Repositorio
Institucional

Fuentealba, Melani

Complete Dosimetric Characterization of an In-House Manufactured SFRT Grid Collimator by 3D Printing with PLA-W Composite Filament

MDPI

POLYMERS

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This study presents a comprehensive dosimetric characterization and commissioning of a grid-type collimator manufactured via 3D printing using PLA-W composite filament, following an international protocol for small-field dosimetry. PLA doped with high concentrations of tungsten (>90% w/w) enables the fabrication of miniaturized collimators (<1 cm) with complex geometries, suitable for non-conventional radiotherapy applications. However, accurate assessment of spatial dose modulation is challenged by penumbra overlap between closely spaced beamlets, limiting the application of conventional instrumentation and protocols. To address this, absolute and relative dose distributions were evaluated for various radiation field configurations (number of beamlets) in both lateral and depth directions. Measurements were performed according to the IAEA TRS-483 protocol, using micro-ionization chambers and diode detectors. Additionally, long-term stability assessments were carried out to evaluate both the structural integrity and modulation performance of the printed grid over time. Point dose measurements using the same detectors were repeated after one year, and 2D surface dose distributions measured with EBT3 films were compared to SRS MapCHECK measurements two years later. The generated radiation field size of the central beamlet (FWHM) differed by less than 0.2% (15.8 mm) from the physical projection size (15.6 mm) and the lateral transmission due simultaneous beamlets resulted in FWHM variations of less than 3.8%, confirming manufacturing precision and collimator capability. Output factor measurements increased with the number of beamlets, from 0.75 for a single beamlet to 0.82 for the full beamlets configuration. No significant changes were observed in the depth of maximum dose across the different beamlets configurations (1.20 +/- 0.20 cm). On the other hand, the long-term evaluations show no relevant changes in the FWHM or VPR, confirming the performance and reliability of the system. These results support the clinical feasibility and lasting performance stability of in-house manufactured grid collimators using PLA-W filaments and accessible 3D printing technology.Este estudio presenta una caracterización dosimétrica integral y la puesta en marcha de un colimador de tipo rejilla fabricado mediante impresión 3D con filamento compuesto de PLA-W, siguiendo un protocolo internacional para dosimetría de campo pequeño. El PLA dopado con altas concentraciones de tungsteno (>90 % p/p) permite la fabricación de colimadores miniaturizados (<1 cm) con geometrías complejas, adecuados para aplicaciones de radioterapia no convencionales. Sin embargo, la evaluación precisa de la modulación espacial de la dosis se ve dificultada por la superposición de la penumbra entre haces muy próximos, lo que limita la aplicación de instrumentación y protocolos convencionales. Para abordar este problema, se evaluaron las distribuciones de dosis absolutas y relativas para diversas configuraciones de campo de radiación (número de haces) tanto en dirección lateral como en profundidad. Las mediciones se realizaron de acuerdo con el protocolo IAEA TRS-483, utilizando cámaras de microionización y detectores de diodo. Además, se llevaron a cabo evaluaciones de estabilidad a largo plazo para evaluar tanto la integridad estructural como el rendimiento de modulación de la rejilla impresa a lo largo del tiempo. Las mediciones de dosis puntuales con los mismos detectores se repitieron un año después, y las distribuciones de dosis superficiales 2D medidas con películas EBT3 se compararon con las mediciones SRS MapCHECK dos años después. El tamaño del campo de radiación generado del haz central (FWHM) difirió en menos del 0,2 % (15,8 mm) del tamaño de proyección física (15,6 mm) y la transmisión lateral debido a haces simultáneos resultó en variaciones de FWHM de menos del 3,8 %, lo que confirma la precisión de fabricación y la capacidad del colimador. Las mediciones del factor de salida aumentaron con el número de haces, de 0,75 para un solo haz a 0,82 para la configuración de haces completos. No se observaron cambios significativos en la profundidad de la dosis máxima en las diferentes configuraciones de haces (1,20 +/- 0,20 cm). Por otro lado, las evaluaciones a largo plazo no muestran cambios relevantes en el FWHM o VPR, lo que confirma el rendimiento y la fiabilidad del sistema. Estos resultados respaldan la viabilidad clínica y la estabilidad del rendimiento a largo plazo de los colimadores de rejilla fabricados internamente utilizando filamentos de PLA-W y tecnología de impresión 3D accesible.

artículo original

grid collimator

3D printing

PLA-W

SFRT

grid dosimetry

10.3390/polym17111496

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FRACTIONATED RADIATION-THERAPY

MANAGEMENT

CANCER

BLOCK

FRACTIONATED RADIATION-THERAPY

MANAGEMENT

CANCER

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Ingeniería Médica

Tecnología Médica

Ingeniería de los Materiales

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WOS:001506488300001

Complete Dosimetric Characterization of an In-House Manufactured SFRT Grid Collimator by 3D Printing with PLA-W Composite Filament

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POLYMERS

Polymer Science

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CC BY 4.0

ANID program through FONDECYT Regular#Research Division of the UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA through DIUFRO#Programa de Doctorado en Ingenieria, Sede Universidad de La Frontera

ANID program through FONDECYT Regular [1251313]

Research Division of the UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA through DIUFRO [DIM23-0014]

Programa de Doctorado en Ingenieria, Sede Universidad de La Frontera

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