Eines computacionals avançades per a planificació radioterapèutica mitjançat simulacions Monte Carlo

Abstract

La tesi presentada a aquest document, s'emmarca dins de l'àmbit de la física mèdica. Dins d'aquesta branca de la física, es desenvolupen eines computacionals per oferir millores en la planificació de tractaments que involucren radiació ionitzant. En aquestes planificacions, es calculen factors dosimètrics com la dosi total absorbida tant, a la regió d'interès del tractaments, objectiu del mateix, com a la resta de teixits o òrgans de risc propers a la zona objectiu. Per poder efectuar aquests càlculs, existeixen diferents tècniques, sent les simulacions basades en Monte Carlo les considerades com l'eina més precisa. Aquest tipus de simulacions, permeten modelitzar els dispositius mèdics que emeten el feix de tractament als pacients, de forma detallada. A més, les simulacions Monte Carlo, permeten descriure les fonts de radiació minuciosament i considerar el transport de les partícules involucrades en el problema a través de la geometria considerada.En els treballs que conformen aquesta tesi, s'han emprat diferents codis Monte Carlo, i són MCNP6, penEasy i penRed, depenent del problema a dur a terme. Per exemple, MCNP6 s'ha emprat a diferents treballs per la capacitat, i facilitat, de modelar geometries complexes emprant mallats volumètriques, penEasy com a codi per validar algunes de les eines dissenyades i penRed, per les característiques especialitzades en física mèdica, com la lectura i processament automàtic de DICOM i les fonts de braquiteràpia, el que faciliten molt les simulacions en l'entorn mèdic. De fet, penRed ja es va dissenyar amb aquest objectiu en la seua primera versió, treball en el qual l'autora ja participava en el seu desenvolupament. Degut a estos fets, i a que penRed, és de codi obert i no requereix llicència, com al cas del MCNP, s'ha decidit estendre les capacitats que manquen en este, per poder equiparar el seu ús a la resta de codis en els problemes abordats durant la realització de la tesi doctoral.Tots aquests treballs contribueixen al desenvolupament d'eines que, mitjançant la simulació Monte Carlo, permeten optimitzar els càlculs en radioteràpia. Més encara, les eines desenvolupades, tenen una aplicabilitat més general i poden emprar-se en altres camps o problemes, com, per exemple, diagnòstic basat en imatge mèdica.El primer dels treballs, cobreix la necessita del codi MCNP6 de ser capaç de llegir i escriure fitxers d'espai de fase en format estàndard de la Agència Internacional d'Energia Atòmica , International Atomic Energy Agency (IAEA). Molts dels codis de simulació Monte Carlo, tenen implementada aquesta eina. Aquest fet permet llegir informació de feixos a l'eixida de diferents dispositius mèdics, ja siga proporcionats per grups d'investigació o per fabricants, i realitzar simulacions dirigint el feix a diferents elements, maniquins o pacients. D'aquesta manera s'estalvia temps en la realització repetida de simulacions, la qual cosa pot contribuir a l'optimització de les planificacions si aquests feixos s'empren per a aquest propòsit. Per suplir la manca de MCNP6 d'aquesta cap...