Simulaciones Monte Carlo para el desarrollo de un prototipo de tomógrafo de protones con aplicación en protonterapia

Abstract

El objetivo de este trabajo es demostrar la viabilidad de obtener imágenes médicas con protones, utilizando detectores de Silicio multisegmentados y una agrupaci on de 4 detectores de centelleo de alta resolución. Esto solucionaía los problemas derivados de utilizar imágenes obtenidas con rayos X para plani car tratamientos con haces de protones, que es lo que se hace en la actualidad. Para ello se han diseñado dos experimentos a partir de simulaciones Monte Carlo con Geant4. El primero de ellos ha servido como prueba de concepto: fantoma sencillo cuasi-bidimensional (espesor ~ 0,7mm) y un haz de protones de 10 MeV con el que se ha estudiado la resolución espacial de los detectores empleados y la sensibilidad en energía que se obtiene cuando los protones atraviesan materiales de diferente densidad. En el segundo diseño de experimento se han utilizado protones de mayor energía (100-150 MeV) y un fantoma cilíndrico de 6 cm de diámetro, que nos acerca más al caso médico. A partir de los resultados obtenidos de las simulaciones se han reconstruido las imágenes de los fantomas para ambos experimentos con la máxima granularidad posible y se han comparado con las imágenes obtenidas a partir de los datos del experimento real. Gracias a los diseños empleados y a los algoritmos desarrollados para el tratamiento de datos, corrección y reconstrucción de imagen ha sido posible distinguir las formas de los diferentes patrones utilizados así como los materiales que los componen a partir de la energía que han depositado los protones en el sistema de detectores, respaldando la viabilidad de ambos experimentos. Estos resultados corroboran que la instrumentación nuclear de vanguardia puede contribuir a mejorar las condiciones de diagnóstico en el campo de la protonterapia.