se construyeron las curvas de dosis en profundidad y perfiles de dosis a diferentes profundidades. Las curvas se compararon con valores medidos para cada detector empleado en un arreglo experimental similar a la simulación realizada, aplicando criterios de aceptabilidad basados en intervalos de confianza. De forma adicional se analizó para cada caso la dosis en función del tamaño de campo. Se obtuvo una buena correspondencia entre las simulaciones y las mediciones, encontrándose todos los resultados dentro de los márgenes de tolerancia.

The evaluation of the solid state detectors response based on a Monte Carlo model of an Elekta Precise lineal accelerator, was done in this work for the beam energies of 6 y 15 MV. Simulations were performed using the EGSnrc code. Employing the optimal values of mean energy and FWHM from the primary electron beam, deposited dose in a voxelized water phantom at 100 cm of source to surface distance was calculated. Depth dose curves and lateral dose profi les were obtained. Comparison between simulations and the experimental values obtained for each detector, were done using acceptability criteria based on confi dence limits. Additionally outputs factors were analyzed in each one of the study cases. Good agreement between simulations and measurements were reached.

Accurate model of photon beams as a tool for commissioning and quality assurance of treatment planning calculations / Modelo de haces de fotones como una herramienta para el control de calidad de los cálculos en la planificación de tratamientos

Simulation of a linear accelerator (linac) head requires determining the parameters that characterize the primary electron beam striking on the target which is a step that plays a vital role in the accuracy of Monte Carlo calculations. In this work, the commissioning of photon beams (6 MV and 15 MV) of an Elekta Precise accelerator, using the Monte Carlo code EGSnrc, was performed. The influence of the primary electron beam characteristics on the absorbed dose distribution for two photon qualities was studied. Using different combinations of mean energy and radial FWHM of the primary electron beam, deposited doses were calculated in a water phantom, for different field sizes. Based on the deposited dose in the phantom, depth dose curves and lateral dose profiles were constructed and compared with experimental values measured in an arrangement similar to the simulation. Taking into account the main differences between calculations and measurements, an acceptability criteria based on confidence limits was implemented. As expected, the lateral dose profiles for small field sizes were strongly infl uenced by the radial distribution (FWHM). The combinations of energy/FWHM that best reproduced the experimental results were used to generate the phase spaces, in order to obtain a model with the motorized wedge included and to calculate output factors. A good agreement was obtained between simulations and measurements for a wide range of fi eld sizes , being all the results found within the range of tolerance.

La simulación del cabezal de un acelerador lineal requiere de la determinación de los parámetros que caracterizan el haz primario de electrones que incide en el blanco de radiación, los cuales juegan un papel importante en la exactitud de los cálculos con Monte Carlo. En este trabajo se realizó la habilitación de los haces de fotones (6 MV y 15 MV) de un acelerador Elekta Precise, empleando el código de Monte Carlo EGSnrc. De forma adicional se estudió la influencia que ejerce cambios en las características del haz primario de electrones sobre la distribución de dosis absorbida en diferentes campos de radiación. Basado en la dosis absorbida, curvas de dosis en profundidad y perfiles de dosis se calcularon y compararon con valores experimentales medidos en un arreglo similar a las simulaciones empleando criterios de aceptabilidad. Los perfiles de dosis para campos pequeños resultaron ser fuertemente dependientes de la distribución radial (FWHM). Las combinaciones de energías/FWHM que mejor se ajustaron a las mediciones se emplearon en la generación de espacios de fases, para obtener un modelo con la cuña motorizada y para el cálculo de los factores de campo. Se obtuvo muy buena correspondencia entre las mediciones y las simulaciones realizadas, encontrándose todos los resultados dentro de los márgenes de tolerancias.

Application of a Monte Carlo linac model in routine verifications of dose calculations / Aplicación de un modelo de Monte Carlo de un acelerador lineal en la verificación de los cálculos dosimétricos de rutina

The analysis of some parameters of interest in radiotherapy Medical Physics based on an experimentally validated Monte Carlo model of an Elekta Precise lineal accelerator was performed for 6 and 15 MV photon beams. The simulations were performed using the EGSnrc code. As reference for simulations, the values of the previously obtained optimal beam parameters (energy and FWHM) were used. Deposited dose calculations in water phantoms were done, on typical complex geometries commonly are used in acceptance and quality control tests, such as irregular and asymmetric fields. Parameters such as MLC scatter, maximum opening or closing position, and the separation between them were analyzed from calculations in water. Similarly simulations were performed on phantoms obtained from CT studies of real patients, making comparisons of the dose distribution calculated with EGSnrc and the dose distribution obtained from the computerized treatment planning systems used in routine clinical plans. All the results showed a great agreement with measurements, fi nding all of them within tolerance limits. These results allowed the possibility of using the developed model as a robust verifi cation tool for validating calculations in very complex situations, where the accuracy of the available TPS could be questionable.

