Caracterización de un equipo para radioterapia intraoperatoria (ioRT-50)

Abstract

En España se diagnostican cerca de 30.000 nuevos cánceres de mama cada año [1][2], la mayoría de ellos en mujeres. Los estadios en los que se suelen encontrar estos a la hora de la detección son muy variados, pero, dadas las características de este tipo de enfermedad, la acción más usual en el tratamiento es la extirpación del tumor mediante cirugía (tumorectomía). Tras la operación, la paciente se somete a sesiones de radioterapia externa hasta cinco o seis semanas después de la intervención. Dicho procedimiento conlleva grandes esfuerzos físicos, psicológicos y económicos por parte de la paciente y del equipo médico. La tendencia actual de la oncología es minimizar este tipo de procesos, haciéndolos menos invasivos, con menor agresividad y más cortos en el tiempo. Por ello, centros como el Hospital Universitario de Canarias (HUC) han adquirido equipos como el ioRT-50 (intraoperative radiation therapy), de la empresa alemana Ecklert & Ziegler-Womed (WOLF-Medizintechnik GmbH). Se trata de un instrumento de última generación que permite la aplicación de radioterapia superficial e intraoperatoria, adquirido por el hospital en diciembre de 2017 y puesto en marcha en el verano de 2019 [3][4] . El ioRT-50 se puede utilizar en braquiterapia después de la extracción del cáncer de mama bajo unos criterios clínicos específicos, relacionados con la edad de la paciente, el tamaño y localización del tumor y el estiaje de la enfermedad . En el caso de que sea posible su aplicación, el instrumento se introduce en el lecho tumoral, radiándolo para asegurar la eliminación de posibles células cancerígenas residuales. De esta manera, la paciente no tiene que someterse a una radioterapia posterior y despierta de la anestesia con el tratamiento local realizado. Para garantizar su seguridad, es necesaria una caracterización del haz de radiación emitido y control de calidad que asegure el correcto funcionamiento del aparato. En el siguiente documento se detalla el proceso llevado a cabo para la caracterización de los perfiles de radiación, estudiando que los valores de dosis calculados concuerden con los resultados facilitados por el fabricante. En primer lugar, se obtiene la curva de calibración o curva sensitométrica. Este gráfico permite relacionar la duración de los disparos y el oscurecimiento de las películas radiológicas con la dosis radiada. Para ello, se utiliza un aplicador cilíndrico y películas sensibles a la radiación denominadas ETB3. El montaje experimental consiste en láminas de agua sólida, una cámara de ionización y un electrómetro, así como un barómetro y un termómetro. Doce películas se radian en diferentes tiempos, de treinta segundos a seis minutos. Mientras tanto, la carga se detecta tres veces. Al realizar un ajuste lineal, se determinan el resto de los valores. Se pasa de la carga a la dosis por factores de conversión. Las películas se digitalizan con un escáner y se analizan mediante el software libre ImageJ. Se obtiene el valor de oscurecimiento del píxel. Finalmente, este parámetro se relaciona con los datos de dosis medidos mediante un ajuste hiperbólico. Una vez calculada la curva de referencia, se trabaja con los aplicadores esféricos quirúrgicos. La siguiente parte de la caracterización consiste en determinar la duración de los disparos con cada aplicador para irradiar una dosis de 12,5 Gy a 5 mm de profundidad. Para ello, el proceso que se explica a continuación se repite con los cinco aplicadores. Estos dispositivos tienen diámetros de 35 a 55 mm, aumentando de cinco a cinco. El montaje experimental es el siguiente: películas diseñadas para el trabajo, software Rad-Control II y una cuba llena de agua. Preparado el dispositivo, se irradian las películas necesarias. Se realizan dieciséis tomas por cada aplicador, ochenta en total. Las películas se agrupan en series de ocho. La duración de los disparos es de un minuto para los aplicadores SP-35, SP-40 y SP-45 y de dos para los SP-50 y SP-55, todo ello con el objetivo de que los datos no varíen mucho. Una vez radiadas, las películas son recogidas. Se escanean y se analizan con ImageJ. El trazador de rectas se utiliza para obtener el "Plot Profile" de las películas en diferentes ángulos (40º, 50º, 70º, 90º, 130º, sus opuestos, y 180º). Los datos se agrupan en lotes de cuatro películas en un archivo de Excel y abarcan desde el centro de la película hasta el borde. A continuación, se selecciona el valor absoluto de un ángulo y se calcula la curva PDD. Para ello, se realiza un ajuste en Excel. Se representa la tasa de dosis frente a los valores de profundidad y se calculan los parámetros de la curva: la tasa de dosis superficial y el coeficiente de atenuación. Cuando se obtienen dichos coeficientes para todos los ángulos de un aplicador, se sustituyen en una tabla. Se calcula la media y la dosis (12,5 Gy) se divide por ella. Así se calcula la duración del disparo. El proceso se repite para las otras doce películas y para todos los aplicadores. Los nuevos datos se comparan con los de la caracterización anterior y se discuten sus características. Si no se han visto modificados en exceso, el resultado se considera satisfactorio. Finalmente, se comenta la aplicación del ioRT-50 en una sesión de radioterapia intraoperatoria. En primer lugar, es calibrado por la mañana por el equipo de radiofísica. Se trata de un proceso sencillo que dura menos de media hora. Si los resultados son favorables, el instrumento es llevado a quirófano. Una vez extirpado el tumor y realizada la actuación del equipo de medicina nuclear, se aplica el disparo con el tiempo calculado por la calibración anterior. Luego, la incisión se cierra y finaliza la intervención. La participación en un proceso de estas características es fundamental para la experiencia de ser radiofísico.

