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Dosis de imagen de tomografía computarizada de haz cónico en radioterapia guiada por imagen mejorada con nanopartículas

El uso de tomografía computarizada de haz cónico de kilovoltaje (kV-CBCT) y radiosensibilizadores de átomos pesados ​​en radioterapia guiada por imágenes (IGRT) puede proporcionar numerosos beneficios, como la mejora del contraste de la imagen en la administración de dosis de radiación. Sin embargo, el aumento del uso de kV-CBCT para los procedimientos de obtención de imágenes diarios puede depositar inevitablemente cierta cantidad de dosis de radiación en el paciente, especialmente cuando se trata de nanopartículas utilizadas como radiosensibilizadores.

En este estudio, se utilizó la simulación de Monte Carlo para evaluar el aumento de la dosis de imagen debido a la adición de nanopartículas, variando la concentracion de las nanopartículas y la energía del haz de fotones. En este estudio se utilizó un maniquí para determinar las relaciones entre las proporciones de mejora de la dosis de imagen (IDER imaging dose enhancement ratio) y las diferentes concentraciones (3-40 mg/ml) de oro (Au), platino (Pt), yodo (I), plata (Ag) y hierro. nanopartículas de óxido (Fe2O3), sometidas a la entrega de haces de fotones de 120-140 kVp del CBCT.

Se encontró que las nanopartículas de oro y platino de 40 mg / ml de concentración tenían el IDER más alto (~ 1,6) bajo el haz de fotones de 120 kVp. Esta adición de nanopartículas dio como resultado un aumento del 0,63% de la dosis de imagen basada en una prescripción de dosis típica de 200 cGy por fracción en radioterapia, y está dentro de la incertidumbre estándar de ± 5% en la administración de dosis de radiación. Este estudio demuestra que la incorporación de nanopartículas de mayor concentración bajo una energía de haz de fotones más baja podría aumentar la dosis de imagen. Los resultados de este estudio pueden permitirnos comprender más sobre la incorporación de nanopartículas de átomos pesados ​​en sistemas IGRT.


El aumento de la dosis de imagen en IGRT mejorado con nanopartículas se puede calcular mediante la relación de mejora de la dosis de imagen (IDER) de la siguiente manera:

𝐼𝐷𝐸𝑅 = 𝐷 (agua + 𝑛𝑎𝑛𝑜𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑐u𝑙a𝑠) / 𝐷 (agua)

donde D (agua + nanopartículas) es la dosis de imagen del phantom con nanopartículas agregadas al tumor y tejido normal, y D (agua) es la dosis de imagen del phantom  sin adición de nanopartículas. Ambos maniquíes con y sin adición de nanopartículas fueron irradiados por el haz de fotones del CBCT usando la misma geometría de haz, configuración y tiempo de activación del haz. El valor de IDER indica el aumento de la dosis de imagen debido a la adición de nanopartículas en IGRT. Cuando no se agrega ninguna nanopartícula al phantom, el IDER es igual a uno [1].

Figura 1. Relación entre el IDER y diferentes concentraciones de nanopartículas con e (A) 120, (B) 130 y (C) 140 kVp para producir el haz de fotones desde el CBCT

[1] Dewmini Mututantri-Bastiyangeand James C. L. Chow. Imaging dose of cone-beam computed tomography in nanoparticle-enhanced image-guided radiotherapy: A Monte Carlo phantom study. AIMS Bioengineering, 7(1): 1–11. 13 January 2020

Por: Doctor. José Jorge

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