Optimización del haz de protones en un sistema de hadronterapia usando Geant4

Abstract

Estudiar un sistema de hadronterapia por simulación es útil porque permite optimizar la entrega de dosis sin las limitaciones prácticas de los estudios experimentales. En este contexto, Geant4 ofrece una herramienta poderosa al incluir un modelo basado en el sistema clínico real CATANA, utilizado para tratar tumores con haces de protones. Este entorno permite analizar de forma controlada cómo distintas configuraciones afectan la distribución de dosis. El objetivo de este trabajo fue optimizar la calidad del haz de protones mediante el análisis del efecto de parámetros geométricos y energéticos sobre la distribución de dosis, utilizando dicho modelo. Se implementaron simulaciones Monte Carlo (Geant4) variando tres factores clave: la energía inicial del haz (35-70 MeV en intervalos de 5 MeV), la distancia entre el range shifter y los colimadores (20-40 cm en pasos de 5 cm), y la activación selectiva de componentes de la geometría. Para cada configuración se simularon perfiles de dosis en un fantoma de agua, a partir de los cuales se calcularon métricas como el FWHM (ancho a mitad de altura del pico de Bragg), dispersión lateral (porcentaje relativo a la dosis máxima), gradientes proximal y distal, y la estabilidad del plateau en curvas SOBP (Spread-Out Bragg Peak), determinada por su pendiente y la homogeneidad de la dosis. Los resultados mostraron que el rango energético óptimo fue de 35 a 65 MeV, y que una distancia de 250 mm entre el range shifter y el colimador produjo un FWHM mínimo de 1.50 mm y una dispersión lateral del 92.68%. Además, la inclusión del range shifter mejoró la uniformidad del plateau, reduciendo su pendiente de 0.50%/mm a -0.25%/mm y elevando la dosis promedio del 94.6% al 96.5%. Este trabajo aporta evidencia cuantitativa sobre cómo ajustes geométricos y energéticos pueden mejorar la conformación espacial de la dosis en hadronterapia.