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IFIC/ 07-32
21 Junio 2007
Memoria Científico-Técnica
INSTITUTO DE FÍSICA MÉDICA:
Investigación en Imagen y
Aceleradores aplicada a Medicina
C.Ares7, L.Arribas3, A.Ayuso-Sacido5, G.Baeza6, F.Ballester1, J.M.Benlloch1, J.Bernabéu1, J.Bernabéu-Verdú1, D.Errandonea4, A.Faus-Golfe1, A.Ferrer1,
J. Fuster1, J.J.García-Garrigós1, J.García-Verdugo5, C.Lacasta1, A.Llombart3, M.Llombart-Fuertes3, M. Lloret2, J.Navarro1, A.Pérez1,
J.Pérez-Calatayud2, I.Petschen2, M.Rafecas1, J.Salt1, F.Sánchez1, J.Sánchez1,
A.Sebastiá8, J.L.Taín1, J.Velasco1
1 IFIC, Universidad de Valencia - CSIC 2 Hospital Universitario “LA FE”, Valencia 3 Instituto Valenciano de Oncología (IVO), Valencia 4 Instituto de Ciencia de Materiales-Universidad de Valencia 5 Instituto Cavanilles-Universidad de Valencia 6 Centro de Investigación “PRINCIPE FELIPE”, Valencia 7 Center for Proton Radiation Therapy-PSI, Villigen, Suiza 8 Universidad Politécnica de Valencia
[email protected]@uv.es
Contenido
– RESUMEN – SECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN
Motivación y Objetivos Programa Científico e Interés Tecnológico Descripción de Talleres Centros Asociados Comité Asesor Anexo
– SECCIÓN 2: EL ACELERADOR E INSTRUMETACIÓN ASOCIADA Esquema general Sistema de producción del haz Sistema de selección de energía Sistema de transporte del haz Sistema de distribución del haz Sistema de posicionamiento del paciente y su verificación Sistemas de seguridad y control Investigación y desarrollo en aceleradores
– SECCIÓN 3: INSTALACIONES DE SERVICIO A PACIENTES Características Físicas, Radiobiológicas y Técnicas Referencias Históricas Experiencia Clínica: Localizaciones tumorales Estudio Epidemiológico Requerimientos de la Zona Asistencial Proyecto de la Parte Clínica del CPTV
– SECCIÓN 4: I+D EN DETECTORES Introducción Sensores para Imagen Nuevos Sensores Aparatos Multiuso Monitoraje del Tratamiento Calibración del haz de Protones: Microdosimetría Conectividad y Encapsulado Infraestructura
– SECCIÓN 5: I+D EN EQUIPOS PARA DIAGNÓSTICO Desarrollo de Técnicas y Sistemas Avanzados de Diagnóstico Cámaras de Investigación Pre-Clínicas Cámaras de Diagnóstico Clínico Despliegue de Infraestructuras Estimación de Costes
– SECCIÓN 6: I+D EN IMAGEN MÉDICA
La Imagen, el Diagnóstico y la Protonterapia Motivación y Objetivos Líneas de Investigación Simulaciones Monte-Carlo Experiencia previa Infraestructura
– SECCIÓN 7: APLICACIONES CIENTÍFICO-TECNOLÓGICAS Motivación Verificación y Caracterización de Componentes Electrónicos Inspección no destructiva de Objetos Ciencias de la Tierra y Planetarias Datos Nucleares para la Ciencia y la Tecnología Desarrollo de Instrumentación Avanzada Evaluación del efecto de la Protonterapia sobre tumores cerebrales Infraestructura y Personal
– SECCIÓN 8: ESTUDIOS CLINICOS Y PROTOCOLOS Radioterapia y Hadronterapia Ventajas Radiobiológicas de la Protonterapia Indicaciones Clínicas de la Terapia de Partículas Número de Pacientes para Protonterapia Estudios Clínicos Planificación del Tratamiento
– SECCIÓN 9: PROTECCIÓN RADIOLÓGICA Y SU ORGANIZACIÓN Principios Básicos de Protección Radiológica Necesidad de aplicación de la Protección Radiológica Procedimiento administrativo Plan de Aplicación en el futuro Acelerador. Organización de la Protección Radiológica en el CPTV. Equipamiento y material de Protección Radiológica.
– SECCIÓN 10: INFORMÁTICA EN EL IFIMED Aspectos importantes Comunicaciones Comprobaciones Servicios Centro de Cálculo Personal GRID y e-Ciencia Proyectos de Investigación
– SECCIÓN 11: OBRA CIVIL Planos de las instalaciones
– SECCIÓN 12: ASPECTOS FINANCIEROS Presupuesto de Construcción y Operación Plan de Financiación
– SECCIÓN 13: DIFUSIÓN Y COMUNICACIÓN Marco histórico y conceptual Objetivos en la etapa de realización del IFIMED Infraestructura y Personal
Gran Instalación de Investigación en Física Médica
RESUMEN
La Gran Instalación de Investigación en Física Medica será un Instituto
(IFIMED) que desarrollará aplicaciones de las técnicas de física de partículas y nuclear
a la terapia y el diagnóstico de enfermedades oncológicas y neurodegeneratívas, a la vez
que prestará un servicio de tratamiento terapéutico en el Centro de Protonterapia
(CPTV). En dicha Infraestructura Singular habrá componentes de Investigación y
Desarrollo de detectores de partículas, equipamientos para diagnóstico, ciencia de
imagen y aceleradores, así como I+D en aplicaciones científico-tecnológicas. La
integración de todas esas actividades impulsará la consiguiente transferencia de la
tecnología innovadora desarrollada en el IFIMED a los sectores médico e industrial
españoles. Los principales beneficiarios serán por tanto la investigación científica con
aplicaciones médicas, sus desarrollos tecnológicos y la sanidad española.
Se construirá sobre una superficie de 26.500 m2 en el entorno del Parque
Científico de la Universidad de Valencia en su Campus de Burjassot-Paterna.
El IFIMED contará con equipamiento y dispositivos capaces de conseguir los
objetivos principales siguientes:
• La puesta en funcionamiento de una instalación de tipo Ciclotrón con energía
de 230 MeV para la producción de haces de protones. Su aplicación fundamental será,
mediante un haz de blanco fijo y tres haces dirigidos a Salas con gantries, la terapia
oncológica especializada basada en el pico de Bragg y un diagnóstico preciso avanzado.
• La disponibilidad de una quinta línea de haz para Investigación y Desarrollo en
Aplicaciones Científico-Tecnológicas: Aceleradores, Detectores de partículas, Física
Nuclear, Ciencia de Materiales, Ciencias del Espacio, Radiobiología, Electrónica, así
como otras múltiples aplicaciones científicas, tecnológicas y médicas.
• El desarrollo de dispositivos de diagnóstico innovadores para la detección de
las principales enfermedades oncológicas, neurodegeneratívas y cardiológicas mediante
la investigación en técnicas de imagen molecular funcional.
• La realización de estudios clínicos sistemáticos de la eficiencia de la terapia
mediante hadrones para curar diferentes tipos de cáncer comparada con la radioterapia
convencional. Esos estudios serán realizados utilizando las técnicas de GRID para el
almacenamiento y tratamiento de las bases de datos en el marco de la colaboración
ofrecida por la Red Europea ENLIGHT.
• -La formación de físicos, ingenieros y médicos para la operación y servicio de
los instrumentos de la Instalación, como terapia y diagnóstico, así como la de los físico-
médicos para hospitales.
El proyecto del IFIMED ha surgido como una iniciativa de un grupo promotor
en el seno del IFIC (Instituto de Física Corpuscular, Centro Mixto de la Universidad de
Valencia y el CSIC). En el Grupo de Trabajo, que preparó el Proyecto Conceptual
(IFIC/05-47, 25 de septiembre de 2005), se han integrado científicos, tecnólogos y
médicos adicionales del propio IFIC, el Hospital Universitario La Fe, el Instituto
Valenciano de Oncología (IVO), el Hospital Clínico de la Facultad de Medicina, el
Hospital General Universitario, el Hospital 9 de Octubre y los Departamentos de
Tecnología Electrónica de las Universidades de Valencia. Se cuenta además con la
colaboración de otros expertos españoles y extranjeros como consultantes y/o
pertenecientes a un Comité Asesor.
No ha existido ni existe otra instalación de estas características en España.
Instalaciones similares están siendo ahora proyectadas en los países más desarrollados,
con el fin de hacer efectivo su compromiso para proteger y mejorar la salud de sus
ciudadanos.
Sección 1: INTRODUCCIÓN
1.1. Motivación y objetivos
El cáncer es la segunda causa de muerte en los países desarrollados. Alrededor
del 45% de los pacientes con cáncer se cura mediante los métodos terapéuticos
disponibles en la actualidad: Cirugía, Radioterapia y Quimioterapia. La detección
precoz juega un papel primordial en la curación. Desgraciadamente muchos pacientes
que alcanzan la curación mediante los métodos convencionales de terapia sufren
efectos secundarios tardíos que limitan su calidad de vida.
La novedosa terapia de protones en oncología tiene una superior eficacia en
muchos tipos de tumores, especialmente en los casos en los que el tejido cancerigeno
está próximo a un órgano vital. Ello se debe a la gran precisión que se puede alcanzar
mediante los haces de protones, basada en las diferentes propiedades de propagación
de partículas pesadas en materia, frente a la de los fotones y electrones.
El problema principal con la radioterapia es encontrar el modo de maximizar
la dosis aplicada en la
posición del tumor sin
dañar los tejidos sanos
circundantes. Este
requerimiento es muy
difícil de conseguir con
rayos X y rayos Gamma.
La razón física de tal
comportamiento es que la
radioterapia distribuye el
depósito de energía desde
la entrada de la radiación
en la materia, siendo superior en la zona cercana a la superficie. Si el cáncer está
localizado muy profundamente en el cuerpo, los tejidos sanos quedan dañados. Por el
Figura 1
1-1
contrario, los haces de protones depositan la mayor parte de su energía en la posición
en la que se detienen, conduciendo al pico de Bragg en la distribución de la dosis
energética depositada como función de la profundidad en agua (véase Figura 1).Tal
como se observa, además de una menor dosis depositada a lo largo de toda la
trayectoria de la partícula pesada, la distribución se corta muy rápidamente detrás del
pico de Bragg. La disminución drástica de los efectos secundarios tardíos en los
tejidos sanos circundantes (véase Figura 2) tiene una importancia especial sobre todo
para el tratamiento de tumores en ojos, próstata, ciertas zonas del cerebro, niños y en
general para tumores sólidos en los que el uso de la radioterapia convencional
presenta riesgos. Además los protones tienen trayectorias rectilíneas muy bien
definidas, dejando una traza sin depósito lateral de energía.
La instalación de terapia mediante haces de protones hasta 230 MeV permitirá
alcanzar tumores hasta una profundidad de 32 cm. y servirá para atender a pacientes
oncológicos de toda España. Con la distribución de haces y tiempos previstos en la
Instalación, el número estimado de pacientes que pueden ser tratados en esta
Instalación es de 1500 a 2000 casos por año, una fracción considerable del número
recomendado por expertos internacionales para un país como España.
Algunos instrumentos de
diagnóstico avanzado tienen
aplicaciones inmediatas. El Neuro-
PET es el más eficaz en detectar
enfermedades neuro-degenerativas,
la Cámara Compton es una sonda
intra-rectal para el diagnóstico del cáncer de próstata, el PEM proporciona la
detección precoz del cáncer de mama, el Cardio-SPECT es un utensilio fundamental
para diagnóstico de la enfermedad coronaria, la Micro-Cámara Tomográfica por
Emisión de Positrones, Micro-PET, permite estudios clínicos y de investigación
biomédica.
Figura 2
La Investigación y Desarrollo en detectores para diagnóstico de enfermedades
oncológicas y neurodegenerativas ha sido realizada en los últimos años en el IFIC y se
1-2
han desarrollado algunos prototipos innovadores. En el IFIMED, la I+D en estos
instrumentos y en general su orientación hacia la imagen médica funcional será un
objetivo prioritario. Esta Instalación está diseñada con las características apropiadas
para generar nuevas aplicaciones al diagnóstico médico ahora no vislumbradas.
Además la existencia de una quinta línea de haz en la Instalación permitirá
avanzar en la realización de Tests de detectores de partículas, un campo donde el IFIC
tiene mucha experiencia. Otras aplicaciones corresponden a la investigación en
Ciencia de Materiales, la Radiobiología, la Litografía, la Electrónica, las Ciencias del
Espacio o la Física Nuclear.
Finalmente, los hospitales están hoy mucho mejor equipados con la
instrumentación que nunca. En estos momentos es necesaria la operación y manejo de
equipos con una complejidad técnica cada vez mayor. Por esta razón la formación de
personal especializado en tal instrumentación se llevará a cabo por el IFIMED, no
sólo para la propia Instalación sino también para el Sistema Nacional Español de
Salud.
1.2. Programa científico e interés tecnológico
Para disponer del haz de protones en el CPTV, se precisa de un acelerador:
mediante campos eléctricos y magnéticos los protones son acelerados en un Ciclotrón
(véase Sección 2) hasta alcanzar la energía requerida de 230 MeV. El haz ha de
focalizarse hasta tener un tamaño lo suficientemente pequeño para centrarse en la
zona a tratar, por ejemplo un tumor. Para ello, se ha de contar con un sistema de
posicionamiento del paciente de alta precisión y orientar el haz incidente mediante un
gantry. La incorporación de personal experto en el campo de los aceleradores se ha de
completar con actividades de Investigación y Desarrollo de nuevos aceleradores con
finalidad terapéutica, incluyendo los dispositivos adicionales alrededor del acelerador.
La existencia de varias líneas de haz con fines terapéuticos permitirá optimizar
su aplicación a mayor número de pacientes, combinando las salas a la que se dirige el
haz con otras en las que se está efectuando la preparación del paciente. Como hemos
1-3
dicho, un haz adicional se empleará para la optimización y test de los detectores y
para una variedad de aplicaciones científico-tecnológicas.
La precisión en la localización de dosis energética depositada ha de ir
acompañada de una técnica no-invasiva para determinar de modo preciso la posición
del tumor. En los últimos veinte años, las técnicas de diagnóstico en el campo de la
Medicina han sufrido una revolución, permitiendo la visualización del interior del
cuerpo humano mediante dispositivos que no sólo producen imágenes
tridimensionales con alta resolución sino que proporcionan información sobre el
funcionamiento del órgano correspondiente. Los avances en el campo de la radiación
y los detectores de partículas, en combinación con los avances en el tratamiento
electrónico de datos, han sido críticos en el desarrollo de las técnicas de imagen
médica funcional. El diagnóstico médico proviene de un esfuerzo en equipo que
involucra a los médicos con la ayuda de físicos, ingenieros e informáticos
IFIMED tendrá como objetivo principal la Investigación y Desarrollo de
sistemas de detección de la radiación para su aplicación en la medicina. Cabe destacar
la experiencia en materia de detectores, equipamiento y prototipos para diagnóstico y
ciencia de imagen por parte de grupos de investigación en el seno del IFIC. Así:
• -Mini cámara Gamma para la glándula tiroides y en general para tumores de
pequeño tamaño como en mamografía, cámara que actualmente comercializa la
empresa valenciana GEMIMAGING. Se está utilizando ya en algunos hospitales.
• -Un PET de alta resolución para pequeños animales para investigaciones en
Neurología y en Oncología. Neuro-PET, dedicado al estudio del cerebro, debería
permitir la detección de la enfermedad de Alzheimer cinco años antes que
cualquier otra técnica. Por consiguiente, será el método mas eficaz para identificar
las enfermedades neurodegeneratívas: con una alta sensibilidad alcanzará una
resolución espacial del orden del milímetro. La otra cámara, para detectar el cáncer
de mama y su desarrollo, puede alcanzar una sensibilidad cien veces mayor que los
sistemas actuales. Esta última cámara estará basada en las técnicas de diagnóstico
funcional, alcanzando una resolución espacial de aproximadamente un milímetro.
• -Una sonda Compton intrarectal para próstata.
1-4
• -Un tomógrafo PET para mamografía.
Las técnicas de diagnóstico por imagen permiten visualizar en tres
dimensiones el interior del cuerpo humano, detectando así alteraciones de las
funciones del órgano correspondiente, además de identificar la anatomía. Los avances
realizados en los sistemas de detección en física de partículas se están transfiriendo
eficientemente al campo de la medicina. Un ejemplo es la tomografía por emisión
tanto de fotones (SPECT) como de positrones (PET). En este último caso, el positrón
se aniquila inmediatamente con los electrones de la materia, conduciendo a dos
fotones en coincidencia. Ambas técnicas son de gran importancia por su aplicación en
Oncología, Neurología y Cardiología.
Por otra parte, la utilización de la quinta línea de haz en la sala experimental
para aplicaciones científico-tecnológicas permite emprender un programa de
Investigación y Desarrollo en aceleradores orientados a la medicina, tal como se
detallará en la sección 2. Además de esta actividad, que afecta al acelerador en sí, en
el programa científico se contempla la realización de tests de detectores y proyectos
de Radiobiología, Ciencia de Materiales, Física Nuclear, Ciencias de Espacio y otros.
1.3. Descripción de talleres
La Gran Instalación de Investigación en Física Médica, tanto en su faceta de
prestación del servicio de protonterapia como en su labor de investigación, necesita de
un apoyo técnico humano y de infraestructuras.
Necesariamente se habrán de crear unidades de servicios y apoyo en las áreas
de informática, mecánica, electrónica y mantenimiento. Ello implica la existencia de
un personal técnico de formación original en estas áreas pero especializado (formado)
para las actividades específicas del Instituto. Estos servicios a su vez deben contar con
unos Talleres dotados de herramientas y máquinas que permitan la correcta prestación
de los servicios requeridos de manera eficiente. Las necesidades a cubrir por estos
servicios deben permitir la operación autónoma del Instituto y por ello deben cubrir
un gran rango de prestaciones, desde el día a día y mantenimiento hasta el apoyo a la
1-5
investigación en las actividades más tecnológicamente avanzadas que se plantearán en
el Instituto.
Aprovechando el lugar donde se ubicará el IFIMED en el Parque Científico de
la Universidad de Valencia, su sinergia con el IFIC (Instituto de Física Corpuscular)
teniendo a éste como Centro Asociado, es recomendable que exista, en el tema de
talleres, una complementariedad estructural con dicho centro. Desde luego en su parte
inicial es vital dicha complementariedad, ya que precisamente el IFIMED se nutrirá
del trasvase de conocimiento, experiencia y apoyo de los otros Centros, ya no sólo del
IFIC sino también de los hospitales asociados a de esta iniciativa. En el largo plazo es
recomendable que dicha complementariedad se mantenga y se pueda lograr una
optimización donde se tengan en cuenta los recursos de los demás centros. Por
supuesto, esto se deberá realizar mediante acuerdos y estudios detallados que lo
justifiquen.
En principio, y sobre todo en la faceta de la investigación, los talleres deben
tener la vocación y estar planteados para el desarrollo inicial de útiles, procedimientos
y herramientas que den solución a los problemas que surjan de la operación del
Instituto. Si hiciera falta fabricaciones masivas de algunas de esas herramientas se
debería buscar la complementariedad de esa tarea en el mundo empresarial cosa que
seguramente hará que se desarrolle un entramado empresarial, específico y
beneficioso para la zona. Así pues, los talleres no deben en principio tener la
necesidad de cubrir una fabricación en serie.
Entre los talleres deseables para un centro de estas características se debería
contar con:
• Un centro de cálculo.
• Un centro de diseño informático con potencialidad para fabricar a circuitos
pequeña escala.
• Una instalación adecuada para guardar y manejar sustancias radioactivas.
• Una centro de mecanizado de gran y mediana precisión.
• Una sala blanca con prestaciones y maquinaria complementaria a la que existe
ya en el Campus y en concreto en el IFIC.
• Sistemas de control y mezcla de gases
• Sistemas de suministro de vacío y agua pura.
1-6
1.4. Centros asociados
La propuesta del IFIMED como Gran Instalación de investigación proviene de
un grupo promotor del IFIC que se ha ido ampliando hasta formar un Grupo de
Trabajo de físicos, ingenieros y médicos que firma esta Memoria Científico-Técnica.
Para un mejor funcionamiento de la instalación en sus diferentes actividades, el
IFIMED considerará la constitución de Centros Asociados que colaboren con aquél en
la planificación y preparación de sus servicios, tanto desde el punto de vista técnico
complementando Talleres, como desde el punto de vista médico para el tratamiento
terapéutico de determinadas enfermedades mediante el haz de protones. Un convenio
de colaboración específico deberá regular esta relación y la aportación de cada una de
las partes. Los Centros Asociados son:
-El IFIC
-Hospital Universitario La Fe
-Instituto Valenciano de Oncología IVO
-Hospital Clínico de la Facultad de Medicina
-Hospital General Universitario
-Hospital 9 de Octubre
Mas adelante en esta Sección se contempla el papel primordial que los Talleres
mecánico y electrónico han de jugar en las actividades del IFIMED. En la sección 3,
sobre Instalaciones de servicio a pacientes, se planteará el papel que los hospitales de
referencia señalados han de jugar en la planificación y preparación de los pacientes,
así como en el seguimiento del tratamiento terapéutico mediante la protonterapia.
