Spatial fractionation of the dose in heavy ions therapy: An optimization study

Abstract

Propósito: La combinación de la terapia con partículas cargadas y el fraccionamiento espacial de la dosis, como en la terapia con minihaces o Grid, constituye una estrategia innovadora para mejorar el índice terapéutico en el tratamiento de tumores radiorresistentes. El objetivo de este trabajo fue evaluar la configuración óptima de irradiación en radioterapia con fraccionamiento espacial con iones pesados (SFRT), en términos de especie iónica, anchura del haz, distancias centro a centro (ctc) y transferencia lineal de energía (LET), información que podría emplearse para orientar el diseño de futuros experimentos biológicos. La fragmentación nuclear que da lugar a regiones de pico y valle compuestas por diferentes partículas secundarias genera la necesidad de una descripción dosimétrica más completa que la utilizada clásicamente en SFRT. Métodos: Se realizaron simulaciones Monte Carlo (GATE 6.2) para evaluar las distribuciones de dosis para diferentes iones, anchuras de haz y separaciones. También se analizaron mapas tridimensionales de LET promediado en dosis y se propuso un nuevo parámetro, la relación pico-valle de LET, para proporcionar una evaluación física más exhaustiva de la técnica. Resultados: Nuestros resultados muestran que son necesarias anchuras de haz superiores a 400 μm para mantener una relación entre la dosis en la entrada y la dosis en el blanco del mismo orden que en irradiaciones convencionales. Una distancia ctc de 3500 μm, favorecería la preservación tisular, ya que proporciona un PVDR más alto, reduce la contribución de los fragmentos nucleares más pesados y produce valores de LET en los valles aproximadamente dos veces menores que los valores de LET en los picos, lo que conduce a distribuciones más homogéneas en el blanco. Conclusiones: La MBRT con iones pesados proporciona distribuciones de dosis ventajosas. Gracias a la reducida dispersión lateral, el uso de haces submilimétricos permite mantener una relación entre la dosis en la entrada y la dosis en el blanco comparable a la de las irradiaciones convencionales. Deben preferirse distancias ctc del orden de los 3500 μm, ya que generan dosis en los valles compuestas por fragmentos nucleares más ligeros, lo que resulta en valores mucho menores de LET promediado en dosis en el tejido sano, favoreciendo su preservación. Entre las distintas especies iónicas evaluadas, el Ne destaca por ofrecer el mejor equilibrio entre altos valores de PVDR y PVLR en tejidos normales y valores elevados de LET (cercanos a 100 keV/μm), junto con una relación de potenciación por oxígeno favorable en la región del blanco.