Generación directa de segmentos en técnicas avanzadas de radioterapia para facilitar la validación clínica de los tratamientos

Sanjuán Almería, Javier
Artacho Terrer, Juan Manuel (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2013
Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones, Área de Teoría de la Señal y Comunicaciones

Máster Universitario en Ingeniería Biomédica

Resumen: El cáncer es hoy en día una de las causas de muerte más importantes en todo el mundo, y la principal en nuestro país. Por ello, es de vital importancia para la sociedad la mejora de los tratamientos existentes y el desarrollo de otros nuevos de mayor eficacia. La gran mayoría de los pacientes oncológicos recibe tratamientos de radioterapia, ya sea como tratamiento único o formando parte de un tratamiento combinado con otros. La radioterapia es una técnica basada en el suministro de radiaciones ionizantes que destruyen selectivamente las células cancerosas. Es importante indicar que para no provocar daños colaterales en tejidos sanos adyacentes, la radiación ha de ser cuidadosamente planificada y administrada. Los nuevos tratamientos en radioterapia basados en Radioterapia de Intensidad Modulada (IMRT) proporcionan unas distribuciones de dosis muy precisas en el tejido radiado utilizando un conjunto de haces de intensidad variable. Esto es posible gracias a que permiten modular la sección de los haces de radiación al emplear un colimador multiláminas MLC, desde el cual se generan una serie de aperturas o huecos por donde la radiación puede pasar. Esta técnica permite concentrar la radiación en los tejidos cancerosos y minimizar la dosis que reciben los tejidos sanos colindantes. Para obtener las planificaciones radioterápicas es necesario resolver un problema matemático con el objetivo de obtener la combinación óptima de tiempos de exposición y aperturas del sistema MLC. En general, existen dos estrategias diferentes: técnicas basadas en la determinación previa de las aportaciones de cada haz (Fluence Map Optimization o FMO) y técnicas que obtienen directamente las aperturas y tiempos de exposición (Direct Aperture Optimization o DAO). Por lo general, las técnicas FMO proporcionan tratamientos dosimétricamente óptimos, pero que no pueden llevarse a la práctica clínica debido al gran número de etapas de radioterapia que requieren. Las técnicas DAO permiten encontrar tratamientos con un número controlado de etapas, pero como inconveniente deben garantizar la convergencia en los resultados de la planificación, así como la calidad de los tratamientos, ya que puede verse comprometida debido a la gran cantidad de parámetros que aparecen en dichos procesos. Este trabajo se basa en el estudio de las técnicas DAO, prestando especial interés en la elección de parámetros, ya que se ha visto que los tratamientos que permite calcular tienen una muy alta influencia de los parámetros iniciales de los que parte. El objetivo principal del presente trabajo ha sido la comprensión de dicha dependencia, para poder desarrollar un algoritmo basado en técnicas DAO más robusto, con una menor dependencia y una mayor capacidad de adaptación a cualquier caso clínico. Para ello, se ha desarrollado un sistema de monitorización que incluye el control en tiempo real de diversos parámetros y que facilita la comprensión del proceso. Tras un análisis detallado de la problemática existente se han propuesto nuevas mejoras para hacer más robustos, eficientes y universales a los algoritmos de tipo DAO.

Palabra(s) clave (del autor): imrt ; dao ; radioterapia ; mlc ; cáncer ; inicialización de parámetros ; simulated annealing

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Master