Además de esta colaboración institucional, el IFIMED ya está teniendo
colaboración crucial con expertos de otras instituciones como empresas, laboratorios
de investigación y departamentos universitarios. Podemos citar los siguientes:
• Ion Beam Applications (IBA), Louvain-la Neuve, Bélgica
• Varian –Accel Medical Systems
1-7
• Siemens Medical, Alemania
• Centre de Protontéraphie d’Orsay, Francia
• Laboratoire Le Prince Ringuet - École Polytechnique, Francia
• Fondazione TERA, Novara, Italia
• Centro Nazional de Adroterapia Oncologica (CNAO), Pavia, Italia
• Paul Scherrer Institute, Villigen, Suiza
• GSI, Darmstad, Alemania
• Heildelberger Ion Therapy, Heilderberger Alemania
• LNS INFN, Catania, Italia
• ETOILE, Lyon Francia
• CERN, Ginebra, Suiza
• Universidad de Michigan, USA
De hecho, personalidades de estas instituciones han participado en el
Workshop internacional sobre el IFIMED que se ha celebrado los pasados 14 y 15 de
junio en el IFIC. Los detalles de este Workshop se pueden consultar en la página
Web: http://ific.uv.es/ifimed/Workshop2007
La relación del IFIMED con otros Centros europeos se ha formalizado
mediante la constitución de una Red Europea ENLIGHT, en la que investigadores
asociados con el IFIMED participan a través de sus Grupos de Investigación:
Estudios Clínicos, Radiobiología, Planificación del Tratamiento, Terapia Adaptativa,
Sistemas PET “in-beam” novedosos, Diseños de “Gantries”, Redes GRID para bases
de datos. El aspecto novedoso de la instalación de Valencia consiste en la integración
de todas las actividades de Investigación y Desarrollo en Imagen y Aceleradores
orientadas a la Medicina, junto con los servicios de Protonterapia y de formación de
personal. Las características de algunos de los Centros de Terapia que se están
proyectando en Europa se ilustran en el Anexo a esta Sección, dando la referencia a
los de Erlangen y TERA, así como el mapa de instalaciones de Protonterapia
existentes en Japón, Estados Unidos y Europa. Un listado de las instalaciones de baja
1-8
energía para tratamiento de tumores superficiales y de otras de más alta energía
también se indican en ese Anexo.
1.5. Comité asesor
Además de la colaboración científica, técnica y médica establecida a través
de los Centros Asociados y la Red Europea ENLIGHT, el IFIMED ha contemplado
un Comité Asesor formado por expertos internacionales que puedan cubrir los
distintos campos que se integran en la Instalación de Física Médica. Los miembros
de este Comité Asesor permiten no sólo el que se pueda obtener recomendaciones
específicas para Aceleradores de Hadrones en medicina, tratamiento terapéutico
con partículas, Imagen médica y Detectores para diagnóstico, sino también para
proporcionar una visión integradora de todos esos campos. Se trata de:
-U. Amaldi, TERA, Novara and CERN
-N. Clinthorne, Univ. Michigan
-J.L. Habrand, CPO, Orsay
-M. Haguenauer, LLR, París
-W. Moses, LNBL, Berkeley
-S. Rossi, CNAO, Pavia
-G. Storme, University Hospital, Brussels
-S. Ziegler, TU, Munich
1-9
ANEXO CENTROS DE PROTONTERAPIA EN EL MUNDO http://www.imp.uni-erlangen.de/
1-10
http://www.tera.it/
1-11
Mas información en: http://www.medrad.nac.ac.za/pfacil.htm
1-12
Proton Therapy Facilities (E < 90 MeV)
Place Country Max. Clinical Energy (MeV)
Range in ICRU Muscle (cm)
Beam Direction
First Treatment
No. of Patients (Jan 2001)
Davis CA USA 60 3.1 Horizontal 1994 284 Clatterbridge UK 62 3.3 Horizontal 1989 999 Nice France 65 3.6 Horizontal 1989 1590 Chiba Japan 70 4.1 Vertical 1979 133 Villigen Switzerland 72 4.4 Horizontal 1991 3253 Vancouver Canada 72 4.4 Horizontal 1991 57 Berlin Germany 72 4.4 Horizontal 1998 166 Louvain-la-Neuve
Belgium 90 6.5 Horizontal 1991-1993 21
All accelerators are cyclotrons
1-13
Proton Therapy Facilities (E > 150 MeV)Place Country Max.
Clinical Energy (MeV)
Range in ICRU Muscle (cm)
Beam Direction
First Treatment
No. of Patients (Jan 2004)
Cambridge, MA +
USA 160 17.9 Horizontal 1961 9116
Uppsala + Sweden 200 26.2 Horizontal 1957 384 Moscowx Russia 200 26.2 Horizontal 1969 3663 Faure* South Africa 200 26.2 Horizontal 1993 446 Bloomington, IN a
USA 200 26.2 Horizontal 1993 - 1999
34
Orsay+ France 200 26.2 Horizontal 1994 2157 Dubna + a Russia **200 26.2 Horizontal 1967 315 Villigen * Switzerland **230 33.3 Isocentric 1996 99 Boston MA * USA 235 34.5 Isocentric &
Horizontal 2001 607
Kashiwa* Japan 235 34.5 Isocentric & Horizontal
1998 230
Wakaza Wan Japan 200 26.2 Vertical & Horizontal
2002 8
Hyogox Japan 230 33.3 Isocentric, Vertical, Horizontal, 45º
2001 210
Shizouka Japan 235 34.5 Isocentric & Horizontal
(2003)
Loma Linda, CA x
USA 250 28.3 Isocentric & Horizontal
1990 8626
Tsukuba x Japan **250 38.3 Vertical & Horizontal
1983 - 2000
700
Tsukuba x Japan 270 43.6 Isocentric 2001 327 Berkeley CA+ USA 340 63.9 Horizontal 1954 -1957 30 St. Petersburgx Russia 1000 328.3 Horizontal 1975 1029 **Degraded beams *cyclotron + Synchrocyclotron xSynchrotron a Operations suspended b Commissioning in progress
1-14
Sección 2: EL ACELERADOR Y LA
INSTRUMENTACIÓN ASOCIADA
2.1. Esquema general del sistema
El acelerador tiene que ser diseñado para:
• Crear y proporcionar el haz de protones a las diferentes salas de tratamiento y a la sala experimental
• Producir una distribución de dosis transversal y longitudinal apropiada para el tratamiento del paciente o para las distintas aplicaciones de investigación
• Proporcionar la dosis designada para el tratamiento o las aplicaciones experimentales.
Para alcanzar estos objetivos, hay dos componentes esenciales:
• El sistema de producción del haz (Beam Production System BPS), que incluye el equipamiento necesario para producir el haz de protones y dirigirlo a los puntos de tratamiento o a la sala experimental con el sistema de transporte del haz
• El sistema de distribución del haz (Beam Delivery System BDS), que dirige el haz de protones a las distintas salas de tratamiento, asegurando que las funciones críticas del paciente sean mantenidas, o lo dirige a la sala experimental.
Un esquema de un centro tipo de protonterapia que incluye la parte del
acelerador (basado en un ciclotrón) mas la parte médica y asistencial se puede ver en
la figura 1. La figura 2 muestra la parte del acelerador (ciclotrón) con las diferentes
componentes.
Además, el acelerador ha de ser seguro, de fácil operación y fiable. Todos los
sistemas de tratamiento han de tener la validación de la Comunidad Europea.
2-1
Figura 1: Vista en 3 dimensiones de un centro tipo de protonterapia con el
acelerador basado en un ciclotrón, las diferentes salas de tratamiento y la parte
asistencial (cortesía de Ion Beam Applications IBA).
2.1.1. Descripción del sistema de producción del haz
La configuración básica comprende los siguientes elementos:
Ciclotrón a energía fija y sistema de selección de energía
El acelerador de protones es un ciclotrón isócrono con una energía fija de 230
MeV. La energía requerida para los distintos tipos de tratamiento es transformada a
partir de la extracción del ciclotrón mediante un sistema de degradación junto con un
sistema de selección de energía (Energy Selection system ESS).
Equipamiento para dirigir el haz a las distintas salas de tratamiento o
experimental
Los sistemas de transporte del haz y de intercambio (Beam Transport and
Switching system BTS) conectan el sistema de selección de energía con la entrada a
cada sala de tratamiento o a la sala experimental. El BTS continúa a través de la línea
2-2
fija de haz o del gantry isocéntrico hacia el sistema de distribución (nozzle) para el
tratamiento o, en el caso de la sala experimental, a través de los dispositivos
experimentales. El BTS está formado por elementos magnéticos estándares y se ajusta
automáticamente. Suministra un haz centrado con las propiedades ópticas apropiadas
a la entrada del nozzle o de la sala experimental. Todo el BDS esta en vacío hasta la
entrada del nozzle.
2.1.2. Descripción del sistema de distribución del haz
El BDS tiene que distribuir el haz en una dirección determinada y con la
adecuada distribución transversal y longitudinal de la dosis. El equipamiento está
integrado dentro de las diferentes salas de tratamiento. Consiste en los siguientes sub-
elementos:
Gantry Isocéntrico
Es un gantry convencional capaz de rotar ±190° alrededor del paciente. Es lo
suficientemente grande para permitir tratar al paciente desde cualquier ángulo.
Sistema de configuración del haz (nozzle)
El nozzle es una estructura que contiene el equipamiento necesario para
preparar y medir las propiedades del haz requeridas para su distribución. Es la parte
final del sistema de transporte e intercambio del haz: el nozzle está situado en la salida
de la línea de haz y puede ser montado o bien en un gantry, en las salas de tratamiento
que dispongan de uno (Gantry Treatment Room), o bien instalado horizontalmente en
la sala de tratamiento con haz fijo (Fixed Beam Treatment Room).
El nozzle permite utilizar diferentes técnicas de distribución del haz: dispersión
simple (single scattering), dispersión doble (double scattering), barrido uniforme
(uniform scanning) o barrido en pincel (pencil beam scanning).
El objetivo final de cada una de estas técnicas es producir una dispersión del
haz en las dimensiones transversal y longitudinal apropiadas para el tratamiento.
2-3
Figura 2: Esquema del acelerador con sus componentes.
2-4
Sistema de posicionamiento del paciente
Cada sala de tratamiento, sea con gantry o con haz fijo, incluye un sistema de
posicionamiento de paciente dotado de seis grados de movimiento: tres ortogonales
lineales, rotación alrededor del eje vertical y ±3° de pitch and roll para la camilla del
paciente. Este sistema esta diseñado para tener una precisión de ±0.5 mm en el
posicionamiento de cada uno de los puntos dentro del volumen a tratar.
Sistemas de seguridad y control
El acelerador debe incluir un sistema de seguridad central que use bloqueos
redundantes para conseguir el alto grado de seguridad necesario en una instalación
con pacientes y personal clínico.
2.2. Sistema de producción del haz
2.2.1. Introducción
El sistema de producción del haz para un centro de protonterapia puede ser de
varios tipos, clásico como los de tipo ciclotrón y sincrotrón, o más innovadores como
es el caso de los cyclinac (ciclotrón de baja energía acoplado a un acelerador lineal o
linac). La figura 3 muestra un centro de protón/carbón terapia basado en un sincrotrón
y la figura 4 un esquema de un acelerador basado en un cyclinac correspondiente al
proyecto IDRA (Institut pour le Diagnostic et la Radiothérapie Avancée) [1]. Cada
uno de estos sistemas de producción del haz tiene ventajas e inconvenientes que son
objeto de discusión en talleres de trabajo y conferencias del campo. La principal
diferencia entre ciclotrones y sincrotrones es que los segundos permiten variar la
energía mientras que en los primeros la energía es fija y se degrada, con la
consecuente pérdida de intensidad del haz para las diferentes aplicaciones. Otra
diferencia esencial es que en los ciclotrones el haz es continuo mientras que en los
sincrotrones es pulsado. La elección entre un tipo u otro depende en muchos casos de
la experiencia anterior del laboratorio en el que se vaya a construir y de otro tipo de
factores tales como el coste, espacio disponible, existencia de un producto comercial
llave en mano,…
2-5
Figura 3: Vista en 3 dimensiones de un centro tipo de protón/carbón terapia
con el acelerador basado en un sincrotrón (diámetro ~25 m), las diferentes salas de
tratamiento y la parte asistencial (cortesía de Siemens Medical).
Figura 4: Vista en 3 dimensiones del proyecto IDRA (cortesía de la fundación
TERA).
2-6
El acelerador elegido para cumplir los objetivos de simple, fiable y de fácil
operación es un ciclotrón isócrono a energía fija con alto campo magnético para
reducir al mínimo el tamaño, el peso y el coste, evitando el uso de bobinas
superconductoras.
Las ventajas de esta elección son las siguientes:
• Un ciclotrón isócrono es probablemente la forma más simple y
eficiente, desde el punto de vista del coste, para producir protones de 230 MeV. Esta
tecnología es bien conocida y muy extendida, como lo pone de manifiesto el gran
número de pequeños aceleradores instalados en numerosas instalaciones de
protonterapia en todo el mundo;
• Sencillez, fiabilidad y operatividad. El ciclotrón opera a en continuo. A
diferencia de los sincrotrones, los parámetros de la máquina son constantes en el
tiempo y sólo siete de ellos son ajustables: corriente en la bobina principal, voltaje de
la radio frecuencia RF, corriente y voltaje de la fuente de iones, voltaje del deflector
electrostático y dos conjuntos de bobinas armónicas. Ninguno de estos parámetros
necesita ser ajustado durante el tiempo de operación de la máquina.
• Disponibilidad de barrido. El haz extraído de forma continua puede ser
controlado a nivel de la fuente de iones con un rango dinámico que corresponde a un
tiempo máximo de 500 �s en respuesta a un 100% de cambio del punto de ajuste. Por
esta razón, el control del haz está perfectamente ajustado para la técnica del escaneo.
• Seguridad. El haz extraído esta caracterizado por una energía fija, baja
dispersión y emitancia.
• Mantenimiento. El ciclotrón se abre en el plano medio permitiendo un
mantenimiento fácil. El núcleo superior puede ser levantado en cuestión de minutos,
dando acceso a todos los componentes del ciclotrón.
La figura 5 muestra una imagen del ciclotrón abierto con parte de la línea de
extracción. La tabla 1 resume los parámetros de un ciclotrón de este tipo.
2-7
Energía 230 MeV
Corriente extraída 300 –
0.1
nA
Emitancia extraída horizontal
/ vertical
11 /
12
� mm mrad
Diámetro externo del imán 434 Cm
Altura del imán 210 Cm
Peso total 220 Tons
Potencia eléctrica con haz /
en espera
446/8 kW
Tabla 1: Características del ciclotrón.
2.2.2. Características principales
El imán principal esta diseñado para producir un campo de 2.9 T en la cresta
de extracción y de 0.9 T en el valle, con una media de 2.188 T en la extracción y de
1.76 T en el centro del ciclotrón. Este alto campo permite reducir el radio hasta 112
cm para un máximo de 230 MeV. El campo isócrono se consigue mediante un ajuste
preciso de los polos del imán. Una vez montado se hace un mapa del campo que será
usado para el calcular las orbitas de equilibrio y detectar los posibles defectos de
isocronismo y su posterior corrección.
Desde el punto de vista mecánico, los bordes de los polos son desmontables
así como el anillo externo de los polos cerca del plano medio. Finalmente para
mejorar el mantenimiento, el imán se abre en el plano medio por medio de dos gatos
hidráulicos hasta una altura de casi un metro en pocos minutos. Esto da fácil acceso a
todas las partes internas.
El sistema de RF del ciclotrón requiere 65 kW a una frecuencia de 106.10
MHz. El sistema está formado por tres partes:
2-8
NORMAL CYCLOTRON
OPEN, RAISED ON HYDRAULIC
JACKS
Figura 5: Vista de un ciclotrón con parte de la línea de extracción (cortesía de
IBA)
• Cavidades de RF. La aceleración se efectúa en dos dees conectadas en
oposición de valles en el cuarto armónico de la frecuencia de la orbita de los iones, i.e.
26.75 x 4 = 106.10 MHz. Esta frecuencia en principio no interfiere con la de los
trasmisores de radio y TV. Cada cavidad está equipada con un electrodo para regular
el voltaje. La cavidad tiene que ser refrigerada especialmente cuando la potencia es
alta, para mantener la temperatura por debajo de los 20ºC. El sistema de refrigeración
esta hecho por agua. Esto previene las deformaciones y los desplazamientos de las
partes críticas como es la región central.
2-9
• Amplificadores de RF. La potencia necesaria para crear el campo
necesario se genera por medio de una sucesión de amplificadores.
• Sistemas de control. Estos sistemas incluyen la regulación de la fase,
del voltaje, la puesta en marcha y las oscilaciones. Estos sistema electrónicos son
similares a los del ciclotrón excepto por sus características de estabilidad, ruido y
ancho de banda.
2.2.3. Inyección
Los protones son producidos en el centro del ciclotrón por un filamento
Pening Ion Gauge (PIG) introducido axialmente a través de un cierre de aire. El PIG
está perfectamente adaptado para la producción de protones para este tipo de
aplicaciones. El calentamiento del filamento define un arco de voltaje. Gracias al
corto tiempo de confinamiento del plasma en la fuente de iones puede conectarse y
desconectarse en menos de 15 �s y la corriente alcanza rápidamente los valores de
equilibrio. La vida media de este filamento es de una semana. La pulsación del haz
puede conseguirse pulsando la corriente del arco. Experimentos han demostrado que
los tiempos necesarios son de 300 μs.
2.2.4. Control de la corriente del haz
La fuente de iones tiene acoplada una unidad electrónica (Ion Source
Electronic Unit) que genera uno de las dos señales analógicas que controla la potencia
del arco de la fuente de iones (Ion Source Arc Power Supply). Las señales de entrada
son señales rápidas que vienen de las salas de tratamiento. Otra señal de entrada viene
de la cámara de iones de la salida de ciclotrón. La señal de salida controlará la
potencia del arco de la fuente de iones. Esta potencia es la que permite controlar la
cantidad de haz que se acelera en el ciclotrón. La relación entre la corriente del arco y
la corriente del ciclotrón es ligeramente no-lineal, y va variando con el tiempo. La
corriente en el arco varia entre 0-500 mA y es controlada por medio de una fuente de
potencia. Este sistema permite un control de la corriente del haz de manera rápida y
segura desde el ciclotrón. Esto es fundamental para algunas de las aplicaciones donde
la modulación es importante, como el barrido en pincel.
2-10
2.2.5. Extracción
El sistema de extracción incluye: un deflector electrostático, un corrector de
gradiente magneto-estático, un doblete de cuadrupolos permanentes internos al
ciclotrón y un doblete de cuadrupolos externos localizados antes del degradador de
energía (ver figura 5).
2.3. Sistema de selección de energía
La función del sistema de selección de energía es transformar el haz de 230
MeV en un haz que puede tener de 70-230 MeV con un control de la energía
absoluta, la dispersión en energía y la emitancia.
La figura 6 muestra una vista de dicho sistema de selección. Puede verse que
el haz de protones de 230 MeV se focaliza primero por un par de cuadrupolos de
manera que el tamaño transversal se reduce a la entrada del degradador de energía.
Como parte del degradador de energía, un monitor de perfil del haz horizontal/vertical
permite la medida de la posición y el tamaño del haz, y a través de un algoritmo de
control se hace un reajuste de la óptica posterior. Este monitor de perfil es del tipo
cámara de hilos que opera a presión atmosférica dentro de la cámara de ionización.
2.3.1. Características del degradador de energía
El degradador de energía es un cilindro de grafito que puede ajustar y variar
rápidamente su espesor o rotar. Justo después del degradador de energía una serie de
ranuras limitan la divergencia del haz. A la entrada del degradador, el tamaño del haz
no excede de 2mm en ambos planos. Con estas condiciones de entrada en el
degradador, la emitancia a la salida está dominada por las dispersiones múltiples en el
degradador y es relativamente independiente de las condiciones de entrada, por lo que
el sistema óptico es casi independiente de la energía. Estas dispersiones múltiples
causan un aumento de la emitancia del haz que aumenta con el incremento de la
degradación en la energía del haz. Dado que el gantry está diseñado con un aceptancia
de 30 � mm mrad, la emitancia de los haces de bajas energías esta limitada por un
colimador. La intensidad del haz es suficiente para el tratamiento de pacientes aun
cuando un haz de baja energía se ha colimado para conseguir una baja emitancia.
2-11
Después del degradador y el colimador, el haz pasa a través de un sistema
acromático a 120° formado por cuatro dipolos. Para conseguir las especificaciones de
caída lateral, la dispersión en momento en el haz está limitada por una ranura en el
centro del sistema de dipolos donde la dispersión es grande y anchura de la emitancia
es pequeña. Además de limitar la dispersión de momento, el sistema puede ser
utilizado para controlar el momento central del haz. Para ello el segundo dipolo posee
una Hall-probe basada en la medida del campo magnético.
La degradación y el rascado del haz en el sistema de selección de energía
permite proteger al paciente de los neutrones que, de lo contrario, se generarían en la
sala de tratamiento. Después del sistema acromático que limita la dispersión en
energía, el haz es focalizado y entra en el sistema de transporte.
Figura 6: Vista del sistema de selección de energía (cortesía de IBA).
2-12
2.4. Sistema de transporte del haz
Los sistemas de transporte de haz y de intercambio (Beam Transport and
Switching system BTS) conectan el sistema de selección de energía con la entrada de
cada sala de tratamiento o la sal experimental. En la sala de tratamiento, el sistema de
transporte del haz continúa a través del gantry isocéntrico o la línea de haz fijo hasta
el sistema de distribución o nozzle. La trayectoria del haz durante el tratamiento es
controlada por el nozzle, independientemente de su trayectoria a través del BTS. Una
vista de un sistema de transporte se muestra en la figura 7.
MAGNETS IN BEAMLINE
COOLING WATER TRENCH
COOLING PIPES
COOLING LINES
Figura 7: Vista del sistema de transporte del haz (cortesía de IBA).
2-13
2.4.1.Transporte del haz a las salas de tratamiento o la sala experimental
El sistema de transporte está formado por una serie de cuádruplos y dipolos
inmediatamente después del sistema de selección de momentos. Después del sistema
de selección de momentos el haz es focalizado en un doble waist justo antes de un
dipolo intercambiador a 30°. Cuando este dipolo se alimenta curva el haz 30°, y entra
en un segundo dipolo de 30° que es la entrada de la sala de tratamiento. Cuando el
dipolo intercambiador no está alimentado, el haz es deflectado y es transportado
como en una sección recta. Este dipolo está seguido por varios cuadrupolos,
configurados de forma que se mantengan las condiciones del haz que lo llevará hasta
otro dipolo intercambiador de 30° entrada de la siguiente sala de tratamiento. Un
waist se forma a la entrada de cada dipolo intercambiador de 30° así como en otros
puntos del sistema de transporte donde se localizan los monitores de posición del haz.
Una vez dentro de la sala de tratamiento la combinación del dipolo
intercambiador de 30° y del segundo dipolo a 30° junto con varios cuadrupolos forma
un sistema acromático, que minimiza el efecto de la dispersión en momento. Después
del sistema acromático el haz es focalizado en un waist a la entrada del gantry. Un
bloqueo a la entrada del gantry permite y facilita la revisión del haz. Dada la
naturaleza simétrica del haz a la entrada del gantry, la óptica no cambia cuando el
gantry entra en rotación. La línea de haz esta diseñada de tal forma que el mismo
ajuste se consigue en el isocentro en cada sala de tratamiento.
