simulación del espectro de neutrones producido por un haz de ...

Simulación del espectro de neutrones
producidos por un haz de radioterapia de alto
mega-voltaje en el interior de un maniquí
antropomórfico.
1
X. González-Soto , K. Amgarou 2
, J. I. Lagares 3
, F. Sansaloni 3
, J. L. Muñiz 3
, R.
Mendez 3
, M. R. Expósito 4
, F. Gómez 1
, C. Domingo 2
, F. Sánchez-Doblado 4,5
1 Dpto. de Partículas, Área de Física Atómica, Molecular y Nuclear, Univ. Santiago Compostela, Spain.
2 Dpto. de Física, Univ. Aut. Barcelona, Barcelona, Spain.
3 Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), Madrid, Spain.
4 Dpto. de Fisiología Médica y Biofísica, Univ. Sevilla, Sevilla, Spain.
5 H. Virgen Macarena, Sevilla, Spain
!

INTRODUCCIÓN
Desarrollar un método para estimar la dosis neutrónica equivalente
en órganos para pacientes sometidos a tratamientos de radioterapia
con haces de fotones de alta energía. Estos neutrones son el
resultado de reacciones fotonucleares del haz primario con los
materiales pesados presentes en el cabezal del linac.
Siebert and Schuhmacher (1995)
Rad. Prot. Dosim. 58, 177-183
H = F
tot
ò i i
ji (E) k(E) wR(E) dE
Distribución energética de los neutrones
(espectro) por unidad de fluencia total:
ji (E) = 1
tot
Fi æ
ç
è
dF i
dE
ö
÷ (MeV
ø
-1 )
ICRP 103

INTRODUCCIÓN
Maniquí antropomórfico (NORMA) sometido a tratamientos completos
de radioterapia con diferentes puntos de referencia (16 en total).

INTRODUCCIÓN
Por este motivo, se realizó una serie de simulaciones Monte
Carlo con el objetivo de obtener estos espectros.
Medir la fluencia neutrónica (TLD y PADC) en cada punto.
Modelo Cristy-Eckermann: correlación entre los órganos y los
puntos de medida

MÉTODOS
Los espectros neutrónicos han sido calculado para dos
tratamientos (cabeza+cuello y abdomen) y cuatro maniquís
diferentes: mujer adulta, niño de 10 años y niño de 5 años,
hechos de polietileno; y mujer adulta hecho de nylon.
El código empleado fue MCNPX – 2.6.0.
Se modeló una geometría detallada del acelerador (Siemens
PRIMUS de 15MV), utilizando información actualizada sobre su
composición y estructura, obtenida de la propia casa Siemens.
Se utilizaron las librerías más actualizadas de las reacciones
fotonucleares, así como una serie de técnicas de reducción de
varianza (weight window, cut-off de energía, F5 point tally
detector) para hacer las simulaciones viables.
El cálculo de los espectros para cada incidencia de haz fue
realizado en una sola simulación, que incluía la sala, el maniquí
y el linac. La fuente era el haz primario de electrones
colisionando contra el blanco de tungsteno.

MÉTODOS
Los neutrones producidos dependen de la energía nominal del haz
primario; por este motivo se llevó a cabo un proceso completo de
comisionado Monte Carlo:
Se ajustó la energía nominal de modo que produjera la
fluencia de neutrones rápidos en sala coincidente con una
medida realizada con el sistema de esferas de Bonner.
También se calcularon perfiles de dosis en profundidad en
agua para los fotones, con una desviación media con
respecto a las medidas experimentales inferior al 2% para la
energía elegida.

RESULTADOS
A pesar de que los neutrones
emitidos en el cabezal tienen
energías de ~1MeV, la
fluencia de neutrones
rápidos en el interior del
maniquí es muy pequeña.
Esto se debe el proceso de
moderación en el interior del
maniquí, que como podemos
ver es muy eficiente. Por
ejemplo, en 0.5 cm de
polietileno la fluencia de
neutrones rápidos se reduce
~30%.

RESULTADOS
La fluencia de neutrones
térmicos disminuye con la
profundidad, debido a la
absorción en el maniquí.
Este proceso es sensible a la
composición del maniquí. La
absorción es mayor en el
maniquí de nylon, dado que
contiene nitrógeno que
posee una sección eficaz
significativa de captura de
neutrones.

RESULTADOS
Los espectros también presentan dependencia ante factores
geométricos, como pueden ser la posición del maniquí o el
ángulo de incidencia del haz.

CONCLUSIONES
El conocimiento del espectros de neutrones es fundamental a la
hora de calcular magnitudes de interés radiológico, como puede el
equivalente de dosis en órganos en pacientes sometidos a
tratamientos de radioterapia.
El método estándar para su cálculo es la simulación Monte Carlo
de su producción y transporte en el interior de la sala. En el
presente caso se han calculado los espectros en el interior de un
maniquí antropomórfico. En ellos se puede observar que el proceso
de moderación en el interior del paciente es muy relevante.
Por lo tanto, es legítimo utilizar los espectros obtenidos en
combinación con medidas experimentales de la fluencia neutrónica
para inferir valores de magnitudes de interés radiológico a partir de
los valores de fluencia medidos en el maniquí.