IRAMED es un proyecto Prometeo de 550.000 € financiado por la Generalitat Valenciana que centra sus estudios en optimizar la exposición a la radiación ionizante en tratamientos y radiodiagnóstico, de modo que las dosis que reciben los pacientes se reduzcan al máximo sin afectar a la calidad y precisión del tratamiento o diagnóstico.
PRINCIPALES RETOS
Es bien conocido el efecto nocivo que la radiación ionizante tiene sobre la salud de las personas. Pese a ello, en el ámbito médico, el diagnóstico de enfermedades, así como determinados tratamientos médicos (especialmente para el tratamiento del cáncer) justifican su uso en los pacientes.
El gran reto del proyecto IRAMED es reducir las dosis que reciben los pacientes cuando se les realiza un diagnóstico clínico a través de Tomografía Computarizada o aplicaciones PET-TC o cuando se les realiza un tratamiento de radioterapia o protonterapia.
LA SOLUCIÓN
Para abordar estos retos será necesario desarrollar nuevos métodos numéricos y simulaciones de transporte de partículas según el caso de estudio, empleando principalmente códigos de Monte Carlo.
Para reducir la dosis en TC y PET-CT se utilizarán los métodos de simulación numérica Monte Carlo (PenRed, GEANT, PENELOPE, GATE, GAMOS y MCNP) y las bases de datos proporcionadas en la web de Cancer Imaging Archive. A partir de sinogramas e imágenes reconstruidas se desarrollarán filtros basados en Inteligencia Artificial para reducir artefactos, ruido y mejorar la calidad de la imagen.
Su éxito garantizará en el futuro nuevos sistemas de diagnóstico de cáncer, enfermedades mentales y otras patologías, optimizando las dosis de irradiación a los pacientes.
Por otro lado, se mejorará la precisión en los tratamientos de radioterapia, así como estudiará la reducción de dosis secundarias no deseadas a pacientes y personal generadas por fotoneutrones inducidos en tratamientos de radioterapia de alta energía (Acelerador Lineal -Linac-) y protonterapia.
OBJETIVOS
El gran reto del proyecto IRAMED es reducir las dosis que reciben los pacientes cuando se les realiza un diagnóstico clínico a través de Tomografía Computarizada o aplicaciones PET-TC o cuando se les realiza un tratamiento de radioterapia o protonterapia.
Los objetivos específicos que se plantean en el proyecto IRAMED son:
– Disminución de la dosis de radiación en el radiodiagnóstico, específicamente en la Tomografía Computarizada.
-Reducción de la dosis de radiación en Medicina Nuclear, particularmente en la tecnología PET-CT.
– Minimización de la dosis de radiación en tratamientos de radioterapia y protonterapia.
METODOLOGÍA
O1. REDUCCIÓN DE DOSIS EN CT/TC
TC puede ser utilizado para radiodiagnóstico y para la planificación de un tratamiento de radioterapia. Por ello, en este objetivo se plantean, por un lado, la estimación y reducción de la dosis de la radiación a través de la simulación mediante el código de Monte Carlo PenRed y, por otro lado, la aplicación de técnicas de reconstrucción de imágenes médicas con pocas proyecciones utilizando herramientas de altas prestaciones (HPC), especialmente a aplicaciones 3D TC y Cone-Beam. Además, se desarrollarán nuevas técnicas de filtrado de imagen basadas en las técnicas de Inteligencia Artificial.
O2. REDUCCIÓN DE DOSIS EN PET-CT
La línea de trabajo propuesta consiste, por un lado, en optimizar los métodos para el cálculo de dosis en la técnica PET mediante el método de Monte Carlo y, por otro lado, desarrollar una metodología para comparar las imágenes reales obtenidas por PET (en pruebas clínicas) con imágenes reconstruidas a partir de simulación Monte Carlo. La confluencia de los objetivos permitirá asociar mapas de dosis a cada imagen PET y, en consecuencia, será posible proporcionar información sobre la posible reducción de dosis.
La línea de investigación incluye la verificación de modelos de maniquíes analíticos y antropomórficos con el software GATE, basado en el método de Monte Carlo. Esta herramienta de simulación junto con el software de reconstrucción de imágenes permiten la obtención de imágenes de radiodiagnóstico.
La línea incluye la modelización de prototipos de escáneres PET con espaciados entre anillos para explorar el potencial de los escáneres de coste reducido.
La simulación por Monte Carlo permite desarrollar pruebas de concepto para evaluar el potencial de diversos diseños de nuevos PET.
O3. REDUCCIÓN DE DOSIS EN RADIOTERAPIA Y PROTONTERAPIA
La línea de trabajo propuesta consiste, en primer lugar, en obtener la función de respuesta del equipo de medición, espectrómetro de esferas bonner. Se realizarán medidas experimentales en los diferentes espacios donde se encuentran los equipos de tratamiento de radioterapia y protonterapia. Se obtendrá el espectro de energías a partir de las mediciones realizadas utilizando la matriz de la función de respuesta del sistema de esferas bonner. Una vez se conoce el espectro de energías se puede estimar la dosis absorbida por los pacientes en los puntos considerados en la sala permitiendo así mejorar los tratamientos de cáncer, y reduciendo los cánceres secundarios debidos a la radiación secundaria
O4. COMUNICACIÓN, DIFUSIÓN Y EXPLOTACIÓN DE RESULTADOS
Un objetivo fundamental del proyecto es que los estudios y resultados obtenidos durante el proyecto estén acordes con las necesidades e intereses actuales de la sociedad. El enfoque del proyecto tendrá un impacto científico/tecnológico y es de suma importancia llevar a cabo una campaña exhaustiva de comunicación, difusión y explotación de los resultados que se deriven del proyecto. Colaboraremos con hospitales de la Comunidad Valenciana y empresas del sector de la ingeniería físico-médica para hacer una mayor difusión de los resultados del proyecto y nos comunicaremos con diferentes público-objetivo.
IMPACTO
La hipótesis en la que se basa este proyecto es bastante sencilla: la estimación de las dosis de órganos que reciben los pacientes durante el diagnóstico es información relevante.
A pesar de los esfuerzos de la comunidad de radiología que recomiendan una estimación adecuada de la dosis de radiación, procedimientos consistentes con los criterios ALARA (As Low As Reasonably Achievable), los estudios demuestran que existe una gran variabilidad en la dosis impartida dentro de la misma institución y entre diferentes instituciones, en la dosis para diagnóstico por imagen TC.
El beneficio directo de este proyecto es muy importante, ya que la herramienta propuesta para determinar la dosis dada será rápido y preciso, con posibilidad de integrarlo en el historial dosimétrico del paciente, lo que a largo plazo mejorará la salud pública.
Además, se desarrollarán herramientas que permitan la reconstrucción de imágenes con aplicaciones a TAC 3D y Cone-Beam con pocas proyecciones, de forma que se reduzca así el tiempo de exposición a la radiación de los pacientes. Además, se desarrollarán métodos de IA para eliminar el ruido de las imágenes de TC y mejorar así la calidad de la imagen.
Por otro lado, la radioterapia de alta energía y la protonterapia están asociadas con fotoneutrones rápidos y térmicos. De hecho, la OIEA y el NCRP han recomendado protocolos para el cálculo de un blindaje adecuado contra los neutrones contaminantes. El estudio de estos neutrones permitirá mejorar los diseños de las instalaciones, pero sobre todo permitirá la mejora de la protección radiológica de los pacientes y del personal de estas instalaciones.