La situación es similar cuando en lugar de llevar el haz a una sala de
tratamiento se debe llevar a la sala experimental. En el interior de la misma la
disposición de los diferentes elementos magnéticos dependerá del tipo de experiencia
a realizar.
2.4.2. Línea de transporte del gantry
La línea de transporte del gantry empieza a la salida de un dipolo acromático a
60° que dirige el haz al interior de la sala de tratamiento. Una ventana de vacío
separa el dipolo del gantry. Desde aquí pasa a través de unos cuádruplos de ajuste, un
dipolo de 45°, seguido de cuádruplos y de un dipolo a 135° antes de entrar en el
nozzle.
Una emitancia menor puede conseguirse ajustando el colimador justo después
2-14
del degradador en energía. Además, dado que los parámetros de Twiss son los
mismos en los dos planos transversos en el waist a la entrada del gantry y los
cuadrupolos rotan con el gantry, la óptica en el gantry no cambia cuando éste es
rotado.
El diseño de estos cuadrupolos y de sus fuentes de alimentación es similar a
los del sistema de transporte.
2.4.3.Instrumentación del sistema de transporte
En puntos estratégicos del sistema de transporte, la corriente del haz, la
posición vertical y horizontal y el perfil del haz son monitorizados por medio de
cámaras de ionización multi-hilos (multi wire ionization chambers), que pueden ser
extraidas de la órbita del haz para minimizar el efecto de la dispersión en la óptica del
haz. A través del sistema de control, la señal de estos monitores puede ser utilizada
para centrar el haz, ajustando los dipolos o los imanes de control (trim steering
magnets), localizados en sitios estratégicos del sistema de transporte y en los gantries.
Está previsto un bloqueo del haz en el degradador y a la entrada de cada sala
de tratamiento. Cuando una sala está tratando a un paciente, las entradas de las demás
salas se bloquean para prevenir accidentes. El bloqueo del degradador sirve para
verter el haz cuando el ciclotrón esta siendo ajustado. El bloqueo del degradador es
capaz de parar un haz de 230 MeV en menos de 2 sec. Además los bloqueos están
diseñados para dar una medida de la corriente del haz si se usa como jaula de Faraday.
El haz puede desconectarse rápidamente, desconectando la fuente de iones del
ciclotrón, que puede ser parada por el sistema control o por el sistema de seguridad,
reduciendo el voltaje de la RF a un nivel que suprime el haz. Una seguridad adicional
se consigue desconectando la RF que alimenta las dees en el ciclotrón y por el cierre
de los bloqueos en los gantries. En esta situación hay siempre un bloqueo del haz
entre el ciclotrón y las salas de tratamiento.
2-15
2.5. Sistema de distribución del haz
El equipamiento necesario para distribuir el haz y que está contenido en las
salas de tratamiento consiste en los siguientes sub-elementos: gantry, nozzle y haz
fijo.
2.5.1.Gantry
El gantry es la parte móvil de la línea de transporte. Es una estructura
isocéntrica que rota. Sobre ella esta montada una sección de la linea de transporte y el
nozzle. Un simple sello rotante conecta la parte móvil de la línea de transporte y la
parte estática al final del dipolo acromático de 60°. En combinación con el
movimiento en seis grados de libertad del sistema de posicionamiento del paciente, el
gantry ofrece la flexibilidad de tratar el paciente desde todos los ángulos.
La estructura del gantry está diseñada para minimizar la interferencia con el
sistema de distribución, permitiendo el máximo acceso al paciente, y mantiene la
posición del isocentro dentro de una esfera de confusión de 1 mm de radio en todas
las condiciones de operación, incluyendo todas las orientaciones del gantry. La talla
del gantry esta determinada por 3 m de distancia desde la salida del último imán
hasta el isocentro y los ángulos de los dipolos elegidos, dado que el radio de curvatura
se determina a la máxima energía (230 MeV) y al máximo campo magnético de los
imanes (16 kG). La estructura del gantry soporta el dipolo de 45°, el de 135°, los
cudrupolos y los imanes de ajuste, el cableado y las tuberías.
La estructura del gantry se llama a menudo “jaula de ardilla” (dos anillos
conectados por ejes axiales). Esta estructura está sometida a una excesiva
deformación por torsión, especialmente cuando la distancia entre los anillos se
incrementa. Para solucionar el problema, se usa otro tipo de estructura usando tirantes
y armazones para soportar los diferentes elementos magnéticos. Las figuras 8 y 9
muestran una vista general y un corte longitudinal de un gantry. Como se ve en la
figura 9 para acomodar la estructura rotacional, el gantry se extiende en tres niveles,
siendo el central el de tratamiento. El isocentro está localizado a 125 cm por encima
del nivel de tratamiento.
2-16
Las especificaciones del haz a la salida del gantry son:
• La dispersión del haz requiere no más de 20 mm de diámetro de waist
a 20 cm de la salida del último dipolo para haces con una emitancia de 32 � mm
mrad.
• El centroide del haz tiene que estar dentro de 1 mm del eje del nozzle
en la primera de las dos cámaras de ionización del nozzle.
La cavidad del gantry incluye el sistema de posicionamiento del paciente y el
nozzle. Una ilustración se muestra en la figura 10.
La orientación angular del gantry permite preseleccionar un angular con un
error menor de ±0.25°. La velocidad es variable entre 0.2-1 rpm. La
aceleración/desaceleración es programable, con una capacidad de parar en el pico de
la velocidad en 30° de rotación en condiciones normales y en 5° de rotación en
condiciones de emergencia. Una vez que se alcanza la posición programada , el
operador puede realizar un ajuste fino de la misma.
2.5.2.Nozzle
El nozzle es la parte final del sistema de distribución y contiene elementos que
definen las propiedades del haz en los diferentes modos de distribución. Está
localizado a la salida de la línea del haz y puede ser montado en un gantry o bien
instalado horizontalmente en una sala de haz fijo.
El nozzle se compone de diferentes elementos que permiten configurar o barrer
el haz según diferentes técnicas; además incluye cámaras de ionización para
monitorizar la dosis y tubos de rayos X para el alineamiento. La figura 11 muestra un
esquema general del nozzle.
El nozzle es capaz de distribuir diferentes tipos de haces: dispersión simple
(single scattering), dispersión doble (double scattering), barrido uniforme (uniform
scanning) y barrido en pincel (pencil beam scanning). Este último está en desarrollo.
2.5.2.1. Dispersión doble
La técnica de la dispersión doble es una técnica pasiva que difunde el haz en la
dirección transversal. El estrecho haz entrante es extendido para llegar a conseguir un
2-17
haz plano y simétrico en un área determinada y con una
Figura 8: Vista de la estructura de un gantry (cortesía de IBA).
profundidad dada (modulación). Los diferentes rangos, modulaciones y
diámetros del campo corresponden a diferentes opciones: dispersión fija, segunda
dispersión y modulador de rango, que pueden ser ajustados para conseguir la
configuración deseada.
2.5.2.2. Dispersión simple
Esta técnica es la que se utiliza para la irradiación de campos de diámetro
inferior a 7 cm. La dispersión simple disminuye el número de dispersiones comparado
2-18
con la dispersión doble y consigue una mejor penumbra lateral.
2.5.2.3. Barrido uniforme
El barrido uniforme es una técnica que permite extender el haz en la dirección
transversa. El estrecho haz entrante, cuyo tamaño es una fracción del campo a tratar,
se mueve por barrido magnético para conseguir un haz plano. El haz es desviado en
las direcciones horizontal y vertical por dos imanes, haciendo que el haz viaje
barriendo una zona. El haz se extiende longitudinalmente por medio de una
modulación de rango en modo estático.
El barrido uniforme se compone de varias mini-irradiaciones que se usan para
construir un pico de Bragg extendido en el volumen a tratar, que se divide en
diferentes capas, correspondiendo cada una de ellas a una profundidad.
Gantry section view
Figura 8: Corte longitudinal de un gantry (cortesía de IBA).
2-19
2.5.3. Haz fijo
En la sala de tratamiento de haz fijo el nozzle est en una posición fija. El haz
de protones es horizontal. El paciente estaá sentado o tumbado en una camilla,
solidaria al sistema de posicionamiento del paciente. El isocentro está localizado en el
eje del haz de protones a una distancia fija delante del marco del nozzle. La figura 12
muestra un paciente sentado en la sala de tratamiento de haz fijo.
2.6. Sistema de posicionamiento del paciente
El sistema de posicionamiento del paciente sostiene y posiciona al paciente
para permitir que el haz llegue al paciente con gran precisión a cualquier punto y
desde cualquier ángulo. El equipamiento consiste en una camilla junto con diversos
mecanismos de posicionamiento lineal y rotatorio y mecanismos de control y
conducción. Los mecanismos de configuración están acoplados al cerramiento del
gantry. La camilla está sostenida por un eje rotatorio, con ejes lineales que le dan
traslaciones en los ejes x,y y z.
El posicionador del paciente representa cada punto en un volumen de
tratamiento de 50 cm x 50 cm x 40 cm (vertical) en el isocentro del gantry, mediante
movimientos lineales o rotatorios de los posicionadotes. Combinando los 6 grados de
libertad del sistema de posicionamiento del paciente con los ±190° de rotación del
gantry se consigue acceder a cada punto en el volumen dado.
Además de los cuatro movimientos básicos el sistema de posicionamiento
incluye ±3° de pitch and roll en la articulación de la camilla para permitir el ajuste
fino de la posición del paciente el plano horizontal. Esta articulación adicional es
necesaria, dado que el gantry es capaz de ajustar el ángulo en un solo plano.
Para el tratamiento con haz fijo,se instala el el mismo tipo de posicionamiento
de la camilla. Además, se utiza una silla para los tratamientos de cabeza y cuello. La
silla está diseñada para permitir el uso de sistemas de inmovilización éstandar
2-20
(máscaras de fijación de cabeza y bloqueadores de mandíbula). Estos sistemas se ven
en la figura 12
GANTRY TREATMENT ROOM
Figura 10: Vista de la cavidad de un gantry con el nozzle y el sistema de
posicionamiento del paciente (cortesía de IBA).
2.7. Sistemas de verificación de la posición
Se dispone de varios métodos para verificar la posición del paciente: láseres,
luz y rayos X.
• Láseres. Proyectan planos de luz en la paciente, la intersección de esta
2-21
luz con la piel del paciente forma una línea. La intersección de varias líneas define el
isocentro de la sala de tratamiento. El paciente puede ser movido siguiendo las
indicaciones visuales de las líneas del láser. Esta técnica proporciona un alineamiento
grosero del paciente.
Figura 11: Vista esquematica de un nozzle (cortesía de IBA).
2-22
Figura 12: Imagen de un paciente en la sala de haz fijo (cortesía de IBA/CPO
Orsay).
• Luz de campo. Se coloca una fuente de luz en el nozzle. El isocentro de
la misma (Source to Axis Distance SAD) es aproximadamente como el del haz.
Cuando se enciende la luz, una sombra brillante se proyecta en el paciente en el
mismo punto que el haz de protones. Esto permite revisar de manera visual la
posición. Es también un método bastante grosero.
• Rayos X ortogonales. Este sistema consiste en un receptor digital de
rayos X (flat panels), acoplado a un tubo de rayos X, que producen radiografias
digitales durante el alineamiento. Las radiografias muestran los implantes o
marcadores óseos y la proyección del isocentro. Esta información se compara con las
radiografias digitales de la planificación originando el vector de corrección que
definirá la modificación en la posición del paciente.
2-23
2.8. Sistemas de seguridad
El sistema de seguridad tiene el papel de proteger, tanto al paciente como al
personal, de posibles accidentes, mediante una serie de bloqueos de seguridad
situados en el recinto del acelerador. El sistema se compone de tres partes: un sistema
gráfico que visualiza el estado de los bloqueos de seguridad por medio de estaciones
donde se pueden controlar visualmente por el operador, una unidad de control que
implementa las reglas de seguridad y un conjunto de sensores en el edificio. Los tres
sistemas son independientes y redundantes.
2.9. Sistemas de control
El sistema de control sirve de interfaz entre el usuario final (operador, físico o
terapeuta) y el equipamiento. El sistema de control consta de dos subsistemas: el
sistema de control de tratamiento y el sistema de control del equipamiento. Los
usuarios pueden interactuar con el sistema de control a través de una interfaz gráfica.
Existen puntos en todos los subsistemas del acelerador (sistema de producción del
haz, sistema de selección de energía, sistema de transporte…) desde los que el usuario
puede acceder al sistema de control.
El sistema de control ha de permitir:
• Operar en diferentes tipos de sesión: servicio o tratamiento
• Soportar los diferentes tipos de distribución
• Almacenar y verificar los datos durante los tratamientos, para
reutilizarlos si fuera necesario
• Asignar automáticamente el haz a cada sala
• Servir de intermediario con sistemas externos como el sistema de
planificación
2-24
2.10. Nuevos conceptos en aceleradores aplicados a la
medicina: aplicaciones de los cyclinacs
En el campo de la protonterapia resulta muy interesante la idea de combinar la
posibilidad de producir radioisótopos para imagen de tumores y para protonterapia,
como se contempla en el proyecto IDRA (Figura 4, [1]). Esta modalidad dual se
consigue combinando un ciclotrón comercial de baja energía (30 MeV e intensidades
en el rango de 10 μA – 1 mA), para la producción de radioisótopos, con un linac que
acelera una fracción del haz a las energías requeridas para el tratamiento de tumores o
protonterapia ( máxima energía de protones 250 MeV). La combinación de la cadena
de aceleradores es conocida como cyclinac.
El primer prototipo de linac booster (LIBO) ha sido construido y testeado por
la fundación TERA [2], opera a la frecuencia de 3 GHz. Esta frecuencia no se había
experimentado nunca en protones, aunque es común en los linacs de electrones hasta
20 MeV utilizados ampliamente en el medio hospitalario.
Una evolución interesante del concepto de LIBO es la estructura llamada
CABOTO: Carbon Boooster for Therapy in Oncology [3], que es una adaptación del
LIBO para iones de carbono y que permite acelerar iones de carbono provenientes de
un acelerador de rango de energía limitado como podría ser un ciclotrón de iones de
carbono.
Se ha iniciado una colaboración con la fundación TERA para construir y
verificar en el IFIMED, con un haz de protones a 230 MeV, un módulo similar al
primero de CABOTO. La figura 13 muestra una simulación del primer módulo de
CABOTO.
2-25
Figura 13: Esquema del primer modulo de CABOTO (cortesía de la fundación
TERA).
2.11. Diseño y construcción de instrumentación de
control del haz: monitor de posición y perfil del haz
Una parte esencial de la instrumentación necesaria para el control del haz en
los aceleradores para la Terapia Oncológica de Partículas (PT, Particle Therapy) está
formada por los Monitores de Posición del Haz (BPM, Beam Position Monitors).
Dichos monitores permiten medir la posición del haz de partículas respecto a las
paredes de la cámara de vacío por donde circula. Usualmente, la posición del haz se
determina en diferentes puntos estratégicos a lo largo del recorrido del haz por el
acelerador. Además de la posición del haz, también se debe medir su tamaño, que es
otro parámetro fundamental. Este último parámetro puede medirse al obtener el perfil
transversal del haz (en el plano perpendicular a la dirección del haz), empleando los
llamados monitores de perfil del haz. La medida de ambas características del haz
2-26
adquiere si cabe mayor importancia en los aceleradores dedicados a la Terapia de
Partículas. En concreto, dichos parámetros deben estar completamente determinados
en las líneas de transporte secundarias dirigidas a cada una de las salas de tratamiento
de pacientes, justo antes de proyectar el haz sobre el tumor del paciente.
Para ello, en el acelerador PT del IFIMED se ha seleccionado un tipo de
monitores de haz desarrollados en el laboratorio LLR (Laboratoire Leprince-Ringuet)
de la Escuela Politécnica de Paris. Además de instalarse en el IFIMED, este tipo de
BPMs también se instalarán en otro acelerador PT, basado en un acelerador tipo
sincrotrón en este caso, para el proyecto CNAO (Centro Nazionale di Adroterapia
Oncologica) en Pavía (Milán).
Figura 14: Representación del diseño del Monitor de Posición (y Perfil) del
Haz del LLR-CNAO.
2.11.1.Descripción del monitor
Básicamente el funcionamiento de este tipo de monitores está basado en la
2-27
detección de las partículas del haz por una rejilla de fibras ópticas centelleantes, y una
cámara digital CCD de alta sensibilidad (Sistema de Lectura), que recogerá la luz
emitida por las fibras, con longitud de onda cercana a la región del azul, cuando las
partículas del haz atraviesen e interaccionen en la rejilla de fibras. El monitor estará
montado sobre un soporte que permitirá introducir y extraer la parte de detección del
monitor (rejilla de fibras) intersecando la cámara de vacío a 45º. Así pues, este BPM
será capaz de proporcionar tanto la posición (coordenadas X, Y) como el tamaño (σx,
σy: anchura horizontal y vertical) del haz respecto del tiempo.
Por tanto, este monitor implementa un método de intercepción para realizar
estas medidas pero, por supuesto, éste no destruirá el haz a largo plazo (método no-
destructivo), ya que el detector de fibras centelleantes se adaptará al tipo de partículas
del acelerador, que serán protones, H+, o iones de carbono, C6+, en los rangos típicos
de energías del haz (50 - 250 MeV para protones; y 85-430 MeV/nucleón para iones
de carbono) y de intensidades de corriente (~ 10 -20 nA) alcanzadas en los
aceleradores para PT.
En la figura 14 se puede observar el aspecto del monitor de haz. Más en
detalle, la rejilla del detector está compuesta por dos planos superpuestos de 128
fibras cada uno (fibras de poliestireno con 0.5x0.5 mm2 de sección cuadrada). El
plano de fibras verticales dará la coordenada horizontal, X; mientras que el otro plano,
con la fibras montadas horizontalmente, proporcionará la coordenada vertical, Y. Para
cada plano, las fibras se guían a través del soporte mecánico (estructura de acero
inoxidable), agrupándose al final para formar una matriz de 8x16 con las secciones
transversales de éstas, correspondiendo cada punto de esta matriz a los dos extremos
de cada fibra del detector. Con esta configuración la cámara CCD observará la
anchura horizontal y vertical del haz, mirando a la matriz de las fibras provenientes
del plano horizontal y a la matriz del plano vertical respectivamente, después de que
se produzca la interacción de los dos planos del detector con las partículas del haz, y
del guiado de la luz emitida por parte de las fibras. El área activa del detector será de
(64±0.5)x(64±0.5) mm2, teniendo en cuenta la incertidumbre introducida por la
posible variación de grosor de las fibras que lo componen.
Se espera tener un nivel de precisión del orden del milímetro para la posición y
el perfil del haz mientras que para el tamaño del haz, dependiendo de la óptica de haz
en diversos puntos del acelerador, será como máximo de 60 mm, por lo que el área del
2-28
detector será suficiente.
En definitiva, estos monitores se colocarán en diferentes lugares del acelerador
para medir la posición y el tamaño del haz en esos puntos, haciendo posible el control
del haz en la máquina. Además, hay que saber exactamente y en todo momento las
características fundamentales del haz que finalmente se proyectará sobre el tumor del
paciente. Para ello, al final de cada línea de transporte secundaria, justo antes de la
entrada a la habitación de tratamiento, se colocará un monitor de haz que se llamará
Monitor de Cualificación.
2.11.2. Sistema de lectura
El sistema completo de lectura, fuera del sistema de vacío del acelerador, está
compuesto por un subsistema de focalización óptico, la cámara CCD y espacio para el
apantallamiento magnético. Las imágenes capturadas por la cámara CCD se
transferirán a un ordenador central, donde se procesarán y presentarán las imágenes
del haz, por medio de cable del tipo Fire-Wire (Estándar IEEE 1394a).
La elección de una cámara digital basada en la tecnología CCD para el sistema
de lectura cumple las condiciones necesarias para la correcta medida de los
parámetros del haz. Las siguientes características de la cámara digital CCD elegida
corresponden al modelo comercial del fabricante Hamamatsu:
• Amplio Rango Dinámico de salida digital de 12 bits (ADC), esto es 212
= 4096 niveles digitales, suficientes para la medida de una distribución de partículas
de 3σ (3 veces la anchura de la desviación estándar del haz), y también para medir una
variación de anchura del haz de hasta un factor 10.
• Alta Sensibilidad en la región espectral del Visual – Infrarrojo Cercano
(Vis-NIR). El ancho de banda de la respuesta espectral de la cámara CCD coincide
con el ancho de banda de la luz emitida por las fibras ópticas centelleantes.
• Captura de Imagen de Bajo Nivel, debido a las propiedades anteriores
que en conjunción con el diafragma de cierre electrónico ofrece un amplio rango de
intensidades lumínicas. Este diafragma prevendrá de la saturación de la imagen
debida a las posibles variaciones de la intensidad del haz de hasta un factor 100.
2-29
• Otras características son: alta Resolución, 1.37 Mpixels; alta Tasa de
Captura de Imágenes (Frame Rate), de 12.2 fps a 58 fps; baja Corriente Oscura con
enfriamiento Peltier disponible.
• Las lentes asociadas a la cámara son de montura C con 25 mm de
distancia focal y apertura de 1.4.
2.11.3. Sistema de adquisición de imágenes
Como se ha dicho anteriormente, el conjunto de BPMs estará distribuido por
las diversas líneas de transporte del acelerador. Por tanto, será necesario un sistema de
adquisición de datos (DAQ) para obtener, procesar y almacenar las imágenes del
perfil del haz provenientes de todos los monitores instalados. Las cámaras
incorporadas en los monitores también necesitarán una señal de disparo para capturar
la imagen del haz, que vendrá de un generador de pulsos o formas de onda común a
todos ellos. Esta señal de disparo deberá ser sincronizada con los ciclos de
funcionamiento del acelerador para capturar las imágenes en el momento preciso. En
la figura 15 se muestra un ejemplo de la estructura de red para el sistema de
adquisición de imágenes.
El esquema de DAQ estará basado en una red de tipo radial con cada cámara
del BPM conectada a un ordenador central (usualmente una estación de trabajo o
servidor PC), ejecutando las siguientes funciones:
* Configuración de las cámaras y generador de pulsos, cada vez y justo antes
de enviar las señales de disparo a las cámaras.
