“El uso de los nuevos detectores TNRD, en combinación con el hardware de adquisición de National Instruments y la plataforma LabVIEW, han sido decisivos para la implementación rutinaria en la clínica de un sistema de control, que permitirá la disminución del riesgo de adquirir un segundo cáncer, como consecuencia del tratamiento radioterápico.” – L. Irazola, Universidad de Sevilla-Hospital Universitario Virgen Macarena (Sevilla).
El Reto
Controlar, por primera vez y en tiempo real, el riesgo de padecer un segundo cáncer como consecuencia de la contaminación neutrónica a la que están sometidos los pacientes oncológicos durante el tratamiento de radioterapia.
La Solución
La estimación de la dosis neutrónica en distintos órganos del paciente a partir de la obtenida por un detector, conectado al sistema NI-USB 6218, en la sala de tratamiento. Como paso previo, usando dispositivos NI-USB 6218 y LabVIEW, se
obtiene la información simultánea de otros 16 detectores ubicados en un fantoma antropomórfico.
Introducción
La alta incidencia de cáncer en la población, junto al creciente éxito en su curación, están poniendo de manifiesto la aparición de efectos secundarios debidos a los tratamientos de radioterapia. Uno de ellos es la aparición de un segundo cáncer como consecuencia de la contaminación neutrónica, recibida por los pacientes sometidos a tratamientos de radioterapia con fotones de alta energía. La valoración de este riesgo, basada en medidas activas dentro de un fantoma, no ha sido llevada a cabo en ningún hospital del mundo hasta la fecha, dada la complejidad del problema. Con el dispositivo propuesto se puede obtener en tiempo real la dosis de radiación en los órganos del paciente, permitiendo la elección de la mejor estrategia de tratamiento, sopesando los riesgos y beneficios.
Objetivos
Para alcanzar el reto presentado, nos basamos en un innovador detector activo sensible a neutrones térmicos, fabricado en el INFN-LNF (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare de Frascati) con el objetivo de utilizarse en el futuro en los sistemas espectrométricos. No obstante, dadas sus características, hemos visto la oportunidad de su uso clínico en el ámbito de la oncología. Para ello se plantean dos soluciones, una primera para la generación de los modelos de dosis a órganos, basados en medidas experimentales con fantoma antropomórfico, y una segunda para la evaluación específica de los pacientes sometidos a radioterapia.
Descripción del Método
El primer paso consiste en la realización de medidas simultáneas, de un detector de referencia situado en la sala de tratamiento (piloto) y 16 detectores insertados en un fantoma. Las lecturas de los detectores se convierten a fluencia neutrónica térmica, a partir de factores de calibración determinados en una fuente de neutrones en el INFN. Esta fluencia es transformada a dosis equivalente gracias al conocimiento de los espectros energéticos en cada punto, calculados previamente mediante simulaciones Monte Carlo. El riesgo de desarrollar un segundo cáncer, se obtiene aplicando las estimaciones proporcionadas por la International Comission on Radiation Protection (ICRP). Mediante la correlación entre la dosis en los distintos puntos del fantoma y la lectura en el detector piloto, se obtienen los modelos para los diferentes tipos de tratamientos, que nos servirán para valorar poste- riormente a los pacientes sometidos a esas técnicas específicas. Una vez desarrollados estos algoritmos, se procede al segundo paso. A partir de las lecturas del detector digital durante la irradiación del paciente, se realiza una estimación en tiempo real de la dosis neutrónica equivalente recibida en los distintos órganos y su riesgo asociado.
Hardware
Detector El detector empleado está basado en un dispositivo comercial de estado sólido y de bajo coste, que se encuentra sensibilizado a neutrones térmicos a través de un tratamiento físico-químico personalizado. Su área activa es de 1 cm2 y sus dimensiones totales son de 1.5 x 1 x 0.4 cm3. La salida de este dispositivo es un voltaje instantáneo (DC) proporcional a la tasa de fluencia neutrónica térmica. Adquisición de señales La señal del detector piloto es amplificada en un módulo de electrónica de bajo voltaje y transmitida al exterior de la sala de tratamiento, gracias al módulo NI USB-6218 que permite la adquisición de datos (DAQ). Por otra parte, las señales procedentes del fantoma son introducidas en un segundo DAQ, realizando su envío al exterior a través de un bus USB de alta velocidad, que está conectado al ordenador. El módulo NI USB-6218 dispone de 16 entradas analógicas BNC diferenciales, lo que permite la realización de la medida con los 17 detectores (16 en el fantoma y el piloto) de forma simultánea con únicamente dos dispositivos. Esto genera una transferencia efectiva de la señal, evitando pérdidas y sin necesidad de una alimentación externa, para su análisis en tiempo real.
Software
Cuatro programas han sido desarrollados en la plataforma LabVIEW para el desarrollo de este proyecto, cumpliendo los requerimientos del procesado de estas señales. Dos principales para la adquisición y almacenamiento de datos en tiempo real (TNRD Phantom control y TNRD patient control), suministrando directamente el riesgo asociado al tratamiento específico del paciente. Además, otros dos módulos (Wave phantom reader y Wave patient reader) permiten el tratamiento y análisis de los datos gráficos almacenados, para posibles estudios posteriores. TNRD phantom control, permite una adquisición activa de las lecturas (en V•s) de los 16 detectores junto con el piloto, corregidos por los correspondientes factores de calibración y la influencia de las dimensiones de la sala de tratamiento. Finalmente nos proporciona, en tiempo real, la dosis recibida y el riesgo asociado referidos a la lectura del detector piloto. Estableciéndose con ello una correlación, para su posterior utilización con los pacientes, donde se emplea el módulo TNRD patient control.
Conclusión
El valor de la dosis periférica debida a neutrones y el riesgo de padecer un segundo cáncer en pacientes oncológicos sometidos a radioterapia, puede ser determinado en tiempo real a partir del sistema desarrollado. A pesar de la complejidad del problema, el procedimiento planteado es simple y universal. El uso de los nuevos detectores TNRD, en combinación con el hardware de adquisición de National Instruments (NI-USB 6218) y la plataforma LabVIEW, han sido decisivos para la implementación rutinaria en la clínica de un sistema de control que permitirá la disminución del riesgo de adquirir un segundo cáncer como consecuencia del tratamiento radioterápico.
Referencias
- Phys Med Biol 2008;53:R193- R241.
- Phys Med Biol 2012;57:6167– 6191.
- Radiotherapy and Oncology 2013;107:234-241.
- ICRP Publication 103, 2007.
- A new active thermal neutron detector. Radiation Protection Dosimetry (in press).
