La capacidad de Monte Carlo de RadCalc agiliza y automatiza la verificación de la relación dosis-volumen 3D

El cálculo de la dosis secundaria es un elemento fundamental de cualquier programa de control de calidad (QA) específico del paciente, ya que proporciona una validación a escala de los planes de tratamiento con radioterapia en la clínica de oncología radioterápica. En primera línea del esfuerzo para ofrecer un control de calidad del paciente –y en el uso diario en más de 2300 centros de tratamiento del cáncer en todo el mundo– está el software de doble control de calidad RadCalc de LAP que, durante más de dos décadas, ha proporcionado a los físicos médicos y dosimetristas una verificación dosimétrica automatizada e independiente de sus sistemas de planificación del tratamiento de radioterapia (TPS).

Uno de los primeros usuarios y entusiasta de RadCalc es Mauro Iori, director de física médica en el Instituto de Tecnologías Avanzadas y Modelos Asistenciales en Oncología (IRCCS), que depende de la Azienda Unità Sanitaria Locale (AUSL) de Reggio Emilia, en el norte de Italia. «Hemos utilizado RadCalc, en sus diferentes versiones, como apoyo para el sistema independiente de control de calidad de pacientes desde hace más de 20 años, lo que nos ha ayudado a reducir las mediciones dosimétricas directas de control de calidad todo este tiempo», explica Iori. «Gracias a la amplia base de usuarios de LAP, el software proporciona un entorno de control de calidad estable, robusto y uniforme que se integra perfectamente con nuestro TPS», añade. «RadCalc también es independiente del proveedor, por lo que los usuarios pueden estandarizar el flujo de trabajo de control de calidad de doble comprobación para diferentes sistemas y modalidades de tratamiento».

Opiniones sobre Monte Carlo

En términos operativos, Iori es uno de los físicos médicos y tres técnicos (dosimetristas) del programa de oncología radioterápica del AUSL-IRCCS, a cargo de dos máquinas TrueBeam de Varian, un sistema TomoTherapy de Accuray, un equipo de braquiterapia de dosis altas y un dispositivo de rayos X de ortovoltaje. «Tratamos a más de 1600 pacientes cada año y cubrimos una amplia gama de indicaciones terapéuticas», señala Iori (quien además dirige a otros seis físicos médicos y cuatro técnicos que trabajan en los departamentos de radiología y medicina nuclear del AUSL-IRCCS). «Es más, aproximadamente el 65 % de nuestros tratamientos de radioterapia externa conllevan algún tipo de hipofraccionamiento». Esto significa, sencillamente, un aumento de la dosis por fracción que se traduce en un número significativamente menor de tratamientos totales, la mejora de la experiencia del paciente y un procedimiento que ofrece una mayor eficiencia del flujo de trabajo.

Dado el énfasis clínico que pone AUSL-IRCCS en el hipofraccionamiento, Iori y sus colegas dependen en gran medida en el módulo de software Monte Carlo de RadCalc para la verificación automática de la relación dosis-volumen 3D. El objetivo es mantener la confianza en la precisión del control de calidad en las indicaciones clínicas más difíciles de tratar y, de esa forma, asegurar que se cubra el volumen de tratamiento previsto y garantizar, al mismo tiempo, la calidad del plan comparando las dosis de las estructuras críticas adyacentes y los órganos en riesgo. Igual de importante es que el equipo de física médica necesita saber inmediatamente si algo no está bien cuando se trata a pacientes con una dosis aumentada por fracción, por ejemplo, si la máquina falla o la configuración del paciente es incorrecta.. «Para este tipo de control, el análisis de archivos de registro y los módulos de dosimetría in vivo de RadCalc son una herramienta complementaria y específica», señala Iori.

El módulo Monte Carlo de RadCalc utiliza el conocido sistema de simulación BEAMnrc para fuentes de radioterapia externa y un modelado de máquinas patentado adquirido a la Universidad McGill de Canadá. La funcionalidad 3D del software se complementa con RadCalcAIR (importación y exportación automatizadas) para ofrecer a los usuarios un proceso de control doble totalmente automatizado con diferencia de porcentajes, histograma de dosis/volumen (DVH), métricas de protocolo, gamma y muchas otras herramientas personalizables.

Arrojar luz sobre la complejidad

«Al permitir la verificación de la distribución de dosis 3D del plan de tratamiento, el módulo Monte Carlo demuestra su valía para situaciones de planificación de terapia más complejas», dice Iori. Por ejemplo, los cánceres avanzados de cabeza y cuello y las enfermedades de próstata y recto en fase avanzada, indicaciones que a menudo requieren campos de tratamiento más amplios y fuertemente modulados en los que las comprobaciones convencionales de control de calidad de dosis puntuales resultan muy problemáticas.