El análisis de algunos parámetros de interés en la física médica de la radioterapia, basado en un modelo de Monte Carlo de un acelerador Elekta Precise, fue realizado en este trabajo para los haces de fotones de 6 y 15 MV. Las simulaciones se realizaron con el código EGSnrc. Como referencia para las simulaciones, se emplearon los parámetros óptimos (energía y FWHM) previamente calculados. Los cálculos de la dosis absorbida se realizaron con maniquíes de agua sobre geometrías complejas, comúnmente empleadas en las pruebas de aceptación y control de calidad en la clínica. Parámetros de interés como la dispersión en las MLC, máxima posición de apertura o cierre y la separación entre estas se analizaron a partir de los cálculos en agua. De forma similar se realizaron cálculos en maniquíes construidos a partir de los estudios tomográficos, y comparaciones con los resultados reportados por el sistema de planifi cación en dichos casos. Los resultados obtenidos evidenciaron una gran concordancia con las mediciones, encontrándose dentro de los límites de tolerancias reportados. Estos resultados crean la base para el empleo del modelo de Monte Carlo como una herramienta robusta para la verificación y validación de los cálculos de dosis en situaciones de gran complejidad, donde la exactitud de los sistemas de planificación es cuestionable.

Radioterapia de intensidad modulada en el tratamiento de tumores en pediatría, primeros casos en Cuba / Intensity Modulated Radiotherapy in treatment of tumors in children: first cases in Cuba

INTRODUCCIÓN. La radioterapia de intensidad modulada (IMRT) constituye una técnica de alta precisión basada en la definición volumétrica tridimensional de la anatomía del tumor y de los órganos críticos o en riesgo. Con el objetivo de asegurar la posibilidad de aplicar la IMRT en Cuba, en casos seleccionados de tumores en niños y adolescentes, se instrumentó un proyecto de investigación cuyos resultados se documentan en este informe. MÉTODOS. Se realizaron las primeras irradiaciones con IMRT en niños y adolescentes cubanos, con edades entre 6 y 18 años. La técnica empleada es la basada en aperturas geométricas y optimización inversa. Las irradiaciones fueron realizadas con un acelerador lineal con fotones de 6 MV, con colimador multiláminas. Las dosis de radiaciones administradas variaron según el tipo de tumor, y de acuerdo con las normas de radioterapia y la presencia de órganos críticos. Todos los pacientes fueron evaluados semanalmente, con controles radiológicos mediante placas portales electrónicas. RESULTADOS. Los pacientes irradiados (5) tenían los tumores siguientes: linfoma no-Hodgking del seno maxilar (1), glioma del tallo cerebral (1), linfoma no-Hodgking abdominal (1), condrosarcoma mesenquimatoso parameníngeo (1) y hemangiopericitoma parameníngeo (1). Las dosis de irradiación recibidas variaron entre 24 y 62 Gy. Fueron empleados entre 5 y 8 campos, con variaciones entre 10 y 20 segmentos. CONCLUSIONES. Se realizaron en Cuba las primeras irradiaciones con IMRT en niños y adolescentes, y se debe continuar extendiendo su empleo en aquellos casos donde su utilidad sea mayor

INTRODUCTION. The intensity modulated radiotherapy (IMRT) is a high performance technique based on the three-dimensional volumetric definition of tumor anatomy and of critical organs or at risk. To assure the possibility to apply the IMRT in Cuba in selected cases of tumors in children and adolescents, authors designed a research project whose results are documented in present report. METHODS. The first irradiations with IMRT in Cuban children and adolescents aged between 6 -18 were carried out. The technique used is that based on the geometric openings and inverse optimization. Irradiations were applied using a linear accelerator with 6 MV photons, with multileaf collimator. Doses administered varied according to the type of tumor, the radiotherapy standards and the presence of critical organs. All patients were assessed weekly with radiologic controls using electronic portal plates. RESULTS. Irradiated patients (5) had the following tumors: non-Hodgkin lymphoma of maxillary sinus (1), brain stem glioma (1), non-Hodgkin abdominal lymphoma (1), parameningeal mesenchymatous chondrosarcoma (1) and parameningeal hemangiopericytoma (1). Doses of radiation applied varied between 24 and 62 Gy. Between 5 and 8 fields were used with variations among 10 and 20 segments. CONCLUSIONS. In Cuba the first irradiations with IMRT in children and adolescents and its use must to be spreading to those cases where its usefulness is greater