* Procesamiento de las imágenes para determinar la aceptancia del haz
* Presentación y almacenamiento de las imágenes provenientes de los
monitores seleccionados en un momento dado (ver figura 16).
Las imágenes serán transferidas al ordenador central desde cada cámara,
usando el enlace estándar IEEE 1394a (Fire-Wire). Si la distancia es elevada, la
frecuencia de transmisión de datos así como las pérdidas en los cables Fire-Wire
2-30
podrá ser mejorada con segmentos largos de cable de fibra óptica insertados gracias a
repetidores Fire-Wire/fibra óptica. Sobre esta capa física, el protocolo de
comunicación de red será el TCP/IP (el mismo que Internet o Redes Locales
Ethernet), pero usando paquetes del tipo UDP en lugar de los paquetes TCP para
transmitir las imágenes capturadas; esto es debido a que la tasa de transmisión de
paquetes en el protocolo UDP es más elevada que en el protocolo TCP.
La señal de disparo de imagen será enviada a través de cables de par trenzado,
empleando el protocolo RS422 para cubrir las largas distancias desde el generador de
pulsos a cada cámara. Serán necesarios también transceptores (transmisores-
receptores) RS422/TTL para convertir las señales de niveles lógicos TTL de un
generador de pulsos convencional a los niveles del bus RS422, así como la conversión
inversa del bus RS422 a las entradas de las cámaras que serán TTL.
El generador de pulsos siempre se configurará y supervisará desde el
ordenador central, pero sólo el generador de pulsos será el responsable de la
transmisión de la señal de disparo. Esta solución para generar el disparo basada en
hardware, en lugar de otros disparos generados por software directamente desde el
ordenador central, minimiza la incertidumbre en el tiempo en que se tarda en adquirir
la imagen, y evita la posible pérdida de sincronismo en la captura de las imágenes por
todo el conjunto de cámaras con respecto a los ciclos del acelerador.
2-31
Figura 15: Arquitectura de red para el sistema de adquisición de imágenes
realizado para el test de los monitores de haz (BPMs) instalados en la línea de
extracción del haz H2 del acelerador SPS (CERN, Prevessin).
2-32
Figura 16: Ejemplo de imagen de perfil de haz capturada por el monitor de haz
del LLR-CNAO. Se pueden observar las anchuras transversales del haz en las
direcciones horizontal (eje x) y vertical (eje y), correspondientes a los parámetros σx
and σy respectivamente. Mediante procesado de imagen se podrá obtener gráficamente
las distribuciones de partículas del haz para los ejes x e y.
Referencias
[1] TERA foundation, Institute for Advanced Diagnostic and Radiotherapy-
IDRA, TERA 2001/6 GEN31. Paper distributed also as IDRA Note-5.
[2] U. Amaldi et al., LIBO a Linac Booster for protontherapy: construction
and test of a prototype, NIMA 521 (2004) 512-529.
[3] A dual cancer centre based on “CABOTO” a Carbon Booster for Therapy
in Oncology: an application of the cyclinac concept, TERA foundation, November
2006, US Patent serial number 11/232,929
2-33
2-34
Sección 3: INSTALACIONES DE SERVICIO
A PACIENTES
3.1. Introducción
El objeto de la radioterapia (RT) es depositar una elevada dosis de radiación
ionizante en el tumor, lo suficientemente alta para que lo destruya , evitando al mismo
tiempo que los tejidos sanos sean irradiados. El ideal es, por tanto, depositar el 100 %
de la dosis prescrita en las células tumorales y el 0 % en las sanas, lo que es
evidentemente imposible de conseguir en la práctica, habida cuenta de la distribución
de dosis cuando los haces de radiación interaccionan con la materia . Para la radiación
electromagnética ( rayos X y rayos gamma) la distribución de la dosis, exponencial
decreciente cuando un haz penetra en el organismo, hace que sea muy difícil
aproximarse al referido ideal, sobre todo en los tumores profundos. No obstante se
han desarrollado en las últimas décadas técnicas, denominadas de alta precisión, que
utilizando múltiples haces que convergen en el tumor, modulando la intensidad de
cada unos de esos haces para apantallar en lo posible los órganos sanos próximos al
tumor (IMRT) consiguen distribuciones de dosis altamente satisfactorias. De hecho la
radioterapia conformada 3D, con o sin intensidad modulada, usando fotones de
acelerador lineal, es lo que hoy en día denominados radioterapia estándar.
La utilización de otra modalidad de radiación, las partículas cargadas, permite
una distribución de dosis en los tejidos completamente diferente, pues ceden energía
hasta que la radiación se detiene. Los electrones vienen utilizándose
satisfactoriamente para tumores próximos a la superficie corporal; pero pierden su
valor ante tumores profundos, en parte por la radiación de frenado que impide una
caída brusca de la dosis cuando se han detenido. Ahora bien, partículas cargadas de
3-1
mayor peso (protones e iones ) distribuyen su energía en la materia que atraviesan, de
forma tal, que pueden utilizarse ventajosamente para irradiar tumores profundos.
3.2. Características físicas
La gran velocidad de los protones/iones al penetrar en el organismo hace que
se deposite una dosis relativamente baja (“plateau”) en su trayectoria, pero a
determinada profundidad, en función de la mayor o menor energía de los
protones/iones, gracias a su enlentecimiento por la acción de frenado de los electrones
del medio, cuando están próximos a detenerse, ceden la mayor parte de su energía
formando lo que se denomina “pico de Bragg”. Tras el pico de Bragg la dosis
desciende bruscamente y pasa a ser prácticamente nula (penumbra distal mínima); así
mismo la penumbra lateral es también muy reducida debido a la escasa dispersión
lateral. Se tratará por tanto de hacer coincidir los picos de Bragg con el tumor (figura
1); pero el pico de Bragg es muy agudo y difícilmente podrá abarcar el volumen
tumoral, por lo que habrá que ensancharlo; y ello se logra, bien superponiendo haces
con energías decrecientes hasta cubrir el tumor, bien introduciendo filtros de espesor
creciente en su trayectoria (modulador), aunque la superposición de los “plateaus” de
dichos haces elevarán la dosis de entrada.
La diferencia de distribución de dosis en profundidad entre protones e iones
radica en que el plateau es más bajo y el pico de Bragg más agudo y con gradiente
mayor para los iones (Fig 2); pero éstos tienen el inconveniente de contar con una
pequeña extradosis por detrás del pico de Bragg producida por fragmentos nucleares
(cola de fragmentación). Aunque la diferencia fundamental entre protones e iones
viene dada por la mayor masa y carga de estos últimos; a mayor masa y carga
corresponde una mayor transferencia lineal de energía (LET) y una mayor densidad
de ionización, de la que se desprende mayor eficacia biológica relativa (RBE).
3-2
3.3. Características radiobiológicas
Cuando determinamos qué dosis recibe un tumor ó tejidos corporales
utilizamos el concepto de dosis absorbida, que expresa la cantidad de energía que la
radiación que atraviesa el medio deposita en él. La dosis es por tanto una expresión
cuantitativa del efecto físico producido por la radiación y, lógicamente, tiene interés
biológico. A igual dosis el efecto biológico es el mismo para una radiación dada. Sin
embargo el efecto biológico depende de la naturaleza de la radiación y, por tanto, el
carácter cuantitativo de la dosis debe completarse por su carácter cualitativo que está
en función de la distribución de la energía a escala microscópica. Y de echo el efecto
biológico es causa de la absorción de energía por determinadas estructuras celulares
de muy pequeñas dimensiones y, especialmente para ellas, la distribución de la
energía se manifiesta no uniforme y discontinua (Fig 3).
La indicación representativa de la distribución microscópica de las
ionizaciones o de la energía absorbida es la LET, que se define como la energía
transferida por unidad de longitud de la trayectoria, y se mide en KeV por micra. La
LET tiene una relación directa con el poder de frenado debido a la colisión entre las
particulas cargadas incidentes y los electrones del medio atravesado (que es la causa
fundamental de su enlentecimiento o frenado). Y como las partículas cargadas tienen
diferente carga, diferente masa y diferentes velocidades, la distribución espacial será
muy variable, correspondiendo una mayor densidad de ionización cuando la partícula
tenga mayor masa, mayor carga y menor velocidad (fórmula de Bethe).
Sabemos por tanto que dosis iguales de diferentes tipos de radiaciones
ionizantes no producen efectos biológicos iguales. Al comparar el efecto de diferentes
radiaciones se toma como estándar comparativo los RX de 250 kV, simplemente por
que en esa época los efectos de ese tipo de radiación eran bien conocidos. Se define
por tanto la RBE de determinada radiación sometida a test como la relación entre la
dosis de RX de 250 kV y la dosis de la radiación estudiada que produzca la misma
respuesta biológica.
Ahora bien, para que una radiación de elevada RBE sea ventajosa en
radioterapia clínica, la RBE para los tumores debe ser mayor que la RBE para los
tejidos sanos sobre los que asienta el tumor, ya que son éstos los que limitan la dosis a
3-3
administrar. Esta circunstancia viene definida en RT por el factor de ganancia
terapéutica ( GTF) que se define como el cociente entre la RBE del tumor y la del
tejido normal, que debe ser superior a la unidad para que la radiación sometida a
prueba sea utilizada ventajosamente.
Concluiremos indicando las características biológicas de las radiaciones de
elevado LET, de las que derivaran sus indicaciones terapéuticas:
- Mayor eficacia de la RT fraccionada al desaparecer el
“hombro” de la curva de supervivencia de cada fracción por la menor
reparación del daño subletal.
- Reducción de las diferencias de radiosensibilidad derivadas de
las diversas fases del ciclo celular.
- Disminución del efecto oxigeno , es decir, de la OER (Oxigen
Enhancement Ratio).
Por todo ello la indicación preferente de partículas con alto LET y RBE será la
de tumores bien diferenciados, de crecimiento lento, radio-resistentes por hipoxia,
con lenta redistribución celular y con alta reparación intracelular.
La RBE de los protones se ha establecido en el valor de 1,1 como media, es
decir, escasamente superior a la radiación convencional (RX, R gamma o electrones).
Ello es así porque la mayor RBE se produce sólo en el pico de Bragg, donde tiene un
valor superior (1,2-1,4), mientras que en el “plateau” mantiene valores del orden de
0,9-1. Se tendrá pues en cuenta cuando los órganos de riesgo se encuentren
inmediatamente detrás del pico de Bragg, y pudieran ser alcanzados por éste.
Recientes estudios apuntan hacia una elevada inducción de apoptosis cuando
determinadas líneas celulares se irradian con protones (1). Si se utilizan iones de peso
elevado, el carbono es el más utilizado en la actualidad, la RBE alcanza valores de
entre 2 y 3. Ello añade a la característica de una excelente distribución de dosis física,
la de una menor dependencia del oxigeno, de las fases del ciclo celular, y una menor
capacidad de reparación del daño subletal, como ya se ha mencionado previamente.
Tumores de glándulas salivares, de senos paranasales, sarcomas de partes blandas y
óseos localmente avanzados, de bajo grado especialmente, son neoplasias candidatas a
esta modalidad terapéutica.
3-4
3.4. Características técnicas
Para la producción de protones de energías variables entre 70 y 250 MeV, que
son las requeridas por la profundidad a que están situados los tumores humanos,
contamos con ciclotrones y sincrotrones. Los primeros aceleran los protones a una
radiofrecuencia determinada por lo que producen haces de energía fija. Los segundos
producen haces pulsados, pudiendo variar la energía de forma escalonada entre un
ciclo y el siguiente. La ventaja del sincrotron de disponer de protones de energías
variables, eliminando la necesidad de moduladores para ensanchar el pico de Bragg,
se contrapone a su mayor complejidad y a su mayor coste.
Los protones utilizados suelen tener energías de 70 MeV (baja energía) que se
usan fundamentalmente en tumores oculares (recorrido de aproximadamente 3,5 cm)
o energías de 200-250 MeV (alta energía) para tumores profundos (recorrido de
aproximadamente 30-35 cm).
Los protones se transportan desde el ciclotron o sincrotron a las salas de
tratamiento en donde se cuenta, bien con un sistema de haz de dirección fija
(horizontal, vertical u oblicua), bien con un gantry isocéntrico que permite dirigir el
haz de protones con cualquier angulación. El haz fijo horizontal suele utilizarse para
protones de 70 MeV requeridos para tratar melanomas uveales. El gantry con protones
de 230 MeV es el equipo ideal para tratar tumores profundos de cualquier
localización.
En cuanto a la técnica que permite la adecuada distribución de dosis en el
volumen blanco se distinguen básicamente dos métodos, la difusión pasiva y el
barrido activo. La primera consiste en utilizar un filtro difusor que amplia
lateralmente el haz (double scattering filter) junto a un colimador que da forma al
campo y un modulador que extiende el pico de Bragg en profundidad y que se diseña
para cada tumor. El barrido activo consiste en un fino haz de protones (pencil beam)
que se desvía lateralmente en un campo magnético para ir barriendo el campo, como
en TV (raster scan) o punto a punto (spot scan). Por otra parte cuando se utilizan
varias incidencias confluentes para conformar de forma óptima la distribución de
dosis en el tumor, realizando una planificación dosimétrica inversa, hablaremos de
autentica modulación de intensidad (IMPT).
3-5
3.5. Referencias históricas
En 1919 publicó Rutherford la demostración de la existencia de protones
irradiando gas nitrógeno con partículas alfa. Pero fue Wilson en 1946 quien sugirió el
uso de protones en terapéutica radiológica, iniciándose las primeras experiencias
biológicas en 1947 en el sincro-ciclotrón del laboratorio Laurence Berkeley, aunque
no fue hasta 1955 cuando se realizó el primer tratamiento, concretamente en pacientes
portadoras de cáncer de mama avanzado en las que se irradiaba la hipófisis. Los
verdaderos pioneros fueron los suecos, quienes en el instituto Gustaf Werner de
Upsala irradiaron pacientes con tumores de diferentes localizaciones (cabeza y cuello,
cerebro, pelvis....), así como lesiones cerebrales funcionales (Parkinson, neuralgias del
trigémino), entre los años 1957 y 1968. Los norteamericanos con el ciclotrón de
Harvard en Cambridge, que iniciaron el tratamiento de pacientes de 1961, fueron
quienes tras haber tratado varios millares de pacientes sentaron las bases de las
indicaciones y directrices de la RT con protones en los años 90. Los resultados
favorables de la experiencia de Harvard motivaron que otros Estados Americanos y
otros países iniciaran el tratamiento de tumores con protones obtenidos en ciclotrones
y sincrotones dedicados a la investigación física. Dubna en 1967, Moscú en 1969 y
Gatchina en 1973 son Centros Soviéticos en los que se inició la RT con protones.
Fueron seguidos por lo japoneses (Chiba en 1979 y Tsukuba en 1983) y por los
Europeos Occidentales (Villigen en Suiza en 1985, de nuevo Upsala en 1989 y , ya en
los años 90, Clatterbridge en el Reino Unido, Niza y Orsay en Francia y Lovaina en
Bélgica). Completan la lista otros Centros americanos como el de Indiana, así como el
de Faure en Sudáfrica, totalizando cerca de una veintena de Centros que han tratado o
tratan tumores con protones, aunque en muchos de ellos la limitada energía de los
protones reduce su capacidad terapéutica a tumores poco profundos como los
melanomas uveales.
A la experiencia de Cambridge se sumó la de la Universidad de Tsukuba, , que
utilizó con fines médicos desde 1983 protones de 250 MeV del sincrotón del
laboratorio nacional japonés para física de alta energía. Por otro lado se puso en
funcionamiento en 1991 el centro de tratamiento protónico de Loma Linda, primera
instalación mundial diseñada específicamente para tratamientos médicos, que dispone
3-6
de 3 gantries isocéntricos y, posteriormente, sucediendo al citado ciclotrón de
Harvard, la instalación de protonterapia del Massachuset General Hospital de Boston.
Tras un período de cierta incertidumbre, años 90, por lo competitivo de los
avances de la RT fotónica en el campo de la conformación 3-D de la dosis, nos
referimos especialmente a la IMRT, se ha activado de nuevo el interés por la
hadronterapia debido a sus potenciales ventajas, reflejándose en numerosos proyectos
recientemente ejecutados o en vías de ejecución.
3.6. Experiencia clínica
Las características físicas de los protones conducen a que la indicación
preferente sea la de tumores perfectamente delimitables, sin excesivo potencial
metastatizante, adyacentes a órganos de riesgo, sobre todo si en ellos se demuestra
efectiva la escalada de dosis.
Grafman comunicó algunos resultados de los paciente tratados en Upsala entre
1957 y 1968, considerados por él satisfactorios en algunas localizaciones, pero de los
que no puede sacarse conclusión alguna (2). En Cambridge se trataron varios millares
de pacientes entre 1961 y 2001. Hacia 1990 se evaluó la casuística, correspondiendo
el mayor número de casos tratados a melanomas de coroides, así como también a más
de 1.000 malformaciones arteriovenosas cerebrales, un número similar de hipófisis,
cerca de dos centenares de tumores de la base del cráneo, y, en menor número,
meningiomas, canceres de próstata, ano-rectales, de cabeza y cuello, retroperitoneales,
etc (3). En la universidad de Tsukuba se evaluaron los resultados de 147 pacientes
tratados hasta 1990 (en el 37% de los casos combinando protones y fotones),
concluyendo los autores que los protones resultaron ventajosos en cáncer de pulmón
no microcítico, de esófago, de hígado, de cervix uterino, de próstata y de cabeza de
cuello (4).
Tras las referidas experiencias preliminares analizaremos con más concreción
los resultados en función de las localizaciones tumorales, siguiendo recientes
revisiones (5-10).
3-7
3.7. Melanomas uveales
Se trata del tumor irradiado más frecuentemente con el ciclotrón de Harvard;
en un análisis publicado en el 2002, basado en 2.069 pacientes, tratados con 70 Gy en
5 fracciones, se obtuvo una tasa de control local a los 15 años del 95% y de retención
ocular del 84% (11). Se realizó un ensayo de distribución aleatoria comparando 70
Gy frente a 50 Gy ( reducción de dosis para disminuir secuelas visuales) para las
lesiones de tamaño menor y medio, con resultados similares (12). En el Instituto Paul
Sherer, tras tratar 2.435 pacientes, se obtuvo una tasa de control local a los 10 años del
94,8% (13) y una tasa de retención ocular, también a los 10 años, del 86% (14), en el
Centro de Protonterapia de Orsay, un control local del 96% con una retención ocular
del 92%, a los 5 años, tras el análisis de 1.406 pacientes (15), en el Centro de Niza un
control local del 89% con retención ocular del 88%, a los 5 años, en 538 pacientes
(16), en Berlín un control local del 95,5% con retención ocular en el 87,5%, a los tres
años, en 245 pacientes (17) y, en Clatterbridge, un control local del 96,5% con
retención ocular del 90,6%, a los 5 años, en 349 pacientes (18).
Existe un estudio comparativo realizado por la UCSF y el laboratorio L.
Berkley entre el tratamiento de braquiterapia epiescleral con placas de I-125 y haces
de iones Helio en pacientes con melanomas menores de 15 mm de diámetro y con una
altura inferior a 10 mm, localizados en el segmento posterior o próximos al nervio
óptico, con dosis de 70 Gy. El control local fue del 100% para las iones Helio frente al
87% para la braquiterapia con I- 125 (19).
Una reciente revisión que recoge 10 publicaciones concluye indicando que el
tratamiento de los melanomas uveales con protones o iones Helio reporta excelentes
resultados y son una indicación preferente (8). Sólo pequeños tumores periféricos y
tumores grandes localizados en las proximidades de glándula lacrimal, por el riesgo
de síndrome de ojo seco en estos últimos, pueden tratarse satisfactoriamente por
medio de braquiterapia epiescleral.
3-8
3.8. Cordomas y condrosarcomas de la base del cráneo
Se trata de tumores próximos a estructuras críticas, como el tronco cerebral y
las vías ópticas, que precisan de elevadas dosis de radiación si la cirugía no ha sido
totalmente radical. El análisis de los pacientes tratados en el MGH corresponde a 169
cordomas y 165 condrosarcomas tratados entre 1975 y 1998. Las tasas de control
local a los 5 años en los localizados en la base del cráneo fueron de 98% para los
condrosarcomas y 73% para los cordomas (20). La experiencia del Centro Protónico
de Loma Linda (ULL) muestra tasas de control local a los 5 años algo inferiores, 75%
para los condrosarcomas y 59% para los cordomas (21). En cualquier caso estos
resultados se comparan favorablemente con los publicados para la radioterapia de
fotones, especialmente en los cordomas en los que se reportan controles locales que
oscilan entre 17% y 65% a los 5 años. Una revisión de Colli comparando fotones con
protones en estudios retrospectivos, mostró una probabilidad de control local superior
para los protones (22). De todos modos otra recopilación más reciente cuestiona los
resultados por insuficiente grado de evidencia, recomendando la realización de
ensayos fase II y III comparando la protonterapia con las más modernas técnicas de
fotonterapia (9).
Esta misma variedad de tumores, localizados en el esqueleto axial, así como el
sarcoma osteogénico, pueden beneficiarse de la protonterapia por lograrse con ella
una mayor protección de la médula espinal, siendo esperanzadores los resultados
publicados por Hug y cols.(23).
3.9. Meningiomas
También se explota en este tipo de tumores la mayor protección de los tejidos
sanos (sistema nervioso central y vías ópticas) con los protones, sobre todo en los
meningiomas benignos en los que se ha demostrado un efecto dosis-respuesta. 46
pacientes con meningioma benigno sólo parcialmente resecado o recurrente se
trataron con técnica mixta, fotones + protones, en el Harvard Ciclotron Laboratory
(HCL); se administraron dosis cuya media fue de 59 Gy. La supervivencia libre de
3-9
enfermedad a los 5 y 10 años fue del 100% y 88% respectivamente. Se produjo alguna
secuela seria como 2 necrosis focales en tronco cerebral y 4 oftalmopatías (10).
3.10. Tumores pediátricos
Los tumores de la infancia se perfilan como una indicación preferente de la
protonterapia, habida cuenta de la morbilidad que pueden causar bajas dosis en tejidos
sanos en desarrollo, así como su potencial carcinogenético. Análisis que calculan este
riesgo, basados en el modelo de la publicación nº 60 de la ICRP, obtiene una
reducción del mismo que oscila entre un factor 2, para un rabdomiosarcoma, y un
factor de entre 8 y 15, para un meduloblastoma (24).
