Nova metodologia d'anàlisi de distribucions de dosi per algorismes de càlcul de dosi absorbida

Actualment conviuen diferents tipus d'algorismes de càlcul de dosi per radioteràpia externa amb fotons de MV. Els més antics són els de convolució/superposició (C/S), que consideren tots els medis com a aigua de diferents densitats i reporten les dosis en aigua envoltada d'aigua (Dw,w). Posteriorment s'incorporen els algorismes avançats, que modelen detalladament el transport de radiació en el medi i permeten reportar la dosi en medi envoltat de medi (Dm,m) o en aigua envoltada de medi (Dw,m). Els algorismes avançats milloren en exactitud però, a diferència dels de C/S, els seus valors de dosi són sensibles a la composició atòmica del medi, el que requereix noves consideracions en l'anàlisi de les distribucions de dosi i en la optimització dels plans.
Proposar una metodologia d'anàlisi de les distribucions de dosi absorbida obtingudes amb algorismes que modelen el transport de radiació en el medi que possibiliti l'ús dels criteris i paràmetres establerts internacionalment pels algorismes previs. Avaluar si la metodologia proposada permet discernir si els valors de dosi alterats són deguts a efectes de la composició dels teixits o a una planificació sub-òptima.Les dosis dels algorismes avançats s'expressen de forma que els seus valors no siguin sensibles a la composició atòmica, el que formalment implica introduir una nova quantitat de dosi que anomenem dosi en medi com de referència (Dref,m*). Dref,m* es vincula a un medi de referència i es defineix com la dosi absorbida en un vòxel d'aquest medi envoltat d'un medi amb la mateixa composició però amb les mateixes propietats de transport de radiació que l'original. Es desenvolupa una sistemàtica per derivar les distribucions de Dref,m* post-processant Dm,m o Dw,m aplicant un factor de correcció (CF) a cada vòxel que depèn de la seva composició. La obtenció dels CFs es fa dins del sistema de planificació amb dos maniquins virtuals amb densitat i composició variables. Es realitza una prova de concepte per l'algorisme avançat Acuros XB i un feix de 6 MV, comparant els resultats de Dref,m*, Dm,m, Dw,m i Dw,w de l'algorisme AAA de C/S en diversos casos. Per últim, s'avalua el funcionament de Dref,m* i de la resta de quantitats en el procés d'optimització mitjançant tres casos representatius que s'optimitzen sobre el PTV seguint els criteris establerts per Dw,w per aconseguir les mateixes distribucions de dosi. S'analitzen les diferències entre quantitats pel que fa a fluència de radiació, robustesa i complexitat.Els valors de Dw,w de C/S no depenen de la composició del medi, però el modelatge del transport de radiació pot no complir els requisits d'exactitud en alguns casos. Els algorismes avançats resolen aquest punt, però els valors de dosi són sensibles a la composició del medi: Dm,m presenta valors de dosi inferiors (-1% sistemàtic) i zones fredes en os (-4%) i metall (-10%), mentre que Dw,m presenta zones calentes (10% os i 32% en metall). El mètode desenvolupat per obtenir Dref,m* és senzill i fàcil d'implementar. Les distribucions de Dref,m* mantenen les bondats del transport de radiació i no presenten aquestes zones fredes/calentes, el que habilita la seva avaluació amb els criteris establerts. En la optimització, intentar compensar les inhomogeneïtats de dosi de Dm,m i Dw,m introdueix compensacions de fluència que fan que els pacients es tractin de forma diferent i empitjoren inherentment la robustesa. Dref,m* és la quantitat més consistent en tots els casos, provinent dels algorismes avançats però sense necessitar aquestes compensacions extra, el que fa que els plans siguin robustos de forma natural i que els pacients es continuïn tractant de forma similar.
Els valors de Dm,m i Dw,m dels algorismes avançats són sensibles a la composició del medi. Aquesta sensibilitat, diferent per Dm,m i Dw,m, pot alterar les distribucions de dosi, impactar en la seva anàlisi i, durant l'optimització, introduir compensacions de fluència que alteren les dosis impartides als pacients i empitjoren la robustesa. S'ha desenvolupat una nova sistemàtica d'anàlisi consistent en expressar les distribucions de dosi en termes de Dref,m* perquè els seus valors no depenguin de la composició del medi. Obtenir Dref,m* és factible, habilita l'ús dels criteris d'anàlisi establerta pels algorismes previs i discerneix si els valors de dosi alterats són deguts a efectes de composició o a un pla sub-òptim. Dref,m* permet obtenir plans robustos, recuperar les dosis impartides als pacients, possibilita la traçabilitat amb l'experiència clínica, facilita la transició als algorismes avançats i pot ser útil en planificació automàtica i activitats multicèntriques. Independentment, la distribució final s'ha de reportar en Dm,m o Dw,m per correlacionar amb els resultats clínics.