Impacto de la falta de equilibrio electrónico en microdosimetría de protones calculada mediante Montecarlo

Abstract

En la actualidad, la radioterapia con protones o protonterapia es una de las técnicas más prometedoras en la lucha contra el cáncer, resultando ventajosa con respecto a la radioterapia convencional con fotones desde el punto de vista físico, ya que la curva de deposición de energía característica de los protones en profundidad permite concentrar la energía depositada en la zona del tumor, y desde el punto de vista radiobiológico, debido a que los protones presentan un patrón de deposición de energía a escala microscópica más denso, lo que suele determinar un daño más letal al ADN. La disciplina que estudia la distribución espacial de energía depositada en la materia irradiada a nivel microscópico, mediante magnitudes estocásticas, es la microdosimetría. Debido a su carácter estocástico, para el estudio de las distribuciones microdosimétricas se emplean herramientas de simulación basadas en métodos de Montecarlo. En particular, en este trabajo se simulan con el código Geant4-DNA haces de protones irradiando un volumen de agua líquida que consta de una zona central, en la que se disponen de forma aleatoria unos volúmenes esféricos virtuales denominados sites, en los que se miden las variables microdosimétricas, y unos márgenes exteriores, que permiten simular las partículas secundarias que pueden irradiar el site. Se trata de simulaciones muy costosas computacionalmente debido a su ineficiencia geométrica. Esto se podría mejorar disminuyendo los márgenes mencionados, pero entonces se perdería la configuración de equilibrio electrónico y podríamos dejar de tener un balance real de las partículas que irradian el site. Por ello, pretendemos estudiar el impacto que tiene la elección de márgenes de diferentes dimensiones para el volumen simulado (y, por tanto, la existencia o no de equilibrio electrónico) en las distribuciones microdosimétricas de interés. El presente trabajo se divide en 4 capítulos. El Capítulo 1 presenta los fundamentos físicos de la protonterapia, seguido de una descripción de los efectos biológicos relevantes y magnitudes usadas para su estimación. A continuación, se presta especial atención a los formalismos de la microdosimetría y a sus magnitudes más relevantes, finalizando el capítulo con una introducción a los métodos de Montecarlo. En el Capítulo 2 se describe la metodología seguida y se presentan las simulaciones realizadas. En el Capítulo 3 se exponen los resultados de las simulaciones, así como la discusión de los mismos. Por último, el Capíıtulo 4 incluye las conclusiones y mejoras futuras de este proyecto.