En los cordomas y condrosarcomas de la base del cráneo pueden obtenerse,
como en los adultos, buenos resultados, control local del 72% a los 5 años (25), así
como también en otros tumores cerebrales (meningiomas, gliomas de bajo grado,
craneofaringiomas...).
El retinoblastoma, gliomas de vías ópticas y el méduloblastoma son también
tumores subsidiarios de protonterapia, no excluyendo rabdomiosarcomas, sarcomas de
Ewing y neuroblastomas de localización comprometida. La protección de órganos y
tejidos sanos es el argumento fundamental de la utilización de protones en estas
neoplasias.
En los tumores pediátricos puede ser más cuestionable la necesidad de realizar
ensayos comparativos de fotones vs protones, pues la evidente mayor protección de
los tejidos sanos con protones desaconsejaría el brazo de fotones.
3.11. Otras localizaciones tumorales
Determinados tumores sólidos del adulto, que requieren de elevadas dosis de
radiación, pueden también tener indicación de protonterapia y están siendo tratados en
diferentes centros, frecuentemente en combinación con radioterapia de fotones.
3-10
Cánceres de cabeza y cuello, sobre todo de nasofaringe y de región naso-
etmoidal y de senos paranasales. La razón fundamental es la proximidad de
estructuras críticas. Deberá tenerse en cuenta que la precisión dosimétrica se reduce
cuando los haces de protones atraviesan cavidades aéreas.
Adenocarcinomas de próstata, en los que se pretende en este tumor alcanzar
elevadas dosis protegiendo más eficazmente el recto y la vejiga urinaria. Se ha
publicado la experiencia de la ULL en 1255 casos, estadios I-III, tratados con
protones o combinación de fotones y protones, hasta una dosis de 74-75 Gy, con el
resultado de una supervivencia libre de recaída bioquímica del 73% a los 8 años (entre
90 y 43 % en función de los valores iniciales de PSA). La tasa actuarial de pacientes
libres de toxicidad grado III y IV, a los 5 y 10 años, se sitúa en un 99% (26).
En un estudio fase III, realizado en el MGH en 202 pacientes con cáncer de
próstata T3-T4 N0-2 M0, sometidos a RT con fotones hasta 50,4 Gy, se comparó una
sobreimpresión con fotones de 16,8 Gy frente a otra con protones de 25,2 Gy. No se
observaron diferencias en los resultados a excepción de una supervivencia libre de
recidiva a los 7 años en tumores pobremente diferenciados (Gleason 9 y 10) superior
para los protones (85% vs 37%), aunque a costa de una mayor tasa de complicaciones
(27). Así mismo un reciente ensayo fase III del mismo centro (28), tras 50,4 Gy con
fotones, comparó una sobreimpresión con protones de 19,8 GyE vs. otra, también con
protones, de 28,8 GyE (escalada de dosis). El control libre de recaída bioquímica, a
los 5 años, fue del 61,4 % para el primer brazo, y del 80,4 para el segundo, con escasa
morbilidad, superior por tanto en el brazo de mayor dosis.
Cáncer de pulmón no microcítico y carcinoma hepatocelular, en estadios
precoces e inoperables, así como sarcomas retroperitoneales con resto tumoral tras
cirugía, son otras localizaciones neoplásicas tributarias de protonterapia.
Para concluir este apartado debe indicarse que por desgracia no se dispone
todavía de ensayos prospectivos de distribución aleatoria que permitan poner de
manifiesto un nivel de prueba o evidencia grado I, o incluso grado II, para los
protones frente a las técnicas conformadas de fotones; aunque ello no quiera decir que
los protones no conduzcan a mejores resultados en determinados tumores, sobre todo
en aquellos citados como de indicación preferente. De ahí la necesidad de promover
3-11
ensayos fase II y III, bien diseñados, que atiendan tanto al control local del tumor
como a la morbilidad terapéutica, comparativos entre protonterapia y las mejores
técnicas de RT fotónica conformada.
Si tenemos en cuenta la precisa determinación de la forma y volumen
tumorales con las modernas técnicas diagnósticas y la capacidad de concentrar altas
dosis en dichos volúmenes, junto a la mayor complejidad de cada sesión de RT, el
hipofraccionamiento se muestra recomendable. En tumores que muestran un cociente
alfa /beta bajo, inferior al de los efectos tardíos en tejidos sanos, como sucede en el
carcinoma de próstata y en el melanoma, el hipofraccionamiento sería especialmente
beneficioso (29). Pero también debemos contar con técnicas de estereotaxia que
podrían rebajar a menos de 6 el número de fracciones y, en algún caso, a la sesión
única, hablando ya entonces de radiocirugía protónica. Existe experiencia sobre todo
en neoformaciones arteriovenosas y adenomas hipofisiarios, que podría extenderse a
neurinomas del acústico, metástasis cerebrales..... en competencia con la radiocirugía
estándar (acelerados lineal y gamma knife) e incluso a la estereotaxia extracraneal
(tumores de pulmón e hígado)
3.12. Estudio epidemiológico
La estimación de los pacientes españoles que podrían se tributarios de
protonterapia requiere de un análisis epidemiológico. Se partiría de la incidencia de
cáncer en España, que es de alrededor de 400 pacientes por año (en una población de
100.000 habitantes), lo que supondría 180.000 cánceres en los 45.000.000 de
habitantes. Si estimamos que el 50% de ellos precisarían RT, hablaremos de 90.000
tratamientos con radiaciones por año. Si se ha establecido que al menos el 10% de
ellos se beneficiarían de los protones, nos moveremos en una cifra de 9.000 pacientes
por año. Si suponemos que sólo el 50% de ellos seguirán la norma, al menos en el
periodo inicial, contaremos todavía con más de 4.000 pacientes. Teniendo en cuenta
por otro lado que en un centro de las características del de Valencia podría tratarse un
número máximo de 2.000 pacientes por año, nunca podría cubrir este centro las
3-12
necesidades nacionales, requiriéndose por tanto de una priorización en la selección de
los pacientes. Cabe esperar que tras el inicio de la actividad terapéutica de la
Instalación, y adquirido el hábito de contar con RT protónica en España, se acometa la
construcción de algún otro centro más para cubrir las necesidades nacionales. Baste el
ejemplo de Francia e Italia, países que contemplen la construcción de entre 3 y5
centros de hadronterapia en sus respectivos territorios nacionales. Si nos basamos en
el estudio realizado en Italia (30), considerando que los datos epidemiológicos de
cáncer no pueden ser muy diferentes, y aplicamos el factor corrector de 0.75 por la
diferencia del número de habitantes (60.000.000 y 45.000.000 habitantes),
obtendríamos las siguientes cifras de pacientes oncológicos en los que la protonterapia
tiene una indicación muy preferente:
- Melanoma uveal 232
- Cordomas y condrosardomas 100
- Meningiomas 94
- Región nasoetmoidal/senos paranasales 105
- Tumores sólidos pediátricos 108
- Recidivas pélvicas 190
TOTAL 829
Estas localizaciones tumorales ya cubrirían teóricamente la mayor parte de la
oferta del centro. Aunque hay que contar también con determinados tumores sólidos
del adulto que tendrían que entrar en protocolos o ensayos comparativos y que, según
el estudio italiano y hecha la corrección pertinente, alcanzarían las siguientes cifras:
- Cáncer de Próstata 4.186
- Cáncer de Páncreas 1.357
- Cáncer de Pulmón no microcítico 1.162
- Cáncer hepático 1.000
3-13
- Cáncer vesical 1.271
- Cáncer de cabeza y cuello 763
- Gliomas cerebrales 390
- Cáncer de Esófago 106
- Cáncer indiferenciado de tiroides 37
TOTAL 10.272
Se supera por tanto la cifra de 10.000 pacientes, siendo evidente que sólo una
reducida parte de los mismos podrá tener cabida. Habrá que seleccionar pues alguna
localización, como pueda ser el cáncer de próstata, que se incluirá en el
correspondiente ensayo.
3.13. Área de protonterapia y requerimientos de personal
El CFM-P va a disponer de 3 salas de tratamiento con gantries isocéntricos,
para protones de alta energía ( 230 MeV) y una cuarta sala de tratamiento con haz fijo
horizontal y energía menor (70 MeV) para tumores orbitarios preferentemente. De
esta dotación puede calcularse el número de pacientes que podrán ser tratados. Si
establecemos un tiempo medio de tratamiento de 30 minutos por fracción y 2 turnos
por día, de 7 horas por turno, excepto para el haz fijo de RT ocular que sólo contaría
con 1 turno (7 turnos en total), alcanzaríamos un total de 98 pacientes (fracciones) por
día. Si contamos con 260 días hábiles de tratamiento por año llegaríamos a 25.480
fracciones por año. Si se considera que la media del número de fracciones por
paciente puede ser de entre 20 y 25 (22.5), totalizaríamos entre1.132 pacientes por
año.
Estas cifras nos pueden servir para determinar el personal y los locales que
éste requerirá para el desarrollo de la protonterapia clínica. Se deja al margen el
correspondiente a tareas de investigación física y de sistemas de imagen.
3-14
Parece razonable establecer varias fases hasta obtener el máximo potencial de
la Instalación en el cometido de la protonterapia:
- Fase 1.- Funcionamiento de 2 salas de tratamiento con gantries
en turno único de 7 horas y de la sala de tratamiento con haz horizontal en
medio turno (4 horas). Equivale a 2,5 turnos.
- Fase 2.- Funcionamiento de 2 salas de tratamiento con gantries,
en turno doble (14 horas), y de la sala de tratamiento con haz horizontal en
turno simple (7 horas). Equivale a 5 turnos.
- Fase 3.- Funcionamiento de 3 salas de tratamiento con gantries
en turno doble (14 horas) y de la sala de tratamiento con haz horizontal en un
turno (7 horas). Equivale a 7 turnos.
En la primera fase podrían tratarse alrededor de 400 pacientes, en la segunda
unos 800 y en la tercera cerca de 1200.
Somos conscientes de que el rendimiento de la instalación depende
fundamentalmente del tiempo medio de uso de la sala de tratamiento para la fracción,
que hemos estimado en 30 minutos. Aunque hay quien sugiere que puede conseguirse
un tiempo medio de 20 minutos, lo que incrementaría el número de pacientes tratados
por el factor 1.5, nos parece muy difícil de conseguir. Piénsese simplemente que la RT
de los niños que requieran anestesia hará que se multiplique por un factor 2 el tiempo
de uso de la sala terapéutica.
Otra variable de importancia es la media de fracciones por paciente, que se ha
estimado en 22.5. Si un porcentaje significativo de pacientes recibieran pocas
fracciones (RT estereotáxica o protones sólo para “boost”) podría llegar a reducirse, o
incrementarse si este porcentaje fuese escaso. En el siguiente cuadro indicamos el
número total de pacientes que podrían tratarse por año, en función de las dos variables
referidas.
3-15
Tiempo medio
fracción
Media
frac./paciente
Nº pac.
/año fase 2
Nº pac. /año
fase 3
30 min. 30 frac. 607 850
20 min. 30 frac. 910 1274
30 min. 25 frac. 728 1020
20 min. 25 frac. 1092 1529
30 min. 22.5 frac. 809 1133
30 min. 20 frac. 910 1274
20 min. 20 frac. 1365 1911
15 min. 20 frac. 1820 2548
Como para cualquier centro de RT, los requerimientos de personal se
adecuarían a las directrices propuestas por la sociedades científicas (SEOR, ESTRO),
contemplándose las siguientes categorías de personal:
- Facultativos médicos especialistas en oncología radioterápica.
- Facultativos físicos especialistas en física medica.
- Técnicos en radioterapia.
- Enfermeros.
- Auxiliares de clínica.
- Personal administrativo.
- Celadores.
Físicos de aceleradores, ingenieros, informáticos o radiobiólogos se
contemplarán al analizar la actividad de investigación y docente.
3-16
Esquematizamos el personal necesario para las 3 fases previstas:
FASE 1(2,5 t) FASE 2 (5 t) FASE 3 (7 t)
Oncólogos radioterápicos 3 6 8
Físicos médicos 3 5 7
Técnicos radioterapia 9 16 22
Enfermeros 2 4 5
Auxiliares clínica 2 4 5
Administrativos 2 3 4
Celadores 2 3 4
Las cifras indicadas se corresponden con las de un centro de radioterapia
autónomo que contemple los procedimientos de la Oncología radioterápica de un
centro hospitalario. Ello comportaría: Recepción de pacientes, estudio de extensión
tumoral si se precisa, prescripción de la RT, estudios de imagen y simulación,
planificación dosimétrica y verificación, tratamiento propiamente dicho, evolución
durante el tratamiento, valoración post-tratamiento y seguimiento posterior. Ahora
bien, como se trata de un centro de protonterapia que, aunque realiza técnicas de RT
de altísima precisión y complejidad, es externo y distante de un hospital, deberá
inevitablemente estar funcionalmente ligado a una estructura hospitalaria en la que se
realicen parte de los procedimientos arriba indicados. Y habrá que definir cuáles, para
dimensionar adecuadamente sus instalaciones, actividades y el personal que las
realiza. Parece también razonable que parte del personal, fundamentalmente los
facultativos médicos y físicos médicos, repartan su actividad entre el centro de
protonterapia y los hospitales colaboradores principales o afiliados. Téngase en cuenta
que numerosos tratamientos se realizarán de forma mixta, una parte en el servicio
hospitalario de RT con acelerador lineal, y otra parte con protones, lo que exige una
estrechísima colaboración para optimizar la conjunción de ambas fases terapéuticas.
Igualmente habrá que compartir información de imágenes, evolución clínica y
3-17
seguimiento, lo que sin duda se facilitará con instrumentos de telecomunicación tales
como consultas a distancia y videoconferencias a través de la adecuada red.
Existen dos posibles escenarios extremos:
a)- que todos lo procedimientos de la actividad radioterápica (consultas,
comités, adquisición de imágenes, planificación, seguimiento de pacientes ...... se
realice en el centro de protones.
b)- que sólo se proceda a la radioterapia protónica y que las restantes fases del
proceso radioterápico se efectúen en los hospitales asociados.
Entre estas dos opciones existe una tercera, intermedia entre ambas, que es la
que parece más razonable. Aunque en numerosos casos los pacientes acudan con los
estudios de imagen ya realizados o, incluso, con la planificación hecha, lo que puede
ocurrir en los pacientes referidos por los hospitales valencianos asociados, en otros
casos tendrán que realizarse los referidos estudios de imagen y la correspondiente
planificación dosimétrica en el propio centro. Piénsese en pacientes remitidos de
hospitales geográficamente muy distantes, que requieran de un tratamiento urgente y
no puedan someterse a la espera de un hospital intermediario. Piénsese también en
pacientes bajo tratamiento en el centro de protonterapia, en los que la modificación
del tumor por la propia radioterapia requiera de constantes ajustes y replanificaciones.
Ello sólo es posible realizarlo in situ.
Deberá por tanto contarse con sistemas de imagen, concretamente CT-PET y
RM, que puedan identificar el tumor y estructuras clínicas en la posición del
tratamiento para su correcta planificación dosimétrica, a no ser que se garantice su
preferente realización en los hospitales afiliados. Como este procedimiento será
requerido sólo por parte de los pacientes, bastará con una sola instalación.
Se considera también conveniente disponer de 3 salas de
verificación/simulación, próximas a los 3 bunqueres de gantries isocéntricos, con los
elementos adecuados para proceder al posicionamiento, inmovilización, centrado y
verificación/simulación terapéutica, antes de someter al paciente a la sesión de
tratamiento. Ello permitirá reducir considerablemente el tiempo de ocupación de la
sala de tratamiento en cada sesión, para incrementar de este modo la eficiencia
terapéutica.
3-18
3.14. Proyecto parte clínica centro protonterapia
3.14.1. Diseño arquitectónico.
• Se trata de un Centro de Investigación en el que una de sus actividades
primordiales será el tratamiento de procesos oncológicos mediante protones.
• Contará con capacidad para tratar a unos 1200 pacientes por año,
dotado básicamente de 4 salas de tratamiento con dotación tecnológica para RT
protónica de alta precisión.
• Se seguirán todos aquellos criterios relativos a equipos de alta
tecnología y productores de radiaciones ionizantes (blindaje, potencia eléctrica,
medidas de seguridad según normativa vigente), con necesidades específicas de
construcción y ubicación.
3.14.2. Dimensionado básico.
• El dimensionado básico del Centro, en su vertiente de protonterapia, se
fundamenta en las siguientes áreas:
- Área de Salas de Tratamiento.
- Área de Locales complementarios al Tratamiento.
- Área de Simulación: Imagen y Planificación geométrica.
- Área de Física médica: Despachos y Planificación dosimétrica.
- Área de Despachos y Consultas médicas.
- Área Administrativa.
- Área de Apoyo.
- Área Docente.
3-19
3.14.3. Espacios a considerar.
• Área de Tratamiento :
- 3 Salas de RT protónica con brazo isocéntrico.
- 1 Sala de RT protónica con haz horizontal.
Locales complementarios:
- 3 Salas de inmovilización/verificación.
- Sala de aplicación de medicación concomitante a RT
(radiosensibilizantes y radioprotectores).
- Consulta médica de pacientes críticos / de enfermería.
- Sala quirúrgica / de curas.
- Sala de anestesia / Recuperación
- Recepción.
- Aseos.
- Salas de espera.
Las referidas salas terapéuticas incluyen los búnkeres, salas de puestos
de mandos y cabinas de pacientes. En lo referente a aseos debe incluirse uno
para minusválidos y, en relación a las salas de espera, de pacientes
ambulatorios, de ingresados y de niños.
• Área de Simulación.
- Sala de preparación (máscaras, fijaciones, cunas alfa...).
3-20
- Sala de Adquisición de datos anatómicos (TAC o CT-PET) con
puesto de mandos y cabinas.
- Sala de Simulación Virtual (planificación geométrica).
- Sala de Moldes/Taller.
- Sala de Espera.
- Aseos.
• Área de Despachos y Consultas.
- 1 Local para Jefe de Servicio médico+ Secretaría+ Espera.
- 7 Locales para Despacho-Consultas Médicas.
- 1 Despacho de Supervisor.
- Sala de Técnicos.
- Salas de Espera.
- Recepción.
- Archivos
- Aseos.
• Área de Física médica.
- 1 Despacho de Jefe de Física médica.
- 4 Despachos de Físicos médicos.
- 1 Sala de Planificación dosimétrica multipuestos.
- 1 Laboratorio dosimétrico.
- 1 Sala de trabajo.
- 1 Almacén – Archivos.
3-21
- 1 Recepción Secretaría.
- Aseos.
• Área Administrativa.
- Recepción. Secretaria General.
- Sala de Archivos de Documentación.
- Sala de Reprografía.
- Almacén papelería.
- Cocina y Office.
• Área Docente.
- Sala de Reuniones.
- Biblioteca.
- Sala de Residentes.
- Aseos.
• Área de Apoyo.
- Vestuarios de personal.
- Almacenes.
- Sala de revelado.
- Sala de estar de personal.
- Office-Cocina.
- Aseos.
3-22
Nota: En función de la ubicación de las diferentes áreas podrán
unificarse algunas recepciones, salas de espera o aseos.
3.14.4. Diseño.
• Con blindajes autorizados por el Consejo de Seguridad Nuclear.
• Instalaciones eléctricas, de comunicación (cableado informático,
teléfonos, etc), aire acondicionado regulable, refuerzo de suelos (por peso de
aparataje), etc.
• Salas de tratamiento y sala de espera de camas deben tener toma de
oxigeno y vacío.
3.14.5. Superficie requerida.
Partiendo de una superficie aproximada de 2000 m2, excluyendo los Búnkeres o salas
de tratamiento, podría esta superficie distribuirse del siguiente modo:
- Área de Salas de Tratamiento
- Locales complementarios a salas de tratamiento: 300 m2
- Área de Imagen y Simulación: 450 m2
- Área de Física médica: 350 m2
- Área de Despachos y Consultas: 400 m2
- Área Administrativa: 50 m2
3-23
- Área de Docente: 100 m2
- Área de Apoyo: 100 m2
- Área de Tránsito (pasillos): 250 m2
Se totaliza por tanto una superficie aproximada de 2000 m2 considerando
aparte las salas de tratamiento (búnkeres).
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3-27
3-28
SECCIÓN 4:I+D EN DETECTORES
4.1. Introducción
Un instituto de investigación en Física Médica necesita de un departamento
que se dedique a la investigación de nuevos sensores que mejore las prestaciones de
los aparatos actuales para desarrollar imágenes. Un departamento como este buscaría
no sólo nuevas tecnologías de detectores sino, también, la electrónica de lectura
asociada y el desarrollo de sistemas de adquisición adecuados a los retos tecnológicos
que implican los nuevos detectores.
Un departamento con un cometido como éste debe tener dos lineas de
actuación:
mejora de las actuales tecnologías convencionales e
innovación, estando en la vanguardia o, incluso, más allá, anticipando
nuevas tecnologías.
Proyectos de mejora corresponderían a proyectos de corto plazo, con un nivel
de riesgo relativamente bajo en términos de retorno. Los proyectos de innovación
corresponderían a proyectos a más largo plazo, con un nivel de incertidumbre alto en
términos de éxito e, incluso retorno. Estos proyectos estarían relacionados con lo que
podríamos llamar investigación básica en nuevas tecnologías de detección.
Es evidente que un instituto como éste necesita de las dos componentes.
Proyectos a corto plazo que mejoren las técnicas convencionales y que den resultados
a corto plazo con un alto nivel de certidumbre en el éxito del empeño. Esto
proporcionaría, por una parte, la producción de resultados que retroalimentarían al
departamento y mantendrían la motivación de los componentes de dicho
departamento. Por otra parte es de vital importancia llevar adelante proyectos muy a
largo plazo que investiguen tecnologías más allá de lo que se considera la vanguardia
tecnológica. Esto permitiría construir una especie de base de datos de tecnologías que
se presupone van a tener aplicación en algún momento y cuyo dominio daría a grupo
un muy amplio margen de maniobra. Es evidente que estos proyectos van a requerir la
participación en colaboraciones internacionales con las que amortiguar el nivel de
riesgo. Desde este punto de vista es claro que hay que aprovechar cualquier
4-1
infraestructura existente y, en ese sentido, las colaboraciones establecidas ya por el
IFIC en colaboraciones como CIMA o ENLIGHT++ constituyen un punto de partida
más que interesante. Es evidente que estas actividades de investigación básica deben
enfocarse entorno a una actividad muy concreta y, como ocurre con mucha
frecuencia, encontrar su aplicación, además, en otros campos en los que, a priori, no
tendrían cabida. Sin un programa de investigación básica es imposible conseguir que
un grupo de investigación llegue a liderar las actividades en ningún campo de la
Física Médica.
