Implementación de métodos simplificados de cálculo de dosis de radioterapia como herramientas de control redundante.

摘要

En la planificación y control de calidad de radioterapia, la obtención de la dosis en eludpaciente constituye una etapa fundamental para la correcta ejecución del tratamiento. Eludsoftware denominado sistema de planificación de tratamiento o TPS (del inglés TreatmentudPlanning System) realiza cálculos de diversa complejidad para obtener distribuciones deudisodosis en el medio irradiado. Entre los algoritmos que utilizan los TPS están los métodosudexplícitos, los métodos semianalíticos y los métodos semiempíricos. Cualquiera seaudel método utilizado, los cálculos asociados deben garantizar la suficiente exactitud conudel objetivo de asegurar la máxima correspondencia posible entre la dosis prescrita y laudque será dispensada al paciente en concordancia con los niveles de tolerancia permitidos.udUn suministro de dosis mayores implica un alto riesgo de daño al paciente afectando deudmanera directa a tejidos sanos, mientras que un subdosaje aumenta significativamente laudprobabilidad de supervivencia de las células tumorales, pudiendo transformarlas en radioresistentes.udEn la actualidad los TPS comerciales utilizan métodos numéricos complejosudpara los cálculos de distribuciones de dosis, quedando rezagados los métodos semiempíricos.udSin embargo, los métodos semiempíricos todavía constituyen una herramienta útiludpara el cálculo clínico y para los controles de calidad dosimétricos.udLos métodos semiempíricos acompañaron a la radioterapia desde sus inicios y tienen suudsustento en mediciones experimentales que se llevan a cabo en situaciones semejantes a lasudde aplicación clínica, lo que le otorga confiabilidad a los resultados. En el presente trabajoudde tesis, se introduce en forma detallada el algoritmo semiempírico denominado “DPsirel”ud([ D/Y ]rel ) que es utilizado con éxito en el servicio de radioterapia de la Fundación Escuelaudde Medicina Nuclear (FUESMEN) localizada en la ciudad de Mendoza, Argentina.udCon lo establecido, se desarrolla el cálculo de la tasa de dosis en medios homogéneosudy sobre el eje del haz. Seguidamente, se extiende el algoritmo semiempírico, al cálculo deudla tasa de dosis a casos más generales como campos conformados y fuera de eje del haz. Seudimplementa el algoritmo semiempírico en el lenguaje de programación python, en el queudse establecen varias funciones relacionadas con el cálculo de la tasa de dosis en distintasudconfiguraciones del haz de irradiación del acelerador lineal. Finalmente, para acelerar losudtiempos de cálculo, se implementa en el lenguaje de programación C, las mismas funcionesuddesarrolladas en python con el objetivo de utilizar la extensión CUDA (del inglés ComputerudUnified Device Arquitecture) de dicho lenguaje para realizar el cálculo de forma paralelaudutilizando la tarjeta gráfica o GPU (del inglés Graphics Processing Unit).udLos resultados que generan las funciones desarrolladas en python son contrastados conudlos obtenidos con la herramienta de cálculo de FUESMEN. Entre las funciones que sonudverificadas se encuentran: la función de dispersión, la función tasa de dosis en el eje centraludy la función tasa de dosis fuera de eje. Se determinaron errores porcentuales que están enudel orden de 10"-7 % respecto la función de dispersión, lo que implica la aceptación de losudvalores numéricos generados en python. Para la comparación de las tasas de dosis en el ejeudcentral del haz y fuera de él, se generaron distribuciones de PDD y perfiles de dosis paraudalgunas configuraciones típicas en la clínica. En las distribuciones de PDD se obtuvieronuderrores porcentuales por debajo de 0.04% y respecto a los perfiles de dosis se obtuvieronudvalores de Gamma-index (definido con una tolerancia de 0.1% en dosis y 0.1mm enuddistancia) por debajo de 0.6, logrando la aceptación 100% de ambas distribuciones deuddosis. Finalmente, se compararon las velocidades de ejecución entre la CPU y la GPUudpara el cálculo de la tasa de dosis en varios puntos dentro del medio irradiado. El cálculoudrealizado con la CPU mostró tiempos de ejecución extensos, en algunos casos de algunasudhoras; en cambio con la GPU para el mismo proceso de cálculo, se llegó a ejecutar enudel orden de segundos. De esta manera, se diseñó un código de cálculo de dosis rápido,udrobusto y versátil, apto para su prueba como cómputo de dosis independiente en centrosudde radioterapia con aceleradores lineales.