Repositorio
Institucional

Figueroa, Rodolfo

Development and Validation of Monte Carlo Methods for Converay: A Proof-of-Concept Study

MDPI

CANCERS

en

Background: Radiotherapy technology has undergone significant advancements, driven by the pursuit of improved tumor control probabilities and reduced normal tissue complication probabilities. This has been achieved primarily through innovative approaches that prioritize high dose conformity on complex treatment targets. The CONVERAY project introduces a groundbreaking teletherapy system featuring a convergent X-ray beam, which enables highly conformal dose distributions by converging photons to a focal spot, thereby achieving exceptionally high fluence rates. Methods: Customized Monte Carlo subroutines have been developed to simulate particle fluence and associated dosimetry effects for the CONVERAY device. This simulation approach facilitated a detailed, step-by-step characterization of radiation fluence and interaction processes, enabling seamless integration with a conventional clinical linear accelerator head. Key physical properties of the radiation beam have been comprehensively characterized for various CONVERAY configurations, providing a solid foundation for evaluating the corresponding dosimetry performance. Results: Monte Carlo simulations successfully tracked the phase state of the CONVERAY device, characterizing the influence of individual components on convergent photon beam production. Simulations evaluated dosimetry performance, confirming the device's capability to achieve high dose concentrations around the focal spot. Preliminary tests on realistic scenarios (intracranial and pulmonary irradiations) demonstrated promising spatial dose concentration within tumor volumes, while gantry rotation significantly improved dose conformation. Conclusions: This proof-of-concept Monte Carlo study of the CONVERAY prototype provided critical insights into the generation of convergent X-ray beams, validating the device's ability to achieve its primary objective. Notably, simulation results reveal the potential for exceptionally high dose concentrations within complex treatment volumes, demonstrating promising dosimetry performance.Antecedentes: La tecnología de radioterapia ha experimentado avances significativos, impulsados ​​por la búsqueda de mejores probabilidades de control tumoral y menores probabilidades de complicaciones en tejidos sanos. Esto se ha logrado principalmente mediante enfoques innovadores que priorizan la alta conformidad de dosis en objetivos de tratamiento complejos. El proyecto CONVERAY introduce un innovador sistema de teleterapia con un haz de rayos X convergente, que permite distribuciones de dosis altamente conformadas al converger fotones en un punto focal, logrando así tasas de fluencia excepcionalmente altas. Métodos: Se han desarrollado subrutinas Monte Carlo personalizadas para simular la fluencia de partículas y los efectos dosimétricos asociados para el dispositivo CONVERAY. Este enfoque de simulación facilitó una caracterización detallada y paso a paso de la fluencia de radiación y los procesos de interacción, permitiendo una integración perfecta con un cabezal de acelerador lineal clínico convencional. Se han caracterizado exhaustivamente las propiedades físicas clave del haz de radiación para diversas configuraciones de CONVERAY, proporcionando una base sólida para evaluar el rendimiento dosimétrico correspondiente. Resultados: Las simulaciones Monte Carlo rastrearon con éxito el estado de fase del dispositivo CONVERAY, caracterizando la influencia de los componentes individuales en la producción del haz de fotones convergente. Las simulaciones evaluaron el rendimiento dosimétrico, confirmando la capacidad del dispositivo para lograr altas concentraciones de dosis alrededor del punto focal. Las pruebas preliminares en escenarios realistas (irradiaciones intracraneales y pulmonares) demostraron una prometedora concentración espacial de la dosis dentro de los volúmenes tumorales, mientras que la rotación del gantry mejoró significativamente la conformación de la dosis. Conclusiones: Este estudio de Monte Carlo de prueba de concepto del prototipo CONVERAY proporcionó información crucial sobre la generación de haces de rayos X convergentes, validando la capacidad del dispositivo para lograr su objetivo principal. Cabe destacar que los resultados de la simulación revelan el potencial para lograr concentraciones de dosis excepcionalmente altas dentro de volúmenes de tratamiento complejos, lo que demuestra un rendimiento dosimétrico prometedor.

artículo original

convergent beam radiotherapy

CONVERAY system

Monte Carlo simulation

10.3390/cancers17071189

pdf

BODY RADIATION-THERAPY

CANCER

CODE

BODY RADIATION-THERAPY

CANCER

CODE

Radiología, Medicina Nuclear y de Imágenes

Ingeniería Médica

Otras Especialidades de la Física

versión publicada

dorada

verde

acceso abierto

acceso abierto

WOS:001463611700001

Development and Validation of Monte Carlo Methods for Converay: A Proof-of-Concept Study

artículo original

MDPI

CANCERS

Oncology

en

CC BY 4.0

FONDEF-ANID, Chile#Universidad de La Frontera

FONDEF-ANID, Chile

Universidad de La Frontera

[it19i0108]

pdf