Es de esperar que las actividades de un departamento de investigación en el
IFIMED potencien la sinergía con institutos como el IFIC, en el que físicos nucleares
y de partículas empeñan gran parte de su investigación en desarrollar nuevas
tecnologías de detección para sus experimentos. No sería la primera vez que
conceptos desarrollados en cualquiera de estos campos encuentran un utilidad de gran
relevancia en Física Médica y, en particular, en la rama de imagen médica. Una
relación simbiótica con instituciones como el IFIC en temas de interés común sería
altamente beneficiosa para ambos institutos. En particular potenciaría la colaboración
multidisciplinar entre la comunidad de los físicos de detectores y la comunidad
médica para alcanzar objetivos de interés común, en donde el departamento de
sensores del IFIMED actuaría como intermediario o catalizador de estas relaciones.
Además, las actividades que yase llevan a cabo en el IFIC pueden resultar muy
beneficiosos como punto de arranque de este departamento del IFIMED.
Para un instituto como el IFIMED, el desarrollo de nuevos sensores es de
capital importancia en muchos de los aspectos de su funcionamiento. Los nuevos
sensores son necesarios en imagen médica, desarrollando nuevos aparatos con más y
mejores prestaciones en campos como SPECT, PET, CT, multimodalidad, etc. En el
caso del tratamiento mediante terapia hadrónica, como un instrumento para
monitorizar y planificar el tratamiento de los pacientes, mediante el estudio de la
deposición energética de los protones en el paciente. La micro-dosimetría empleada
para caracterizar el poder del haz de protones y poder, de esta forma, planificar de
forma precisa la terapia, es otro ejemplo en el que el desarrollo de nuevos sensores
puede ser de capital importancia. Si pensamos en la linea científica del acelerados del
protones del IFIMED, el desarrollo de sensores para obtener imágenes de proteínas o
estructuras cristalinas de nuevos materiales, detectores de rayos X digitales o
detectores de neutrones para obtención no invasiva de imágenes, etc., que pudieran
4-2
desarrollarse en el instituto y ponerse a disposición de las experiencias a realizar en la
linea dedicada a aplicaciones científico-técnicas sería un valor añadido a los servicios
ofrecidos por este instituto de investigación.
Dado el dinamismo de las nuevas tecnologías es obvio que es imposible
desarrollar un programa concreto de investigación del departamento de investigación
y desarrollo de nuevos detectores, aunque es evidente que las líneas particulares de
investigación que se querrían explotar están ahí, y eso es lo que trataremos de
desarrollar en las secciones que siguen con ejemplos concretos de actividades que o
bien se han comenzado ya o que pueden ser de interés para un instituto como el
IFIMED.
4.2. Sensores para imagen.
El campo de la imagen médica se basa, tradicionalmente, en la detección de
fotones, bien provenientes de un radiofármaco inyectado en el paciente para
determinar el tamaño y localización de un tumor, como es el caso de SPECT o PET, o
de un fuente de rayos X, como es el caso de CT. Idealmente, se tiende a detectar
fotones de las dos modalidades simultáneamente, que es lo se conoce como
multimodalidad en la jerga de imagen médica.
Figura 1: Proceso de detección de los fotones. Se distinguen las tres fases que corresponderían a la conversión de los fotones a un pulse eléctrico, el proceso de lectura de dicho pulso y, finalmente, la digitalización de dicho pulso para que pueda ser procesado posteriormente por los algoritmos de reconstrucción de imagenes.
Convers ión a carga eléctrica
Lectura de la carga eléctrica
Fotones
Digitalización
El proceso de detección de fotones, tal y como se muestra en la Fig. 1, tiene
4-3
lugar en tres fases bien diferenciadas. En una primera instancia se debe convertir el
fotón en un pulso eléctrico, que se debe leer, en un segundo paso y, finalmente, se
digitaliza para que los algoritmos de reconstrucción puedan hacer uso de dicha
información.
Los detectores de fotones se clasifican en dos grupos según el proceso de
conversión del fotón en un pulso eléctrico. Esto se muestra en la Fig. 2. Por un lado
están los detectores indirectos en los cuales el fotón se convierte en luz que es
detectada for un fotodetector que la convierte en un pulso eléctrico. Este es el tipo
más convencional en el caso de la imagen médica en el que el fotón se detecta en un
centelleador y la luz producida por éste se convierte en un pulso eléctrico mediante un
fotomultiplicador. En la actualidad un campo al que se le dedican esfuerzos
considerables es en el de reemplazar los fotomultiplicadores for estructuras
policristalinas como silicio os selenio amorfos. La ventaja que ofrecen estos nuevos
materiales es que se pueden implantar sobre la electrónica resultando en detectores
muy compactos.
Luz
Fotón
Centelleador
Fotode te ctorLuz → Ca rga e léctrica
Le ctura de ca rga
Digita liza ción
Fotón
Le ctura de ca rga
Digita liza ción
++
+++ +
++
- --- --
--
Fotoconductor
Detección Indirecta Detección directa
Figura 2: Los detectores de fotones se clasifican como directos o indirectos según el proceso por el cual el fotón se convierte en un pulso eléctrico.
Por otro lado, los detectores directos convierte el fotón en un pulso eléctrico o
4-4
de carga en un solo paso por medio de un fotoconductor. Es el caso en el que el
fotoconductor es un material semiconductor como el silicio o el CZT. Otros
materiales policristalinos como el HgI2, PbI2 e incluso el TlBr que ofrecen las mismas
ventajas que los fotodetectors policristalinos en el caso de los detectores indirectos.
Hay dos cosas que se hacen evidentes en este caso. Primero que la imagen
requiere de una determinación muy precisa de la posición de impacto del fotón y,
según en qué aplicaciones, de la energía depositada por éste en el material
semiconductor. Esto hace que las tecnologías de píxeles las preferidas.
Por otro lado, es evidente que el resto de los procesos en la cadena de
detección y medida del fotón tienen, también, una gran importancia. Y constituyen
campos en los que el IFIMED también quiere ganar conocimiento y un cierto nombre
dentro de la comunidad científica de este campo. Así, la participación, junto con la
industria, del desarrollos de ASICS (Circuitos Integrados de Aplicación Específica)
con las prestaciones requeridas, o la construcción de un sistema de adquisición de
datos adecuado son actividades de vital importancia.
Por último, reseñar que en lo que se refiere a imagen, no sólo está previsto
centrarse en imagen médica, sino también en imagen de las aplicaciones desarrolladas
en la linea científica de acelerador que serían, como ya se ha comentado con
anterioridad, imágenes de proteínas o estructuras cristalinas de nuevos materiales,
detectores de rayos X digitales o detectores de neutrones para obtención no invasiva
de imágenes, etc, en donde los detectores policristalinos pueden jugar un papel
fundamental.
4.3. Nuevos sensores
El campo de nuevos detectores de rayos X es una tecnología en alza, y uno de
los objetivos más perseguidos es la construcción de detectores lo más compactos y
versátiles posible. Una tecnología que permite alcanzar dicho objetivo es la de
implantar, después del proceso de la electrónica, los detectores de forma que se
obtenga un sistema monolítico muy compacto.
En la actualidad se investiga lograr esto con materiales policristalinos que
permitirían la detección de rayos X, es decir, fotones de energías por debajo de unos
pocos keV, tal y como se muestra en las Fig. 3 y 4.
4-5
Figura 3: Esquema del implante de un policristal de silicio amorfo sobre la electrónica de lectura. El sensor se implanta sobre el pad de lectura del ASIC y está aislado del resto mediante una capa de óxido. La señal se transmita a través de un canal a través de las capas de metal del proceso hasta que llega al conector de entrada del primer amplificador.
Figura 4: Pad de un ASIC antes y después de implantar el material fotodetector.
4.4. Aparatos multiuso
Es importante también el desarrollo de aparatos básicos que puedan encontrar
su uso en más de una aplicación. Un ejemplo de esto es la sonda de silicio
desarrollada dentro de la colaboración CIMA por parte del IFIC. Esta sonda consiste
4-6
en un pila de detectores de silicio de pads ensamblada de forma compacta tal y como
se muestra en la Fig. 5.
Un aparato como este se podría emplear como una sonda intrarectal, junto con
una cámara de fotones preexistente para, en modo cámara compton, reconstruir
imagenes de la próstata. Este dispositivo permitiría mejorar tanto la resulución
espacial como la eficiencia simultáneamente, con la ventaja de operar muy cerca del
objeto que se quiere reconstruir. Una segunda aplicación sería en un PET de animales
pequeños. Con esta sonda se pudría construir un anillo interno a un PET existente de
forma que, operando en modo PET proporcionaría de forma muy rápida, puntos con
una gran resolución espacial, además de aquellos del PET convencional. Las
resolciones que se pueden conseguir sólo están limitadas por el rango debido a la vida
media del positrón, estando por debajo del milímetro. Esto es de particular
importancia en el estudio de dinámica de fármacos o la modelización de desarrollo de
enfermedades con animales pequeños.
4-7
Prostate probeGain in efficiency and resolutionNear field operation
Small Animal PET with sub-millimeter precisionIn beam PET
PET “magnifying glass”Provides very high resolution events in a region of interest.
Figura 5: Ejemplo de empleo en varias aplicaciones de una sonda de silicio
Finalmente, con este dispositivo, y siguiendo el mismo principio que en el
caso del PET para animales pequeños se puede acoplar a un PET humano existente
una extensión consistente en un arco de anillo construido con estas sondas que
proporcionaría puntos de gran precisión en en regionesde interés constituyendo lo que
se podría llamar una lente de aumento par un PET.
Como puede verse, del estudio de un concepto básico se pueden encontrar
diversas aplicaciones de relevancia.
4.5. Monitoraje del tratamiento
Unos de los objetivos claros del departamento de desarrollo de detectores es el
estudio de nuevos métodos para monitorizar el buen funcionamiento y medir en que
partes del paciente se deposita la energía de los protones. Un método que se está
investigando en la actualidad es lo que se llama in-beam PET. Esta técnica se basa en
el hecho que los protones, al interaccionar con los núcleos atómicos del organismo
produce iones que son emisores de positrones, junto con una gran cantidad de fotones
4-8
de diversas energía. Mediante un PET se pueden detectar los fotones de la
desintegración de los positrones y, por tanto, reconstruir el mapa de deposición de
energía en la zona tratada y compararlo con el plan de tratamiento original. Este
mecanismo se muestra gráficamente en la figura de la izquierda en Fig. 6.
En la actualidad existe un único prototipo en el mundo de este tipo de aparatos. A
través de la colaboración ELIGHT++ de la que el IFIC es miembro, participamos en el
desarrollo de un nuevo aparato de este estilo. La idea es aumentar en lo posible la eficiencia y
la resolución espacial. Esto se puede conseguir añadiendo un par planos de silicio de forma
que pueda operar como el PET de animales pequeños explicado en la sección anterior,
proporcionando un excelente resolución espacial y, además, permite operar el aparato en
modo cámara compton, con lo cual sería posible determinar el punto de producción de los
fotones aislados que también se producen, aumentando de forma considerable la eficiencia.
Esta idea se muestra a la derecha de la Fig. 6
Compton CameraUses also single gammas
PET (scint+silicon)Better precisionCan reduce size if one scint. head removed
Figura 6: Izquierda: esquema de funcionamiento de un in-beam PET. Derecha: Esquema de funcionamiento con la extensión de silicio propuesta para aumentar tanto la resolución como la eficiencia.
4.6. Calibración del haz de protones: microdosimetría.
Para la planificación del tratamiento es de vital importancia conocer de
antemano cuál es la deposición de energía del haz por unidad de volumen. Es lo que
4-9
se llama microdosimetríaPara medir esto, uno estaría interesado en construir un
detector en el que el volumen de sus elementos sensibles sea de un tamaño similar al
de las células. Se tiene en proyecto desarrollar un detector de estas características, que
consistiría en un detector de pixeles de silicio con un area de unas 100 μm2 por píxel.
Para limitar la profundidad o altura de los píxeles, se implementa en el detector una
capa de óxido enterrado y sobre ella se hace crecer el substrato que compone el
volumen sensible. Esto se muestra esquemáticamente en la Fig. 7.
Figura 7: Esquema de un microdosímetro de tipo Silicon-On-Insulator (SOI).
4.7. Conectividad y encapsulado
La tecnología de píxeles será en la que más esfuerzos de I+D se dedique. Dado
el gran número de canales, y la necesidad de relizar aparatos de tamaño reducido, por
ejemplo en el caso de sondas internas, la conectividad es uno de los aspectos más
importantes a desarrollar, junto con un electrónico de bajo consumo. En el caso de
conectividad hay un campo que, en estos momentos, está empezando a recibir
atención por parte de la industria de telecomunicaciones y, también, en la física de
altas energías que es lo que se da en llamar conectividad 3D.
La idea es desarrollar un chip a partir de diferentes capas, de espesor reducido
al máximo, unidas e interconectadas para formar un circuito monolítico. Normalmente
las diferentes capas están fabricadas con procesados diferentes, lo que da una gran
4-10
flexibilidad a la hora de escoger el proceso óptimo. El esquema conceptual se muestra
en la Fig. 8.
Figura 8: Esquema de concepto de la interconexión 3D. Consiste en pasar de un concepto en 2D (abajo) en el que todos los bloques están en un mismo plano, a un concepto en 3D, en el que cada bloque esta en un plano diferente que se conecta con el resto “verticalmente” (arriba).
Este proceso permite una mayor funcionalidad en un área dada, como
comentábamos cada capa se puede hacer en diferentes procesos y optimizada
independientemente de las demás y, ademas, la lógica perimétrica se puede reducir
considerablemente.
4-11
Figura 9: Ejemplo de un dispositivo construido empleando esta técnica de interconexión. En la parte superior de la figura se muestra un imagen de una sección del dispositivo obtenida con un microscopio y, en la parte inferior, la imagen de diseño del aparato. En ambas se pueden apreciar, junto con las dimensiones, las columnas o vias a través de las cuales se establece la conexión.
La Fig. 9 muestra un ejemplo de un aparato construido empleando esta
tecnología. En ella se pueden apreciar las distintas capas y cómo se interconectan
entre ellas por medio de vias. Como se puede apreciar, el espesor de cada una de las
capas es sólo de orden de unos pocos micro-metros.
De la misma forma que se pueden interconectar diferentes capas de la
electrónica, el mismo proceso se puede emplear para conectar la electrónica a los
sensores. Este es, en principio, similar a la técnica descrita en la sección de nuevos
sensores, con la diferencia de que en aquel caso lo que se prepende es crecer la capa
del detector sobre la electrónica, mientras que aqui las capas se sueldan, permitiendo
que el procesado de la parte del detector y la electrónica sean diferentes.
4.7. Infraestructura.
Para el desarrollo e investigación de nuevas técnicas de detección, asi como de
sus correspondientes sistemas de adquisición, encapsulado y ensamblaje se hace
4-12
necesaria una cierta infraestructura con un equipamiento avanzado que se enumera a
continuación:
1. Sala blanca.
2. Laboratorio de electrónica.
3. Taller de mecanizado.
4. Laboratorio de test de detectores.
4.7.1.Sala blanca
Una sala blanca es un espacio con control de temperatura y humedad así como
de partículas de polvo. Está normalmente inmerso en una caja de Faraday para evitar
interferencias de campos eléctricos externos que puedan afectar las medidas. Un
espacio así es de vital importancia cuando se desarrollan y caracterizan dispositivos.
Aparte de los controles de temperatura, humedad y los monitores de partículas la sala
debe estar equipada para la realización de las medidas o procesos que deban realizarse
en su interior, como puede ser el caso de los sistemas para la conectividad 3D,
máquinas de microsoldadura y inspección de las conexiones.
Según los procesos a realizar, el nivel de limpieza requerido es diferente. Es
por eso que proponemos una sala de 100 m2 útiles divididos como sigue:
50 m2 de clase 10000
30 m2 de clase 1000
20 m2 de clase 100 con entrada y vestidor de 10 m2.
4.7.2.Laboratorio de electrónica.
En un centro de investigación de nuevos sistemas de detección y de su
electrónica asociada. En dicho laboratorio se caracterizarán y fabricarán los prototipos
de tarjetas electrónicas. Para su diseño será necesario soporte informático con los
programas adecuados de diseño y simulación no solo de las placas sino de los
microchips, DSPs y FPGAs que puedan formar parte de dichos circuitos. Ademas,
serán necesarios aparatos muy precisos de medida y una linea de fabricación de
circuitos impresos y adaptación a circuitos flexibles.
4-13
4.7.3.Taller de mecanizado.
A la hora de construir aparatos es imprescidible disponer de un taller de
mecanizado en el cual se puedan fabricar piezas mecánicas de cualquier tipo
necesarias para los distintos test, así como los ensamblados y encapsulados de los
componentes de los dispositivos que se diseñen e investiguen en el instituto.
4.7.4. Laboratorio de caracterización de detectores.
Se deberá disponer de un laboratorio bien equipado para realizar las pruebas y
caracterizaciones de los detectores y dispositivos. Aunque muchas de par pruebas, previas al
ensamblado final, de los diversos componentes se realizarán en la sala blanca, cuando el
sistema esté completamente ensamblado se deberá caracterizar en este laboratorio que deberá
tener unas condiciones que si ser tan estrictas como en la sala blanca deberán garantizar por lo
menos aislamiento electromagnético y unas condiciones ambientales de temperatura y
humedad que sean lo más estables posible. Es lo que se da en llamar una sala gris.
4.8. Estimación de precios.
En las tablas que siguen se hace una estimación de los costes para el
equipamiento de estas salas.
Sala Blanca: Precio estimado
100m2 útiles (50m2 clase 10.000, 30m2 clase 1.000, 20m2 clase 100 con entrada-vestidor de 10m2)
1000000
Material en Sala Blanca Equipamiento de interconexión Máquina automática de soldadura por bump bonding 800000 Máquina automática de soldadura por hilo con adaptación a TAB bonding 300000 Sistema de inspección óptica para bump bonding 60000 Sistema de inspección óptica con ángulo a 45 grados 100000 Sistema de inspección por rayos X 250000 Equipamiento de test y calibración de detectores Fuentes de alto voltaje, analizador de componentes, ordenador 100000 Matrix de interconexion 100000 Caja de Faraday, mesa automatizada X-Y, sistema de contacto por agujas 100000
4-14
Equipamiento para 3D IC Development Aligner, packaging, coater, wafer cleaner, otros 1500000 Microscopio electronico de barrido 800000
Laboratorio de electrónica: 150m2 Precio estimado
Electrónica de test Osciloscopio, analizador lógico, fuentes de señal, analizador de espectros 200000 Generador de señales digitales, matrix de interconexión, tarjetas de puntas para el test de ASICS
180000
Diseño de electrónica Varios softwares de diseño CAD (PCB, ASICS, FPGA, otros) 80000 Ordenadores, placas de evaluación e interfaces de programación 40000 Material vario de laboratorio Cables, pinzas, conectores, lupas, etc... 30000 Sistema de fabricación de circuitos impresos y adaptación a circuitos impresos flexibles
Drill-router, silk screen printer, guillotina, solder, pre y post clearing, horno, prensa, metalizadora, revelado fotográfico, laminado
1500000
Laboratorio de detectores Precio estimado
Sistema de haz de rayos X 300000 Detectores de posición en 4 planos (telescopios) + sistema de lectura 250000 Sistema de adquisición para detectores+electrónica 100000 Fotomultiplicadores de alta segmentación 70000 Estructuras de test de referencia 100000 Sistema de láser infrarrojo para caracterización de sensores 50000
Taller de mecanizado Precio estimado
Torno, fresadora de control numérico, máquina de fabricación de pequeñas estructuras de fibra de carbono, otros
1000000
4-15
4-16
Sección 5. I+D EN EQUIPOS PARA DIAGNÓSTICO
5.1. Desarrollo de Técnicas y Sistemas Avanzados de Diagnóstico
En esta sección se describen el planteamiento estratégico, los posibles
escenarios de evolución futura y la dotación de infraestructuras de la línea de
investigación, desarrollo tecnológico e innovación TECNICAS Y SISTEMAS
AVANZADOS DE DIAGNÓSTICO del IFIMED. En el primer y segundo apartados se
analizan brevemente desde un punto de vista estratégico y científico el panorama actual
de los sistemas avanzados de diagnóstico, junto con las principales líneas de evolución
futura y los escenarios más prometedores a medio y largo plazo, atendiendo a los
aspectos científico, tecnológico y de innovación. En el tercer apartado se describe
detalladamente la dotación de infraestructuras específicas, no incluidas en otras
secciones, que conforman la base de la presente línea de investigación del IFIMED y
que responden a las necesidades estratégicas planteadas. Finalmente, en el cuarto
apartado, se recoge un presupuesto y una estimación de costes.
5.1.1. Planteamiento Estratégico
El diagnóstico por imagen médica consiste en la reconstrucción de la realidad
(imágenes) basada en los datos suministrados por los diferentes equipos y sistemas de
imagen médica (denominados modalidades). Actualmente, en todas las sociedades
avanzadas existe una enorme presión por mantener o incrementar la calidad de los
servicios sanitarios ofrecidos, al tiempo que se exige que se reduzcan o al menos
mantengan los costes. Todo ello con la presión añadida de una población en paulatino
envejecimiento. En este contexto, el diagnóstico por imagen puede contribuir
eficazmente a la resolución del dilema mejora en el servicio sanitario versus contención
de costes.
5-1
En los últimos 25 años se ha producido una revolución en el campo del
diagnóstico por imagen, permitiendo la visualización del organismo humano mediante
imágenes en tres dimensiones, de muy alta resolución, y tanto anatómicas como de
procesos funcionales. Los sistemas avanzados por imagen ofrecen avances mayores
tanto en el diagnóstico de patologías, como en el desarrollo de terapia de precisión
guiada por imagen1. Sus resultados pueden ser distribuidos mediante redes en tiempo
real, con la capacidad de orquestar y organizar comunidades de conocimiento experto
de forma global.