Otro escenario de uso clínico de Monte Carlo es para el tratamiento de tumores pequeños o complejos rodeados de heterogeneidades (p. ej., en el pulmón, cavidades abdominales, así como adyacentes a los huesos o implantes metálicos). Las técnicas de planificación con gradientes de dosis escalonados, por ejemplo, son especialmente relevantes para los tratamientos esteretáxicos de pulmón cuando los tumores generalmente están situados cerca de la pared torácica, el corazón y los vasos sanguíneos normales. En estos casos, el algoritmo Monte Carlo de RadCalc puede hacer una verificación de dosis realista y precisa de los planes TPS (con implementación de los modelos de la máquina en BEAMnrc e inclusión de cada componente físico para establecer la confianza en casos tan complicados).

El flujo de trabajo de control de calidad en este escenario consiste fundamentalmente en agilizar: el físico sencillamente exporta el plan de tratamiento a través de su DICOM RT y RadCalc comprobará automáticamente el plan con el algoritmo Monte Carlo y generará los resultados en unos minutos. Si el plan no cumple los criterios preestablecidos, RadCalc pedirá al usuario que investigue qué sucede mediante un paquete de herramientas de análisis de dosis antes de determinar qué hay que hacer (en cuanto a controles de calidad preclínicos adicionales o añadir controles de dosimetría in vivo en la máquina de tratamiento).

«Con las herramientas Monte Carlo de RadCalc podemos conseguir la máxima calidad de verificación dosimétrica y no solo para planes de tratamiento sencillos, sino también en escenarios de planificación complejos», afirma Iori. «Ahora mismo, utilizamos los cálculos de Monte Carlo en casi un 30 % de los pacientes de radioterapia externa, sobre todo para indicaciones terapéuticas de cabeza y cuello, tórax y pelvis que muestran los mayores niveles de heterogeneidad de tejido. A la larga, ampliaremos el uso del módulo Monte Carlo a todos los planes de tratamiento».

¿El objetivo clínico último? Mayor precisión en la localización de objetivos y en la distribución de dosis y, en última instancia, mejorar los resultados del tratamiento para los pacientes de cáncer de AUSL-IRCCS.

Cálculo, simulación, validación

La implantación del módulo Monte Carlo 3D de RadCalc 3D en AUSL-IRCCS estuvo precedido de un periodo de «ajuste y validación» preclínicos, a continuación se utilizó el software optimizado para verificar dosimétricamente los complejos planes de tratamiento en los que las distribuciones de dosis medidas pueden ser inexactas debido al algoritmo de cálculo de dosis TPS.

Durante la fase de puesta en marcha, el equipo de físicos médicos de AUSL-IRCCS, junto a sus colegas de la Universidad de Bolonia, construyeron modelos de Monte Carlo a partir de las medidas específicas de puesta en marcha. Para configurar el módulo Monte Carlo, el equipo cargó un archivo con los datos dosimétricos para distintas energías de haz (6X, 6FFF, 10X, 10FFF) en RadCalc e incorporó los valores obtenidos directamente de las mediciones del fantoma (utilizando protocolos definidos para porcentaje de dosis en profundidad y relación fuera del eje).   

Otro paso fundamental consistió en la optimización del parámetro de ajuste de offset de radiación adicional al campo luminoso (ARLF), para la cual se realizaron simulaciones de Monte Carlo en un fantoma uniforme para cuatro valores de ARLF diferentes (para cada energía considerada). El objetivo era conseguir la mayor coherencia de comparación de dosis entre las simulaciones de Monte Carlo y las mediciones volumétricas de control de calidad específicas del paciente (con la evaluación de las distribuciones de dosis y resultados calculados en el fantoma en términos de tasa de aceptación gamma de 2 mm/2 %).

«El estudio preclínico mostró una buena concordancia entre las simulaciones y las mediciones de dosis de Monte Carlo de RadCalc, lo que mejora el rendimiento dosimétrico de la herramienta de doble control utilizada para verificar nuestros planes de tratamiento», explica Iori. «Tras la validación, el módulo Monte Carlo de RadCalc ahora nos permite calcular mejor las dosis del plan de tratamiento en pacientes con cáncer de pulmón y detectar posibles inexactitudes debidas a la homogeneidad del tejido, que no se pueden cuantificar con fantomas homogéneos».

Lecturas adicionales
Giadi Sceni et al. 2023 Tuning and validation of the new RadCalc 3D Monte Carlo-based pre-treatment plan verification toolJournal of Mechanics in Medicine and Biology