Dosimetría y modelado computacional para irradiaciones extracorpóreas en humanos en el marco de la Terapia por Captura Neutrónica en Boro
2015
| Tesista | Rubén Oscar FARÍAS Ingeniero en Física Médica - Universidad Favaloro - Argentina Doctor en Ciencia y Tecnología, mención Física Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina |
| Directores | Dra. Sara J. GONZÁLEZ, CNEA, CONICET - Argentina |
| Lugar de realización | Gerencia Investigación y Aplicaciones - Centro Atómico Constituyentes - Argentina |
| Fecha Defensa | 31/07/2015 |
| Jurado | Dra. Mariel GALASSI, Universidad Nacional de Rosario, CONICET - Argentina Dr. Alejandro MAZAL, Instituto Curie - París - Francia Dr.Alejandro VALDA OCHOA, UNSAM - Argentina |
| Código | IS/TD 93/15 |
Título completo
Dosimetría y modelado computacional para irradiaciones extracorpóreas en humanos en el marco de la Terapia por Captura Neutrónica en Boro
Resumen
El objetivo general de esta tesis se enmarca en el proyecto de la Terapia por Captura Neutrónica en Boro (BNCT) propulsado en Argentina por la Comisión Nacional de Energía Atómica. El trabajo realizado se focaliza en la aplicación de BNCT para el tratamiento de cáncer metastásico múltiple de pulmón como un método promisorio en pacientes sin alternativa terapéutica efectiva.
Una propuesta innovadora en BNCT es la irradiación extracorpórea de órganos o BNCT ex –situ. Con el objetivo de tratar hígado y pulmón, la Argentina desarrolló una facilidad biomédica en el reactor RA-3 del Centro Atómico Ezeiza.
Esta tesis contribuyó a varios aspectos relacionados con el estudio de factibilidad de la aplicación de BNCT ex –situ al cáncer metastásico difuso de pulmón. En el presente trabajo se determinó, construyó y validó el primer modelo computacional completo de la facilidad biomédica del RA-3. Complementariamente, se desarrolló el método de reconstrucción geométrica novel MultiCell que, combinado con métodos de corrección, permite obtener una dosimetría adecuada para la clínica en tiempos cortos. Se introdujeron además herramientas y conceptos novedosos en planificación, comprendiendo un modelo de probabilidad de control tumoral para tratamientos hipofraccionados y dosis no uniformes.
La aplicación de BNCT ex –situ al tratamiento de pulmón en humanos se analizó a la luz de los estudios pre-clínicos realizados en el modelo de pulmón sano de oveja. En base a los resultados de biodistribución en modelo animal se evaluó el potencial terapéutico considerando un pulmón humano real. Se concluyó que el tratamiento propuesto presenta un beneficio neto, alcanzándose una fracción esperada de nódulos controlados muy favorable superior al 85%. Finalmente, se estudió la factibilidad de aplicación de BNCT in –situ en tumores de pulmón localizados.
Colectivamente, los resultados obtenidos en este trabajo sugieren que las aplicaciones de BNCT ex –situ e in –situ serían realizables y altamente promisorias, con capacidad de contribuir al tratamiento de tumores pulmonares no tratables mediante técnicas convencionales, incrementando la sobrevida general y la calidad de vida del paciente.
Palabras Claves: BNCT ex –situ, dosimetría, planificación de tratamientos, MCNP, metástasis pulmonares, cáncer de pulmón de células no pequeñas.
Una propuesta innovadora en BNCT es la irradiación extracorpórea de órganos o BNCT ex –situ. Con el objetivo de tratar hígado y pulmón, la Argentina desarrolló una facilidad biomédica en el reactor RA-3 del Centro Atómico Ezeiza.
Esta tesis contribuyó a varios aspectos relacionados con el estudio de factibilidad de la aplicación de BNCT ex –situ al cáncer metastásico difuso de pulmón. En el presente trabajo se determinó, construyó y validó el primer modelo computacional completo de la facilidad biomédica del RA-3. Complementariamente, se desarrolló el método de reconstrucción geométrica novel MultiCell que, combinado con métodos de corrección, permite obtener una dosimetría adecuada para la clínica en tiempos cortos. Se introdujeron además herramientas y conceptos novedosos en planificación, comprendiendo un modelo de probabilidad de control tumoral para tratamientos hipofraccionados y dosis no uniformes.