Así pues, el diagnóstico por imagen, junto con el desarrollo de los
correspondientes sistemas avanzados, ofrece dos grandes oportunidades:
1. Mejorar sustancialmente las posibilidades de diagnóstico de diversas patologías.
Además, su uso con otras especialidades médicas (por ejemplo, cirugía) abre
nuevas expectativas en la mejora y aumento de la curación y diagnóstico de
otras patologías mediante el desarrollo de terapias guiadas por imagen de alta
precisión.
2. Ofrecer una flexibilidad radical en el suministro y calidad de la información
clínica, que permita reducir o contener los gastos sanitarios a la vez que mejora
radicalmente su calidad y accesibilidad.
En la actualidad, el diagnóstico por imagen avanzado cubre todos los aspectos
del desarrollo, investigación e innovación en sistemas que capturan, almacenan,
integran, analizan, transmiten, interpretan y analizan imágenes del cuerpo humano
basándose en una multitud de procesos físicos fundamentales, conjuntamente con una
serie de desarrollos tecnológicos asociados que resultan imprescindibles (modalidades
de imagen médica). El denominador común de todas las modalidades es la contribución
combinada de varias áreas de la ciencia e ingeniería con referencia especial a la Física
1 Como es el caso de la terapia hadrónica, en donde la deposición energética de los protones se puede
controlar con alta precisión y por tanto, es imprescindible determinar de forma no invasiva la localización de los tumores.
5-2
Nuclear y de Partículas. Los avances en los detectores de radiación y de partículas y los
continuos desarrollos en la electrónica de adquisición de datos han sido cruciales en el
desarrollo de las técnicas de imagen médica. El diagnóstico actual es una tarea colectiva
en la que participan médicos con la asistencia de físicos, ingenieros e informáticos.
En un entorno de desarrollo tecnológico y producción científica caracterizados
por una multi-disciplinaridad y un ritmo trepidante, donde se suceden continuas
innovaciones en un ámbito geográfico de competencia global, el desarrollo e
investigación en sistemas de diagnóstico por imagen requiere de una infraestructura
multidisciplinar, comprensiva y flexible si se quieren alcanzar niveles científicos
competitivos de vanguardia.
Los sistemas de diagnóstico por imagen comprenden la integración específica de
subsistemas que capturan, almacenan, pre-analizan, transmiten y visualizan las
imágenes con énfasis en la mejora de su calidad y accesibilidad. Por lo tanto, una
infraestructura dedicada al desarrollo de dichos sistemas ha de dotarse de los medios
necesarios que permitan, por una parte la rápida caracterización e integración de las
distintas tecnologías, y por otra emprender eventuales tareas de investigación y
desarrollo en cada una de las distintas áreas, con el fin de producir resultados orientados
al objetivo específico al que se destinan: la obtención de imágenes de alta definición
utilizando un variado repertorio de principios físicos y tecnológicos.
Tradicionalmente, las distintas modalidades de imagen médica se dividen en dos
grandes grupos: las que usan radiaciones ionizantes (rayos X, tomografía
computerizada, tomografía por emisión de positrones y tomografía por emisión de rayos
gamma, estas dos últimas pertenecientes a la medicina nuclear) y aquellas que no hacen
uso de tales radiaciones (ultrasonidos y resonancia magnética). Desde un punto de vista
funcional, se distinguen aquellas modalidades que suministran información anatómica
(rayos X, tomografía computerizada, ultrasonidos, resonancia magnética) de aquellas
que además permiten la visualización de procesos metabólicos (tomografía por emisión
de positrones y rayos gamma, resonancia magnética funcional). Es de especial
relevancia, que actualmente y en un futuro a corto y medio plazo, se prevé una intensa
5-3
actividad en el desarrollo de equipamiento multimodalidad, es decir, equipamiento que
combine información funcional y anatómica y que sea capaz de suministrarlos
simultáneamente (co-registración). Así, se prevé el desarrollo de equipos que combinen
resonancia magnética o tomografía computerizada de rayos X con tomografía por
emisión de positrones, por mencionar las más prometedoras.
5.2. Escenarios de Desarrollo Futuro
Tal y como se ha planteado en la sección anterior, en un futuro a medio y largo
plazo, las grandes oportunidades para el desarrollo de sistemas avanzados de
diagnóstico se articulan en torno tanto a la mejora de las posibilidades de diagnostico de
patologías (en sus dos ámbitos, clínico y de experimentación en laboratorio), como en
torno a una mejora de la accesibilidad a la información combinando múltiples
modalidades de exploración, ya sea en un sólo aparato o en una combinación de ellos
que permita una contrastación inmediata de la información. En los siguientes apartados
se da una muestra de los proyectos, algunos de ellos ya con prototipos preliminares, que
presentan un desarrollo más prometedor. Se agrupan en dos grandes clases: 1) Cámaras
para estudios pre-clínicos y 2) Equipamiento de diagnóstico clínico. Asimismo, en
ambos casos una tercera línea de investigación es el desarrollo de equipos multi-
modalidad, que combinen, imagen funcional con imagen anatómica de alta precisión.
Como ejemplos se pueden citar, resonancia magnética con PET, TAC con PET, ultra-
sonidos con PET como las más prometedoras.
.
5-4
Figura 1: Prototipo funcional de un PET para animales pequeños desarrollado por el grupo de Física Médica del IFIC
5.3. Cámaras de Investigación Pre-Clínicas
Figura 2: Isquemia de ratón detectada mediante la fusión de la imagen PET obtenida mediante un PET de animales pequeños (Figura 1) y resonancia magnética. Imagen obtenida con el PET desarrollado por el grupo de Física Médica del IFIC. Cortesía de la Unidad de Cartografía Cerebral del Instituto Pluridisciplinar de la Universidad Complutense de Madrid
Recientemente han aparecido en el mercado sistemas de imagen de alta
resolución dedicados a la exploración de animales pequeños como herramientas
importantes para la investigación del cáncer, de la neurología, cardiología, etc. Estos
nuevos sistemas de imagen permiten a los investigadores examinar de forma no
invasiva a los animales frente a mutaciones o patologías y monitorizar el progreso de la
enfermedad y la respuesta a la terapia. La imagen de alta resolución tomográfica se ha
convertido en un instrumento útil para la realización de estudios con animales pequeños
en las ciencias biomédicas básicas. La microscopía mediante resonancia magnética
(MRM) se ha constituido en una tecnología importante para la realización de estudios
anatómicos in vivo de estructuras de tejido blando, mientras que la tomografía por
emisión de positrones y el SPECT han encontrado su utilidad en la imagen funcional del
organismo y en estudios de expresión génica.
Esta categoría comprende el desarrollo de:
1. Micro-PET. 2. Nano-SPECT. 3. Micro-TAC.
5-5
4. Sistemas híbridos. Multimodalidad.
Micro-PET: PET para animales pequeños
Una Micro-Cámara Tomográfica por Emisión de Positrones de pequeños
dimensiones es un instrumento excelente para realizar estudios funcionales con
animales pequeños, fundamentalmente ratas y ratones. El principal campo de
aplicación de la cámara micro-PET para animales pequeños es la investigación básica
clínica y biomédica.
No es posible utilizar una cámara PET para humanos para realizar estudios
con animales pequeños. En primer lugar, una cámara PET de animales pequeños debe
adaptarse al tamaño de los mismos, situando los sensores a una distancia reducida para
obtener una buena sensibilidad. Por otro lado debe disponer de una resolución espacial
suficiente, cercana al milímetro, para poder distinguir detalles dentro del mismo (la
resolución de las cámaras PET para humanos es de alrededor de 5-6 milímetros).
Mediante una cámara PET de animales pequeños se pueden realizar:
1. Estudios clínicos (de cerebro, oncológicos y de corazón) y de investigación biomédica.
2. Estudios de expresión génica. 3. Desarrollo de nuevos radio fármacos. 4. Estudio de los distintos trazadores en animales antes de usarlos con seres
humanos.
Recientes desarrollos de Micro-PET para animales pequeños [1,2] obtenien
excelente prestaciones: resolución en torno al milímetro, alta resolución en energía y
superior sensibilidad. La figura siguiente muestra un prototipo Micro-PET desarrollado
junto con una imagen del miocardio de un ratón.
5-6
Figura 5: Imágenes PET del corazón de un ratón [1,2]. Figura 4: Prototipo de micro-PET para animales pequeños. Nótese la camilla para ratones en pleixglas [1,2].
Nano-SPECT: SPECT para animales pequeños
Mediante una cámara Nano-SPECT se pueden realizar también estudios
similares. Sin embargo, algunas sustancias importantes como la glucosa no pueden
utilizase en los sistemas SPECT. Típicamente mediante un SPECT pueden obtenerse
mejores resoluciones que con el micro-PET, aunque a cambio de una menor
sensibilidad. El coste de la instrumentación del micro-SPECT es más barato y también
los isótopos radiactivos que se utilizan.
Actualmente existen desarrollos de prototipos de Nano-SPECT para animales
pequeños [3] con resoluciónes submilimétrica. La figura siguiente muestra un prototipo
Nano-SPECT desarrollado con una imagen de la glándula tiroides de un ratón.
5-7
Figura 7: Imagen de la glándula tiroides de un ratón [3].
Figura 6: Prototipo de Nano-SPECT para animales pequeños [3].
Micro-TAC: TAC para animales pequeños
La tomografía micro-computerizada de rayos X (micro-TAC) es un medio
coste-efectivo para detectar y caracterizar estructuras de tejidos blandos, anormalidades
en el sistema esquelético, y tumores en animales vivos. Los sistemas micro-TAC
proporcionan imágenes de alta resolución (típicamente 50 micras o menos), adquisición
rápida de las imágenes (típicamente 5 o 30 minutos), sensibilidad excelente al tejido
esquelético y buena sensibilidad al tejido blando, especialmente cuando se utiliza un
medio que aumenta el contraste.
Avances recientes en el hardware y software del micro-TAC con rayos X
han convertido esta tecnología en una herramienta importante para la realización de
estudios biológicos “in vivo” de pequeños animales. Los sistemas micro-TAC
proporcionan alta resolución, rápida adquisición de datos y sensibilidad al mismo
tiempo a los tejidos blandos y al esqueleto. La sensibilidad frente al tejido blando se
puede aumentar mediante el uso de un contraste. Debido al coste relativamente bajo del
hardware de rayos X, el micro-TAC tiene el potencial de estar entre las modalidades de
imagen más baratas. Los sistemas micro-TAC se han utilizado fundamentalmente para
realizar estudios de imagen ósea debido al alto contraste entre el tejido blando y el
calcificado. Dado el relativo bajo coste de la imagen con rayos X, el micro-TAC se ha
convertido en una alternativa coste-efectiva a la micro resonancia magnética para varias
aplicaciones en investigación. Imágenes recientes de modelos animales para cáncer de
5-8
próstata, pulmón y huesos demuestran la utilidad potencial del micro-TAC de rayos X
en la investigación del cáncer.
Sistemas híbridos. Multimodalidad
Mediante diversos sistemas híbridos se logra obtener, como ya se ha
mencionado, imágenes anatómicas y funcionales simultáneamente, mediante la co-
registración de las mismas en el mismo aparato y su posterior fusión. Las imágenes
anatómicas aportan una resolución muy superior a las imágenes funcionales aunque
éstas proporcionan información muy valiosa sobre el metabolismo, expresión génica,
etc. Poseer simultáneamente imagen anatómica y funcional aporta fundamentalmente la
información de la localización en el organismo de la información funcional.
5.4. Cámaras de Diagnóstico Clínico
Esta categoría comprende el desarrollo, entre otros de:
1. Cámaras gamma. 2. Micro Cámara Compton para próstata. 3. Cardio-SPECT para corazón 4. PET para mamografía 5. Neuro-PET para estudios cerebrales (Alzheimer y otras
patologías) 6. Tomografía computerizada por infra-rojos
Cámaras Gamma
Actualmente, existen ya prototipos de mini cámaras gamma [4,5] cuya
tecnología, a medio plazo, representa una oportunidad de transferencia a la industria.
Las principales aplicaciones son el diagnóstico de órganos pequeños (tiroides, riñón,
articulaciones, etc.) y la localización del ganglio centinela en intra-operatorio. La figura
siguiente muestra el prototipo de mini cámara gamma desarrollado y una imagen de la
glándula tiroides de un paciente.
5-9
Figura 9: Imagen de la glándula tiroides de un paciente obtenida con una mini cámara gamma.
Figura 8: Prototipo de mini cámara gamma junto al ordenador portátil de adquisición y control
Cardio-SPECT
La imagen nuclear cardiovascular utiliza técnicas no invasivas para evaluar
alteraciones en el flujo de las arterias coronarias, así como la función ventricular. La
Tomografía por Emisión Computerizada (SPECT) es una técnica de imagen
fundamental en cualquier departamento de Medicina Nuclear.
La técnica SPECT es prácticamente imprescindible actualmente para la
evaluación de la perfusión miocárdica, con superioridad demostrada en cuanto a
sensibilidad diagnóstica y localización topográfica de las áreas patológicas. Hoy en día,
a casi todos los pacientes cardiacos se les realiza un rastreo SPECT como parte del
protocolo para detectar y estadiar las enfermedades de las arterias coronarias.
Las indicaciones específicas son las siguientes:
• Diagnóstico de enfermedad coronaria. • Significado funcional de lesiones coronarias conocidas. • Pronóstico en la enfermedad coronaria crónica. • Pronóstico post-IAM (isquemia residual). • Evaluación de intervenciones terapéuticas (angioplastia, by-pass) • Estratificación de riesgo pre-cirugía mayor o vascular. • Investigación de viabilidad miocárdica.
5-10
Se pretende desarrollar un sistema SPECT portátil, y de alta resolución y
sensibilidad, para estudios de perfusión miocárdica. Dicho sistema estará basado en la
mini cámara gamma portátil desarrollada por el IFIC. Dicha mini cámara gamma,
además de portátil, es de alta resolución y sensibilidad. Por otro lado, el hecho de ser de
reducido tamaño permite en este caso acercar la misma al corazón del paciente,
incrementando así grandemente su sensibilidad respecto de las grandes cámaras SPECT
comerciales. Sin embargo, para funcionar como sistema SPECT es necesario
fundamentalmente, por un lado desarrollar un sistema mecánico que permita girar la
cámara alrededor del paciente para adquirir la imagen desde varios puntos de vista, y
por otro desarrollar un algoritmo software que reconstruya la imagen del corazón en tres
dimensiones a partir de las imágenes planares tomadas en las distintas proyecciones.
PET para mammografía
La detección precoz del cáncer de mama es una prioridad para los sistemas
de salud de muchos países del mundo. Una de cada ocho mujeres desarrollará cáncer de
mama, que es la primera causa de muerte por cáncer entre las mujeres europeas. Por
otro lado, la detección precoz conduce a un porcentaje de curación elevado [1]. A
finales de la década de los 70, la introducción del screening con mamografía de rayos X
de baja energía con una periodicidad de 18-28 meses representó un avance importante
en los sistemas de salud de los países desarrollados. La detección precoz del cáncer ha
reducido la mortalidad por cáncer de mama alrededor de un 29%, según primeros datos
clínicos [2]. Actualmente la “American Cancer Society” y el “American College of
Radiology” recomiendan un chequeo anual a partir de los 40 años, incluso para aquellas
mujeres no incluidas en ningún grupo de riesgo.
Desgraciadamente, la especificidad de la mamografía convencional de rayos X
es bastante baja, típicamente del 30% [3]. Debido al gran porcentaje de diagnósticos
falsos utilizando dicha técnica, es necesario realizar un número elevado de biopsias e
incluso disecciones de axila que ocasionan un alto coste psicológico para las mujeres y
económico para la sociedad. Por otro lado, técnicas metabólicas que utilizan el PET con
glucosa (FDG) han demostrado una sensibilidad excelente a tejidos cancerígenos (de
5-11
casi el 100%) debido a que las células cancerígenas consumen mucha más glucosa que
el tejido sano.
Los métodos morfológicos como la mamografía de rayos X o la ecografía,
muestran las lesiones producidas por el cáncer, no el propio cáncer. Es más, el cáncer se
caracteriza muy a menudo por tener estructuras de bajo contraste en el dominio de los
rayos X de baja energía, lo que implica una sensibilidad baja del orden del 30%. Esto es
especialmente válido para el 40% de mujeres que tienen glándulas mamarias densas,
para las que la mamografía de rayos X falla en el 50% de los casos de cáncer. Esto es
particularmente desafortunado si consideramos que la densificación de la mama se
asocia frecuentemente al tratamiento con estrógenos y parece estar relacionado con un
riesgo significativamente mayor de contraer cáncer.
La alta tasa de falsos positivos conlleva un gran número de biopsias
innecesarias: 60-85% de las biopsias que siguen a una indicación por la imagen
mamográfica de rayos X o ultrasonidos, no se corresponde con ninguna patología
maligna [4,5]. Una estimación de 600.000 biopsias innecesarias al año sólo en los
Estados Unidos, corresponde a un coste de mil millones de euros. Más dramático es el
gran número de falsos negativos con consecuencias fatales para el paciente. Otras
técnicas como la RMN o la ecografía no han demostrado hasta el momento ser más
eficientes.
Se pretende llevar a cabo el desarrollo de una cámara útil para la detección
precoz del cáncer de mama. Estará basada en métodos de detección funcionales
alcanzando una resolución espacial aproximadamente de 1mm y una mejora en un
factor 100 en la sensibilidad de detección del cáncer de mama.
Neuro-PET
El PET (Tomografía por Emisión de Positrones) es la técnica que más eficazmente
detecta las enfermedades neuro-degenerativas. Por ejemplo, el PET es capaz de detectar
el Alzheimer cinco años antes que cualquier otra técnica conocida. Así, las agencias de
5-12
seguros médicos de EEUU decidieron el pasado mes de Junio reembolsar a los
pacientes a los que se les había realizado un PET para diagnosticar todo tipo de
demencias. El PET que se pretende desarrollar consistirá de una cámara dedicada
únicamente al cerebro (no existen cámaras comerciales) y deberá poseer una alta
sensibilidad y una resolución espacial cercana al milímetro. La gran aplicación es la
detección temprana del Alzheimer cinco años antes que con ninguna otra técnica
5.5. Despliegue de Infraestructuras
Como ya se ha mencionado anteriormente, los sistemas de diagnóstico por
imagen comprenden la integración específica de subsistemas que capturan, almacenan,
pre-analizan, transmiten y visualizan las imágenes. Por tanto, la infraestructura dedicada
al desarrollo de dichos sistemas ha de dotarse de los medios necesarios que permitan:
1. La rápida caracterización e integración de las distintas tecnologías.
2. Emprender eventuales tareas de investigación y desarrollo en cada una de las distintas áreas, con el fin de producir resultados orientados al objetivo específico al que se destinan: la obtención de imágenes de alta definición utilizando un variado repertorio de principios físicos y tecnológicos.
Dado el amplio repertorio de principios físicos y tecnológicos y la multi-
disciplinariedad que el desarrollo de dichos sistemas requiere actualmente, es necesaria
una infraestructura que permita realizar la integración de los distintos componentes
fundamentales y un control de calidad de los mismos. Cabe resaltar que dicha
integración conlleva esfuerzos complejos de investigación y desarrollo fundamentales y
no triviales que por lo general dan lugar a investigaciones y aplicaciones novedosas.
Dichos componentes consisten fundamentalmente en detectores de radiación gamma,
detectores de luz visible, detectores de campo magnético, electrónica rápida asociada,
sistemas de procesamiento de la señal, sistemas de análisis de datos en tiempo real
(Digital Signal Processing), sistemas de adquisición de datos de alta velocidad y
sistemas de pre-procesamiento y almacenamiento local de datos.
5-13
Por ello, se precisan las siguientes infraestructuras dotadas de su correspondiente
equipamiento. Enumeradas funcionalmente:
Instalación de Modificación y Adaptación de micro y nano-estructuras de foto-detección.
Laboratorio de caracterización de foto-sensores. Laboratorio de caracterización de cristales. Laboratorio de rayos X y detectores gaseosos. Laboratorio de test y caracterización de ASICs. Equipamiento para operación de sistemas digitales Equipamiento para programación de firmware Equipamiento electrónico Equipamiento para la integración mecánica de sensores Instalaciones de test de sistemas, equipada para la realización simultanea de
Tests en condiciones de sala limpia Ambiente (temperatura, humedad) controladas Capacidad de manipulación de fuentes radiactivas Capacidad de manipulación de campos magnéticos Instalación de estructuras mecánicas complejas
En los apartados siguientes se describe brevemente la utilidad y funcionalidad de
dichos laboratorios. Además, se detalla el presupuesto necesario para cada uno de
dichos laboratorios (en equipamiento y gastos de instalación).
5.6. Instalación de Modificación y Adaptación de micro y nano-estructuras de foto-detección
Las micro y nano-estructuras fabricada5s con metodología de baja dimensionalidad son
la base de no sólo múltiples dispositivos electrónicos de vanguardia, sino que también
constituyen un elemento fundamental de numerosos sensores y elementos ópticos (ej.
nanolentes, micro rejillas de difracción, Gas Electron Multipliers). Debido al altísimo
ritmo de innovación, se requiere la infraestructura necesaria para la utilización, control e
integración de los mismos. Cabe mencionar entre otros los siguientes equipamientos
más significativos:
Implantador: es la herramienta básica para conseguir los perfiles de impurezas
5-14
necesarios. Es necesario implantar a alta y baja energía, con capacidad para variar el ángulo de implantación, y con capacidad de implantar diversas especies (Boro, Arsénico, Fósforo entre otras).
Horno de difusión: una vez hecha la implantación, es necesario activarla. Para ello se utilizan hornos de difusión.
RTA: Si se quieren activar las implantaciones, pero evitando la difusión de las impurezas, como resulta necesario para el caso de “shllo implant”, es necesario un equipo de Rapid Thermal Annealing.
Metalizadoras LP o PECVD deposition: tratamiento de estructuras multicapa anti-reflectantes para evitar las pérdidas por reflexión.
ICP deep etch: obtención de trincheras profundas de aislamiento entre celdas adyacentes, utilizando el mínimo espacio posible.
Reactor epitaxial: integración de capas de alta resistividad para los “quenching resistors”.
Además de todo esto es necesario incorporar recursos de simulación y
caracterización, tanto física como eléctrica.
