Development and validation of a system with 3D scanning of surfaces for the estimation of the dose distribution in intraoperative electron radiotherapy.

La radioterapia intraoperatoria con electrones (RIO) es un procedimiento que combina cirugía y radiación terapéutica con un haz de electrones de alta energía aplicado a los lechos tumorales después de la resección o a tumores residuales. Actualmente, los radiofísicos calculan la dosis asumiendo que  todo es agua a partir del extremo del aplicador que colima la radiación hacia el volumen objetivo. Sin embargo, las irregularidades del lecho tumoral y el espacio de aire entre el aplicador y la superficie a irradiar modifican la dosis considerablemente.
Durante la radioterapia intraoperatoria con electrones (RIO), los tumores, órganos y otros tejidos pueden ser eliminados o desplazados antes de irradiar el lecho tumoral o el tumor residual. Es crucial obtener más información sobre el escenario real de la RIO para estimar mejor la distribución de la dosis en el paciente. Los dispositivos de CT (tomografía computarizada) pueden adquirir imágenes intraoperatorias pero presentan otros inconvenientes con respecto al precio y al tamaño debido al espacio limitado de un quirófano. Una alternativa es escanear la superficie del lecho tumoral. El objetivo de este trabajo de fin de máster fue desarrollar un prototipo de un sistema que permite escanear objetos y también crear imágenes a partir de las superficies adquiridas para ser utilizadas en el sistema de planificación de la RIO. Además, este estudio analizó si la incorporación de superficie con este sistema mejoraba la estimación de la distribución de dosis en los escenarios de la RIO en comparación con el procedimiento estándar. Se compararon dos sistemas de escaneo, el primero basado en holografía conoscópica (sistema ConoSurf) y el segundo basado en la proyección de patrones de luz (Artec Eva™).
El procedimiento fue validado con varios experimentos para analizar si era posible escanear tejidos y cavidades reflectantes con estos dispositivos. En el último experimento, se simuló una cavidad quirúrgica compleja con un tejido animal. Las nubes de puntos y las superficies obtenidas con ambos sistemas de exploración se procesaron y transformaron en imágenes. Estas imágenes fueron introducidas en un sistema de planificación de radioterapia para estimar la distribución de dosis. Estas estimaciones se compararon con una referencia obtenida a partir de una imagen de CT de todo el escenario. Los resultados mostraron una similitud de dosis entre la referencia y las dosis evaluadas del 83% para el sistema ConoSurf (porcentaje medio de vóxeles que cumplen el criterio gamma para todas las comparaciones de dosis, con y sin sangre añadida a la cavidad quirúrgica) y 90% para el sistema Eva. Sin embargo, la similitud de dosis entre la referencia que considera las superficies irregulares y el aire, y la hipótesis tradicional (suponiendo agua desde el extremo del aplicador) fue del 33%. Estos resultados demostraron la mejora obtenida en la estimación de la dosis de RIO gracias a la introducción de la superficie del lecho tumoral (específicamente una imagen creada a partir de esa superficie) en el sistema de planificación de radioterapia, siendo mejor los resultados obtenidos con el sistema Eva.