IRAMED és un projecte Prometeu de 550.000 € finançat per la Generalitat Valenciana que centra els seus estudis a optimitzar l’exposició a la radiació ionitzant en tractaments radioterapèutics i de radiodiagnòstic, de manera que les dosis que reben els pacients es reduïsquen al màxim sense afectar la qualitat i precisió del tractament o diagnòstic.
PRINCIPALS REPTES
És ben conegut l’efecte nociu que la radiació ionitzant té sobre la salut de les persones. Malgrat això, en l’àmbit mèdic, el diagnòstic de malalties, així com determinats tractaments mèdics (especialment per al tractament del càncer) justifiquen el seu ús en els pacients.
El gran repte del projecte IRAMED és reduir les dosis que reben els pacients quan se’ls realitza un diagnòstic clínic a través de Tomografia computeritzada o aplicacions PET-CT o quan se’ls realitza un tractament de radioteràpia o protonteràpia.
LA SOLUCIÓ
Per a abordar aquests reptes serà necessari desenvolupar nous mètodes numèrics i simulacions de transport de partícules segons el cas d’estudi, emprant principalment codis Monte Carlo per a la simulació del transport de partícules .
Per a reduir la dosi en TC i PET-CT s’utilitzaran els codis de simulació numèrica Monte Carlo (PenRed, GEANT, PENELOPE, GATE, GAMOS i MCNP) i les bases de dades proporcionades en la web Cancer Imaging Archive. A partir de sinogrames i imatges reconstruïdes es desenvoluparan filtres basats en Intel·ligència Artificial per a reduir artefactes, soroll i millorar la qualitat de la imatge.
El seu èxit garantirà en el futur nous sistemes de diagnòstic de càncer, malalties mentals i altres patologies, optimitzant les dosis d’irradiació als pacients.
D’altra banda, es millorarà la precisió en els tractaments de radioteràpia, així com s’estudiarà la reducció de dosis secundàries no desitjades a pacients i personal generades per fotoneutrones induïts en tractaments de radioteràpia d’alta energia (Accelerador Lineal -Linac-) i protonteràpia.
OBJECTIUS
El gran repte del projecte IRAMED és reduir les dosis que reben els pacients quan se’ls realitza un diagnòstic clínic a través de Tomografia Computeritzada o aplicacions PET-CT o quan se’ls realitza un tractament de radioteràpia o protonteràpia.
Els objectius específics que es plantegen en el projecte IRAMED són:
– Disminució de la dosi de radiació en el radiodiagnòstic, específicament en la Tomografia Computeritzada.
-Reducció de la dosi de radiació en Medicina Nuclear, particularment en la tecnologia PET-CT.
– Minimització de la dosi de radiació en tractaments de radioteràpia i protonteràpia.
METODOLOGIA
O1. REDUCCIÓ DE DOSI EN TC
La TC pot ser utilitzada per a radiodiagnòstic i per a la planificació d’un tractament de radioteràpia. Per això, en aquest objectiu es plantegen, d’una banda, l’estimació i reducció de la dosi de la radiació a través de la simulació mitjançant el codi de Monte Carlo PenRed i, d’altra banda, l’aplicació de tècniques de reconstrucció d’imatges mèdiques amb poques projeccions utilitzant eines de computació d’altes prestacions (HPC), especialment a aplicacions 3D TC i Cone-Beam. A més, es desenvoluparan noves tècniques de filtrat d’imatge basades en les tècniques d’Intel·ligència Artificial.
O2. REDUCCIÓ DE DOSI EN PET-CT
La línia de treball proposada consisteix, d’una banda, a optimitzar els mètodes per al càlcul de dosi en la tècnica PET mitjançant el mètode de Monte Carlo i, d’altra banda, desenvolupar una metodologia per a comparar les imatges reals obtingudes per PET (en proves clíniques) amb imatges reconstruïdes a partir de simulació Monte Carlo. La confluència dels objectius permetrà associar mapes de dosi a cada imatge PET i, en conseqüència, serà possible proporcionar informació sobre la possible reducció de dosi.
La línia d’investigació inclou la verificació de models de maniquins analítics i antropomòrfics amb el programa GATE, basat en el mètode de Monte Carlo. Aquesta eina de simulació juntament amb el programa de reconstrucció d’imatges permeten l’obtenció d’imatges de radiodiagnòstic.
La línia inclou la modelització de prototips d’escàners PET amb espaiats entre anells per a explorar el potencial dels escàners de cost reduït.
La simulació per Monte Carlo permet desenvolupar proves de concepte per a avaluar el potencial de diversos dissenys de nous PET.
O3. REDUCCIÓ DE DOSI EN RADIOTERÀPIA Y PROTONTERÀPIA
La línia de treball proposada consisteix, en primer lloc, a obtindre la funció de resposta de l’equip de mesura, espectròmetre d’esferes bonner. Es realitzaran mesures experimentals en els diferents espais on es troben els equips de tractament de radioteràpia i protonteràpia. S’obtindrà l’espectre d’energies a partir dels mesuraments realitzats utilitzant la matriu de la funció de resposta del sistema d’esferes bonner. Una vegada es coneix l’espectre d’energies es pot estimar la dosi absorbida pels pacients en els punts considerats a la sala permetent així millorar els tractaments de càncer, i reduint els càncers secundaris deguts a la radiació secundària.
O4. COMUNICACIÓ, DIFUSIÓ I EXPLOTACIÓ DE RESULTATS
Un objectiu fonamental del projecte és que els estudis i resultats obtinguts durant el projecte estiguen concordes amb les necessitats i interessos actuals de la societat. L’enfocament del projecte tindrà un impacte científic/tecnològic i és de molta importància dur a terme una campanya exhaustiva de comunicació, difusió i explotació dels resultats que es deriven del projecte. Col·laborarem amb hospitals de la Comunitat Valenciana i empreses del sector de l’enginyeria física-mèdica per a fer una major difusió dels resultats del projecte i ens comunicarem amb diferents públic-objectiu.
IMPACTE
La hipòtesi en la qual es basa aquest projecte és bastant senzilla: l’estimació de les dosis d’òrgans que reben els pacients durant el diagnòstic és informació rellevant.
Malgrat els esforços de la comunitat de radiologia que recomanen una estimació adequada de la dosi de radiació, procediments consistents amb els criteris ALARA (As Low As Reasonably Achievable), els estudis demostren que existeix una gran variabilitat en la dosi impartida dins de la mateixa institució i entre diferents institucions, en la dosi per a diagnòstic per imatge TC.
El benefici directe d’aquest projecte és molt important, ja que l’eina proposada per a determinar la dosi donada serà ràpid i precís, amb possibilitat d’integrar-lo en l’historial dosimètric del pacient, la qual cosa a llarg termini millorarà la salut pública.
A més, es desenvoluparan eines que permeten la reconstrucció d’imatges amb aplicacions a TAC 3D i Cone-Beam amb poques projeccions, de manera que es reduïsca així el temps d’exposició a la radiació dels pacients. A més, es desenvoluparan mètodes de IA per a eliminar el soroll de les imatges de TC i millorar així la qualitat de la imatge.
D’altra banda, la radioteràpia d’alta energia i la protonteràpia estan associades amb fotoneutrons ràpids i tèrmics. De fet, l’OIEA i el NCRP han recomanat protocols per al càlcul d’un blindatge adequat contra els neutrons contaminants. L’estudi d’aquests neutrons permetrà millorar els dissenys de les instal·lacions, però sobretot permetrà la millora de la protecció radiològica dels pacients i del personal d’aquestes instal·lacions.