Modelo Teórico para el cálculo del cociente de poderes de frenado agua/aire

F. QUIROGA; M. E. GALASSI

Buenos Aires

Congreso; XII Congreso Argentino de Física Médica, I Congreso de Física Médica de las Américas y I Congreso de Medicina Nuclear y Diagnóstico por Imágenes de la AATMN; 2014

Sociedad Argentina de Física Médica

Introducción: La hadronterapia es una técnica de radioterapia en la que se utilizan iones livianos (principalmente protones e iones de carbono) como radiación ionizante. El perfil de dosis en agua líquida presenta un pico agudo a una profundidad bien definida (conocido como pico de Bragg), luego del cual la dosis cae abruptamente a valores despreciables. Esto permite lograr alta precisión balística del volumen a irradiar preservando el tejido sano colindante. Luego, una dosimetría de precisión es de gran importancia. La dosimetría de referencia se realiza con cámaras de ionización que requieren factores de corrección de acuerdo a la calidad del haz. Entre ellos, el que introduce mayor incerteza es el cociente de poderes de frenado agua-aire (SPR). El cálculo de este parámetro es muy complejo ya que involucra el espectro completo de partículas en el punto de interés; deben proponerse entonces modelos que permitan calcularlo minimizando los errores involucrados. Objetivos: Desarrollar un modelo teórico para calcular SPR, evaluando errores y su influencia en dosimetría. Materiales y Métodos: El Modelo Teórico (TM) propuesto en este trabajo consiste en calcular los SPR como el cociente de poderes de frenado de agua líquida (Sw) y aire (Sa) por impacto de H+ y C6+ (aproximación válida a altas energías de impacto). Sa y Sw son calculados utilizando un modelo mecánico-cuántico de onda distorsionada para describir el proceso de ionización. Las pérdidas de energía debidas a excitación electrónica son calculadas a partir de ajustes semiempíricos de datos experimentales correspondientes a impacto de electrones sobre gases de N2, O2 y H2O en fase vapor (modelo basado en la primera aproximación de Born). Los resultados son comparados datos recomendados por ICRU, Reportes 49 y 37, presentando muy buen acuerdo (lo que valida el TM). Rangos prácticos y residuales de protones e iones de carbono, determinados utilizando perfiles de dosis relativa en agua medidos en la facilidad del Centro Nacional de Hadronterapia Oncológica de Italia (CNAO), permiten calcular SPR aplicando la prescripción de IAEA (para protones) y dos modelos semiempíricos para iones de carbono. Resultados: El TM es comparado con datos experimentales recientes, modelos semiempíricos (fuertemente dependientes del potencial de ionización utilizado para agua líquida y aire) y prescripciones de la IAEA (Agencia Internacional de Energía Atómica. Se observa que todos los modelos presentan buen acuerdo con valores recomendados por IAEA y experimentos, con incertezas del orden del 3% o menores, para iones de alta energía. Sin embargo, las discrepancias entre modelos aumentan en la región del pico de Bragg, lo que muestra la sensibilidad de este factor. Conclusiones: Mejorar las incertezas en dosimetría de iones es de crucial interés. El MT propuesto presenta buen acuerdo con datos experimentales y modelos semiempíricos para altas energías de impacto. Este modelo puede ser extendido a otros iones de interés en hadronterapia. Para el estudio de la región del pico de Bragg debe desarrollarse un código Monte Carlo de transporte de partículas que considere los procesos multielectrónicos y nucleares que se producen a energías intermedias y bajas. Agradecimientos: MEG agradece a CONICET (PIP 0033), a la IAEA, al Instituo de Oncologia ?Dr. Angel Roffo?, al Centro Nacional de Hadronterapia Oncológica de Italia (CNAO), a la Agencia (PICT 2145) y a la Universidad Nacional de Rosario por financiamiento recibido. MEG y FQ agradecen al Departamento de Física Médica de CNAO por los perfiles experimentales de dosis relativa provistos.