La aplicación de BNCT ex –situ al tratamiento de pulmón en humanos se analizó a la luz de los estudios pre-clínicos realizados en el modelo de pulmón sano de oveja. En base a los resultados de biodistribución en modelo animal se evaluó el potencial terapéutico considerando un pulmón humano real. Se concluyó que el tratamiento propuesto presenta un beneficio neto, alcanzándose una fracción esperada de nódulos controlados muy favorable superior al 85%. Finalmente, se estudió la factibilidad de aplicación de BNCT in –situ en tumores de pulmón localizados.
Colectivamente, los resultados obtenidos en este trabajo sugieren que las aplicaciones de BNCT ex –situ e in –situ serían realizables y altamente promisorias, con capacidad de contribuir al tratamiento de tumores pulmonares no tratables mediante técnicas convencionales, incrementando la sobrevida general y la calidad de vida del paciente.
Palabras Claves: BNCT ex –situ, dosimetría, planificación de tratamientos, MCNP, metástasis pulmonares, cáncer de pulmón de células no pequeñas.
Complete Title
Dosimetry and computational modelling for extracorporeal irradiations in humans within boron neutron capture therapy
Abstract
The overall objective of this thesis is part of the Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) project carried out by the National Atomic Energy Commission in Argentina. This work focuses towards the application of BNCT for the treatment of multiple metastatic lung cancer as a promising method in patients with no effective therapeutic alternative.
An innovative proposal in BNCT is the extracorporeal irradiation of isolated organs, or ex-situ BNCT. Argentina developed an irradiation facility in the RA-3 reactor located at Ezeiza Atomic Center to treat an isolated liver or lung.
The work carried out in this thesis contributed to various aspects of the feasibility study for the application of ex-situ BNCT for diffuse metastatic lung cancer. As part of this work, the first complete computational model of the biomedical facility of the RA-3 reactor was determined, constructed and validated. In addition, a novel geometric reconstruction algorithm called MultiCell was developed, which combined with appropriate correction methods, allows obtaining adequate estimates for clinical BNCT in a short time. New concepts in BNCT treatment planning were also discussed, introducing a tumor control probability model that considers hypofractionated treatments and no uniform tumor doses.
The application of ex-situ BNCT for the treatment of diffuse metastatic lung cancer in humans was analyzed in light of the preclinical studies performed on the healthy sheep lung model. From the boron biodistribution results in animals, the therapeutic potential of the treatment based on a real human lung was assessed. It was concluded that the proposed treatment presents a net benefit, reaching an expected fraction of controlled nodes greater than 85%. Finally, the feasibility of in-situ BNCT for the treatment of localized lung tumors was assessed. Collectively, the results and analysis presented in this work suggest that ex-situ and in-situ BNCT would be feasible and highly promising techniques, which could greatly contribute to the treatment of diffuse and localized lung tumors untreatable by conventional techniques, increasing the expected overall survival and the patients’ quality of life.
Keywords: ex-situ BNCT, dosimetry, treatment plannig, MCNP, lung metastases, non small cell lung cancer.
An innovative proposal in BNCT is the extracorporeal irradiation of isolated organs, or ex-situ BNCT. Argentina developed an irradiation facility in the RA-3 reactor located at Ezeiza Atomic Center to treat an isolated liver or lung.
The work carried out in this thesis contributed to various aspects of the feasibility study for the application of ex-situ BNCT for diffuse metastatic lung cancer. As part of this work, the first complete computational model of the biomedical facility of the RA-3 reactor was determined, constructed and validated. In addition, a novel geometric reconstruction algorithm called MultiCell was developed, which combined with appropriate correction methods, allows obtaining adequate estimates for clinical BNCT in a short time. New concepts in BNCT treatment planning were also discussed, introducing a tumor control probability model that considers hypofractionated treatments and no uniform tumor doses.
The application of ex-situ BNCT for the treatment of diffuse metastatic lung cancer in humans was analyzed in light of the preclinical studies performed on the healthy sheep lung model. From the boron biodistribution results in animals, the therapeutic potential of the treatment based on a real human lung was assessed. It was concluded that the proposed treatment presents a net benefit, reaching an expected fraction of controlled nodes greater than 85%. Finally, the feasibility of in-situ BNCT for the treatment of localized lung tumors was assessed. Collectively, the results and analysis presented in this work suggest that ex-situ and in-situ BNCT would be feasible and highly promising techniques, which could greatly contribute to the treatment of diffuse and localized lung tumors untreatable by conventional techniques, increasing the expected overall survival and the patients’ quality of life.
Keywords: ex-situ BNCT, dosimetry, treatment plannig, MCNP, lung metastases, non small cell lung cancer.
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