About 30,000 new breast cancers are diagnosed in Spain each year [1][2], most of them in women. The stages in which these are usually found at the time of detection are very varied, but, given the characteristics of this type of disease, the most common action in treatment is the removal of the tumour by surgery (lumpectomy). After the operation, the patient undergoes external radiotherapy sessions up to five or six weeks after the intervention. This procedure involves great physical, psychological and economic efforts on the part of the patient and the medical team. The current trend of oncology is to minimize this type of process, making them less invasive, less aggressive, and shorter in time. For this reason, centres such as the University Hospital of the Canary Islands (HUC) have acquired devices as the ioRT-50 (intraoperative radiation therapy), from the German company Ecklert & Ziegler - Womed (WOLF-Medizintechnik GmbH). It is a modern instrument that allows the application of superficial and intraoperative radiotherapy, acquired by the hospital in December 2017 and launched in the summer of 2019 [3][4] . IoRT-50 can be used in brachytherapy after breast cancer removal under specific clinical criteria, related to the patient's age, tumor size and location, and disease stretching. If it is possible, the instrument is introduced into the tumor bed, radiating it to ensure the elimination of possible residual cancer cells. In this way, the patient does not have to undergo subsequent radiotherapy and wakes up from the anesthesia with the local treatment performed. To make sure patient safety, calibration is necessary to secure the proper functioning of the device. The following document details the process carried out for this purpose, characterizing the radiation profiles, and studying that the dose values obtained agree with the results of the last calibration and those provided by the literature. First, you get the calibration curve or sensitometric curve. This graph allows to relate the duration of the shots and the darkening of the radiological films with the radiated dose. For this purpose, a cylindrical applicator and radiation-sensitive films called ETB3 are used. The experimental assembly consists of solid water sheets, an ionization chamber, and an electrometer. A barometer and a thermometer are also available. Twelve films are broadcast at different times, from thirty seconds to six minutes. Meanwhile, the load is detected three times. By making a linear adjustment, the rest of the values are determined. It is passed from load to dose by conversion factors. The films are digitized with a scanner and analysed by a free software, ImageJ. The darkening value of the pixel is obtained. Finally, this parameter is related to the dose data measured by hyperbolic adjustment. When the reference curve has been calculated, we work with the surgical spherical applicators. The next part of the calibration consists of determining the duration of the shot with each applicator to radiate a dose of 12,5 Gy at 5 mm depth. To do this, the process explained below is repeated with the five applicators. These devices have diameters from 35 to 55 mm, increasing from five to five. The experimental assembly is as follows: films designed for the job, Rad-Control II software, and a bucket filled with water. Prepared the device, the necessary films are radiated. Sixteen shots are made for each applicator, eighty in total. The films are grouped into series of eight films. The duration of the shots is one minute for the SP-35, SP-40, and SP-45 applicators. The duration for SP-50 and SP-55 is two minutes. The goal is that the data does not vary much. The films are collected. It is scanned with a scanner and analysed with ImageJ. The line selector is used to obtain the “Plot Profile” of the films at different angles (40º, 50º, 70º, 90º, 130º, their opposites, and 180º). The data are grouped into batches of four films in an Excel file and they are from the centre of the film to the edge. Then, the absolute value of an angle is selected and the PDD curve is calculated. To do this, an adjustment is made in Excel. The dose rate versus depth values is represented and the curve parameters are calculated. These are surface dose rate and attenuation coefficient. When they are obtained for all angles in an applicator, the values in a table are substituted. The mean is calculated. The dose (12,5 Gy) is divided by this. Now, the duration of the shot is gotten. The process is repeated for the other twelve films and for all applicators. The new data are checked against those of the previous calibration and its characteristics are discussed. If they have not changed much, the process has been successful. Finally, the application of ioRT-50 in an intraoperative radiotherapy session is discussed. First, it is calibrated in the morning by the radio physics team. It is a simple process, and it lasts less than half an hour. If conditions are favourable, the instrument is taken to the operating room. When the tumour is removed and the nuclear medicine team acts, the device is prepared. The radiology equipment applies the shot with the time given by the previous calibration. Then, the incision is closed and the operation ends. Having participated in this experience is an important part of the work of a radio physicist.