5.7. Laboratorio de CZT
El Cadmium Zinc Telluride o el Cadmium Zinc y materiales similares que se
puedan desarrollar son en la actualidad los materiales con perspectivas más
prometedoras para su uso en gran escala en los sistemas avanzados de diagnóstico por
sus caracteristicas: compacto, estable, excelente resolución energética, bajo consumo y
bajas corrientes de fuga. En la actualidad su uso no es generalizado (excepto en
aplicaciones militares avanzadas) por el elevado precio de los cristales, pero existe un
consenso entre los expertos mundiales que su precio descenderá dramáticamente a
medio plazo.
No se pretende desarrollar la tecnología para el crecimiento los cristales CZT o
caracterizar los sensores, pero resulta imprescindible disponer la infraestructura
necesaria para la utilización, control y caracterización de este nuevo tipo de materiales.
Hay que precisar que dicha tecnología es muy diferente a la basada en semiconductores
de Sicilio por lo que se precisa una infraestructura muy específica para su control y
caracterización.
Más concretamente, para su uso y adaptación se precisa de:
5-15
• Un equipo de metalización de Oro, Niquel e Indio. • Equipo de pasivado. • Tecnología de acoplamiento. • Equipamiento de caracterización.
5.8. Laboratorio de Caracterización de Foto-Detectores y Caracterización de Cristales Durante más de 60 años los fotomultiplicadores han sido utilizados para detectar
fotones tanto de baja energía (espectro visible y ultra-violeta) como de alta energía
(rayos X y rayos gamma) y actualmente en muchas aplicaciones no han sido superados
en prestaciones. No obstante, prosiguen evolucionando constantemente y constituyen un
frente activo de desarrollo e investigación: nuevos tipos de fotomultiplicadores inmunes
al campo magnético, mayores amplificaciones y una mayor sensibilidad cuántica del
fotocátodo son algunos de los parametros en continua evolución. Nuestro grupo de
investigación posee una extensa experiencia en el uso tanto de fotomultiplicadores
convencionales como de foto-detectores basados en el silicio, tales como APD [11].
Dependiendo de la aplicación y dada la gran variedad de fotomultiplicadores, se
precisa de una extensa labor de caracterización, acondicionamiento y test (medidas de
eficiencia cuántica, prestaciones electrónicas, estabilidad temporal, etc...) Para una
correcta caracterización y uso se requiere disponer de bancos ópticos de precisión,
posicionadores automatizados, espectrofotómetros, lásers, etc... En el siguiente apartado
se da un presupuesto detallado de todos los componentes.
5.9. Laboratorio de Caracterización de Cristales.
La combinación fotomultiplicador más cristales centelleador es en la actualidad
uno de los sistemas más ampliamente utilizados para la detección de rayos gamma,
elemento esencial de sistemas basados en PET y SPECT. Los cristales centelleadores
son elementos altamente especializados que requieren de una cuidadosa manipulación
(corte, recubrimiento, limpieza y pegado) así como de un sofisticado equipamiento para
5-16
la caracterización de su rendimiento (producción de luz a diferentes longitudes de onda,
uniformidad, medida del envejecimiento). En el siguiente apartado se da una estimación
de costes de los distintos elementos de infraestructura.
5.10. Laboratorio de Rayos X y de Detectores Gaseosos.
Una forma de detección de los rayos X de alta resolución y de coste muy
bajo es mediante detectores gaseosos. Los rayos X interaccionan en el gas mediante
efecto fotoeléctrico generando por tanto un electrón de la misma energía. Dicho
fotoelectrón ioniza el gas circundante produciendo electrones que migran hacia el ánodo
e iones positivos más lentos que se colectan en el cátodo. Micro y nano-estructuras del
tipo GEM (Gas Electron Multiplier [12,13]) o MICROMEGAS han permitido introducir
etapas independientes de amplificación de la señal producida por el rayo X.
En el laboratorio de rayos X se desarrollarán detectores de rayos X y se
llevará a cabo su caracterización. El equipamiento de caracterización de los detectores
gaseosos de rayos X tampoco es muy costoso y consta fundamentalmente del sistema de
gas, amplificadores de señal y aparatos de medición. Las paredes de dicho laboratorio
deben estar cubiertas mediante una capa de dos milímetros de plomo para evitar el paso
de la radiación a salas contiguas. Además debe constar de pantallas de rayos X móviles
para proteger a los que realizan los experimentos. Sin embargo, el equipamiento
necesario para las nano-estructuras tiene un coste elevado.
5.11. Laboratorio de Resonancia Magnética
La técnica de imagen médica que ha alcanzado un mayor desarrollo y
difusión en los últimos 20 años ha sido, sin lugar a dudas, la imagen por resonancia
magnética (MRI). Por otro lado, como ya hemos comentado al principio, las diversas
técnicas de imagen médica proporcionan información complementaria sobre el estado
físico-fisiológico del órgano u organismo en estudio. De hecho, cuando han aparecido
en el mercado nuevas técnicas de imagen médica, éstas no han ido reemplazando a las
ya existentes, sino que se han introducido como pruebas complementarias que aportan
5-17
aspectos diferentes que confirman, matizan y en algunos casos modifican el diagnóstico
realizado con las técnicas más antiguas.
Por ello, la tendencia más innovadora en el equipamiento de diagnóstico
por imagen es el desarrollo de hardware multi-modalidad, es decir, que permita
introducir al menos dos técnicas de imagen complementarias en el mismo aparato. Así
actualmente, y desde hace pocos años, ya no se comercializan equipos de diagnóstico de
cuerpo entero proporcionando únicamente información PET, sino que todos los nuevos
aparatos PET que se adquieren de primera mano en los hospitales aportan información
tanto PET como TAC. En los equipos de diagnóstico PET-TAC, el TAC suministra
información de tipo morfológico, presentando una descripción de alta resolución de la
estructura del organismo, mientras que el PET proporciona una imagen de tipo
metabólica, de menor resolución pero aportando una valiosa información funcional del
órgano o tejido.
Una de las técnicas multi-modales más prometedoras es la PET-MRI. Sin
embargo, dicha técnica presenta importantes retos tecnológicos. Actualmente, todos los
sistemas PET clínicos comerciales se componen de fotomultiplicadores convencionales.
Dichos fotodetectores son muy sensibles al campo magnético por lo que la introducción
de una cámara PET dentro de los elevados campos magnéticos de la resonancia resulta
inviable. Por otro lado, los componentes de la cámara PET afectan a la distribución del
campo magnético de la resonancia, produciendo artefactos.
En el laboratorio de resonancia magnética, se estudiará la modificación de
dichos campos en función de los componentes utilizados, la aplicación de correcciones
al mismo, etc. Para ello se adquirirán diversas bovinas de alto campo, de
radiofrecuencia, sistema criogénico, control, etc.
5.12. Laboratorio de Imagen Óptica
La imagen óptica es una técnica de imagen médica reciente e innovadora
que se encuentra actualmente en los primeros estadios de su desarrollo y que por tanto
no ha presentado todavía resultados concretos que permitan introducirla en los centros
de salud. La radiación electromagnética en el rango del visible o del infrarrojo penetra
5-18
varios centímetros en el cuerpo del paciente por lo que puede utilizarse para examinar
determinadas regiones del organismo.
Se ha utilizado fundamentalmente con dos métodos diferentes: imagen de
transmisión e imagen de fluorescencia. La imagen de transmisión realiza un muestreo
del organismo a una longitud de onda determinada para visualizar la estructura de
absorción a dicha longitud de onda. Como emisor se emplea normalmente un diodo
láser y como receptor se utilizan múltiples fotodiodos formando casi un círculo
completo alrededor del órgano a estudiar para detectar todos los fotones dispersados por
el objeto. Para poder formar una imagen de tomografía, el emisor y receptor giran
alrededor del órgano adquiriendo la información de las diversas proyecciones. El estado
del arte consiste en realizar varios muestreos utilizando longitudes de onda diferentes y
combinando toda la información. También se puede obtener cierta información
funcional mediante esta técnica. Así, por ejemplo, se pueden visualizar los vasos
sanguíneos en la mama y determinar si ha producido neo-vascularización, si el láser
emite a la frecuencia de absorción de la hemoglobina (800nm). Por otro lado, la imagen
de fluorescencia se forma cuando se inyecta una sustancia al organismo que emite luz
en el rango del infrarrojo o visible y se detecta la misma desde el exterior. Dicho
contraste puede ser excitado desde el exterior mediante luz visible una vez ya inyectado
en el organismo para reemitir posteriormente luz en un rango inferior de energía,
realizando todo el proceso con gran eficiencia (quantum-dots). Aunque las cámaras de
detección resultan de un coste no muy elevado, dichos contrastes son actualmente de un
precio muy elevado
Las técnicas de imagen óptica presentan la gran ventaja de no utilizar
radiaciones ionizantes. Sin embargo, debido a la dispersión de los fotones en el rango
del visible o en el infrarrojo cercano dicha técnica posee actualmente una baja
resolución y sensibilidad respecto a las técnicas de imagen en Medicina Nuclear.
El laboratorio de imagen óptica tendrá una sala oscura y estará dotado del
equipamiento siguiente: diversos láser de estado sólido y de fibra óptica, fibras ópticas,
foto-detectores, espectro-fotómetros.
5-19
5.13. Laboratorio de Ultra-sonidos
La ecografía es una técnica de imagen médica que presenta varias ventajas
importantes respecto de las técnicas anteriormente mencionadas: bajo coste, alta
portabilidad y la no utilización de ondas o radiaciones electromagnéticas. Es por ello,
que ha alcanzado una gran difusión no solo en los departamentos de diagnóstico por
imagen de los grandes hospitales sino también en salas de urgencia, clínicas y centros
de atención primaria.
Con la introducción de imágenes 4D de alta resolución, la ecografía se ha
convertido en una técnica que ha alcanzado el nivel de madurez. Sin embargo, es
previsible la introducción de nuevas aplicaciones de la técnica mediante la introducción
de contrastes en el organismo que sean sensibles a la técnica eco-gráfica y permitan
visualizar detalles del mismo. Por ejemplo, existen en el mercado ya contrastes
completamente inocuos en forma de pequeñas burbujas (del tamaño de las plaquetas)
que se pueden introducir por vía intravenosa y se reabsorben en el organismo a las
pocas horas. Ello permite visualizar los vasos sanguíneos y determinar la existencia de
neo-vascularizaciones en ciertos órganos como el hígado y la mama.
Por otro lado, también es posible introducir mejoras en la imagen
proporcionada por el ecógrafo realizando un tratamiento más avanzado de la
información proporcionada por el transductor de ultrasonidos antes ser presentada al
ordenador para la reconstrucción, formación y visualización de la imagen. De esta
forma, se puede alcanzar una mayor resolución en la imagen para zonas concretas del
campo de visión.
El laboratorio de ultrasonidos constará de varios transductores ultrasónicos
de diversos rangos de frecuencias y grados de potencia. Sus paredes estarán dotadas de
un aislamiento acústico y constará de varios aparatos de medición de alta resolución.
5-20
5.16. Estimación de Costes
A continuación se detallan de forma agregada la estimación de costes de las
distintas infraestructuras, correspondientes a las unidades funcionales descritas en el
apartado anterior:
Implantación
Implantador iónico 1.750.000
Horno de difusión 250.000
RTA 715.000
Ataque profundo 624.000
Epitaxia 1.200.000
Tota l 4.539.000
coste de insta laciones (6%) 272.340
Tota l Nanoest ructuras 4 .811 .340
Insta lación de Adapta ción y M odif icación de Nanoest ructuras
La bora torio de CZT
M eta lización
Sput ter Cr,Au, Ni, In 30.000 Metal PVD 160.000
Equipo de pasivado 800.000
Acoplamiento FLIP-FLOP 300.000
Adaptación de los sensores 250.000
Tota l 1 .540 .000
5-21
Banco ópt ico de precisión y componentes 90.000
Posicionadores automat izados 100.000
Equipamiento de láser 80.000
Sistemas de medida de precisión y control 190.000
Sitema AFM 250.000
Tota l 7 10 .00 0
La bora torio de Caracte riza ción de Fotode tectores
La bora torio de Caracte riza ción de Crista les
Banco ópt ico de precisión y componentes 90.000
Posicionadores automat izados 100.000
Equipamiento Elect rónico 90.000
Espect ro-fotómetros 100.000
Caja de medidas 30.000
Lámparas Xénon, lentes, fibras òpt icas, etc. 100.000
Tota l 5 10 .00 0
Sistema de gases 150.000
200.000
290.000
30.000
30.000
50.000
Tota l 7 50 .00 0
La bora torio de De tectores de Rayos X Ga seosos
Elect rónica de amplificación y control
Sistemas de medida
Fuentes de rayos X y cont rol
Discos motorizados de alta precisión
Instalación radiológica
5-22
La bora torio de Resona ncia M a gnét ica
Bovinas de gradiente 1.100.000
Bovinas de bajo campo 300.000
Bovinas de RadioFrecuencia 300.000
Criogenia 250.000
Sistemas de Control 250.000
Tota l 2 .200 .000
La bora torio de Ult rasonidos
Instalaciones de aislamiento acúst ico 200.000
Transductores 250.000
Equipamiento de medida 100.000
Sistemas de control 90.000
Tota l 6 40 .00 0
5-23
Bibliografía [1] Detector Optimization of a Small Animal PET Camera Based on Continuous LSO Crystals and Flat Panel PS-PMTs. E.N. Gimenez, J.M. Benlloch, M. Gimenez, C.W. Lerche, M. Fernandez, N. Pavon, M. Rafecas, F. Sanchez, A. Sebastia, R. Esteve, J.D. Martinez, J. Toledo; IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record, Volume 6, 3885-3889, (2004) [2] Depth of interaction detection with enhanced position-sensitive proportional resistor network. Ch. W. Lerche, J.M. Benlloch, F. Sánchez, N. Pavón, N. Giménez, M. Fernández, M. Giménez, A. Sebastiá, J. Cerdá, J. D. Martínez, F. J. Mora Nuclear Instruments & Methods in Physics Research A 537 (2005) 326-330. [3] Desarrollo De Un Sistema SPECT Para Animal Pequeño Basado En Una Gammacámara Portátil. Primeros Resultados. Francisco Pino Sorroche, Abel Orero Palomares, Núria Roé Vellvé, Carles Falcon Falcon, Santiago Rojas Codina, José María Benlloch Baviera, Domènec Ros Puig, Javier Pavía Segura XXVIII Congreso Nacional de la Sociedad Española de Medicina Nuclear, León, Junio 2007. [4] Design and test of a portable mini gamma-camera for medical applications F. Sánchez, J. M. Benlloch , B. Escat, N. Pavón, E. Porras, D. Kadi-Hanifi, J.A. Ruiz, F.J. Mora, A. Sebastià Med. Phys. 31 (6) (June 2004) 1384-1397 [5] Performance tests of two portable mini gamma cameras for medical applications. F. Sánchez, M.M. Fernández, M. Giménez, J. M. Benlloch, M.J. Rodriguez-Alvarez, F. García de Quirós, Ch. W. Lerche, N. Pavón, J.A. Palazón, J. Martínez and A. Sebastiá. Med. Phys. 33 (11), November 2006 4210-4220. [6] P. A. Newcomb, P.M. Lantz, Breast Cancer Res. Treatment 28 (1993) 97. [7] L.W. Basset, et al., AJR 157 (1991) 21. [8] L.H. Baker, Cancer 32 (1992) 194. [9] S.S. Gambhir, et al., J. Nucl. Med. 42 (2001) 1S. [10] L.P. Adler, Breast Imaging Conference, Rome, May 2000. [11] Time response of a avalanche photodiodes as a function of the internal gain. J.M. Benlloch, A. Munar (Valencia U.) , V. Dokuchaeva (Moscow State U.) , N. Malakhov (Dubna, JINR) , A. Menzione (INFN, Pisa) . 1998. Nucl.Instrum.Meth.A409:410-413,1998. [12] Development of the gas electron multiplier (GEM). J. Benlloch et al. IEEE Trans.Nucl.Sci.45:234-243,1998. [13] Further developments of the gas electron multiplier (GEM). J. Benlloch, A. Bressan, M. Capeans (CERN) , M. Gruwe (DESY) , M. Hoch, J.C. Labbe, A. Placci, L. Ropelewski, F. Sauli (CERN) Nucl.Instrum.Meth.A419:410-417,1998.
5-24
Sección 6:I+D EN IMAGEN MÉDICA
1. Introducción
1.1. La imagen y el diagnóstico
La finalidad última de los aparatos de diagnóstico por la imagen es ofrecer, en
forma de imagen digital, la distribución espacial de un determinado parámetro en el
organismo, el cual no se puede visualizar directamente. En medicina nuclear, la
imagen buscada corresponde a la distribución de la concentración de un determinado
radioisótopo en el interior del cuerpo; en radiología, la imagen indica el grado de
„transparencia“ de la parte del cuerpo bajo estudio (la “transparencia” se corresponde
con la atenuación que sufren los rayos X en el organismo). En ambos campos, las
imágenes proporcionan información muy valiosa que el médico nuclear o el radiólogo
emplearán para emitir un diagnóstico, o para observar la evolución de cierta
enfermedad o los efectos de las terapias. En cualquier caso, es obvio que la imagen
obtenida es la base del diagnóstico y, por tanto, debe reflejar con precisión y calidad
los fenómenos biológicos que se quieren estudiar.
Tanto en medicina nuclear como en radiología, la imagen se obtiene
procesando las medidas de la radiación que realiza una cámara especialmente
concebida para ese fin. En el caso de los aparatos de diagnóstico en medicina nuclear,
se trata de radiación gamma; en radiología, de rayos X. Pero no todas las técnicas
tomográficas se basan en la detección de fotones. Por ejemplo, a partir de la detección
de ultrasonidos o de medidas de impedancia eléctrica también se pueden reconstruir
volúmenes que representen espacialmente determinadas propiedades en ciertas
regiones del cuerpo.
Las imágenes obtenidas mediante aparatos de diagnóstico no sólo se emplean
en la rutina clínica, sino también en la investigación biomédica básica. Las ratas y
ratones son los animales más empleados para el estudio de los mecanismos que
causan las enfermedades que afectan a los humanos, así como para el desarrollo de
nuevas terapias; este hecho esta conduciendo al incremento del uso de dispositivos
6-1
especialmente concebidos para examinar animales pequeños.
1.2. La imagen y la protonterapia
El uso de las llamadas “imágenes médicas” no se limita al diagnóstico: tanto la
radioterapia como la protonterapia emplean imágenes, obtenidas sobre todo mediante
aparatos de radiodiagnóstico, en varias de las etapas del proceso terápico:
En la planificación del tratamiento se suelen emplear imágenes digitales de la
zona a tratar, y que se obtienen mediante una exploración con tomografía axial
computerizada (TAC). Estas imágenes sirven de base para determinar las áreas a
tratar y los órganos críticos a proteger; mediante programas informáticos, se calcula la
intensidad y focalización del haz, así como el volumen de la zona a tratar. Para
verificar la planificación, el paciente acudirá a la unidad de tratamiento, en donde se
le realiza una radiografía digital.
1.2.1 PET “in beam” y PET/TAC post-tratamiento
En radioterapia, se pueden realizar radiografías de control del paciente durante
el tratamiento para su optimización. En protonterapia, se puede verificar que la
irradiación se realiza con la dosis y la localización deseadas a través de la medición
de la radiación que se produce como consecuencia de la activación de los núcleos
atómicos situados en la trayectoria del haz de protones. Esta activación conlleva, entre
otros fenómenos, que los núcleos se estabilicen mediante la desintegración �+. Como
resultado de la desintegración, se emiten simultáneamente dos fotones de igual
dirección y energía, pero en sentidos opuestos. Este par de fotones se puede medir
mediante el mismo tipo de dispositivo que emplea la tomografía por emisión de
positrones (PET), ya que la PET se basa también en la desintegración �+ (emisión de
positrones). La diferencia entre la PET convencional y la PET “in-beam” es que en la
primera los radioisótopos se inyectan al paciente, mientras que la PET “in-beam” son
los propios núcleos del cuerpo del paciente los que se desintegran. Por realizarse
durante el proceso de irradiación o al poco de terminarlo se le llama “in beam”.
La PET “in beam” es una técnica muy reciente, que no cuenta con ningún
dispositivo comercial, sino que emplea prototipos. En cualquier caso, lo que se
obtiene es una imagen que representa el “mapa” de activación causado por el haz.
Esta imagen sirve de base para la comparación con una simulación Monte-Carlo 6-2
basada en la imagen de TAC y en la planificación.
Como alternativa a la PET “in beam”, pero basándose en los mismos
principios, se pueden obtener las imágenes del mapa de activación en escáneres
comerciales justo después de terminar la irradiación. Si el escáner es de tipo
PET/TAC, la imagen obtenida contiene información anatómica (TAC) y aquella
procedente de la activación (PET), que es la que se emplea para la verificación.
1.2.2. Tomografía y radiografía por protones
Estas técnicas son muy novedosas y aún en fase de evaluación. En ambos
casos, la meta final es conseguir una imagen, bien para la planificación del
tratamiento (tomografía por protones), bien para monitorizar la irradiación del
paciente (radiografía por protones). En ambos casos se trata de detectar aquellos
protones que no son absorbidos en el organismo del paciente.
2. Motivación y Objetivos
Es obvio que la investigación que se realiza en instrumentación para el
diagnóstico por la imagen debe ir acompañada de una algorítmica avanzada para
poder sacar el máximo partido a los nuevos desarrollos. Por ello, el IFIMED contará
con una unidad dedicada fundamentalmente a la reconstrucción de imágenes médicas,
y a la algorítmica relacionada con la corrección de aquellos fenómenos físicos de
degradación de la imagen. Esta unidad no solo se dedicará a complementar las
actividades de las unidades dedicadas a instrumentación; también desarrollará
investigación más fundamental, en el campo de la algorítmica y de la imagen médica.
La finalidad de esta unidad será:
♦ Apoyar los avances realizados en la instrumentación
(hardware) por los grupos de la Gran Instalación mediante el desarrollo de
técnicas software adecuadas a los prototipos a desarrollar. En concreto, se trata de
dotar a los escáneres de métodos para el procesado y reconstrucción de los datos
obtenidos que permitan explotar al máximo las características de cada uno, de lo
contrario, se corre el peligro de no saber adaptar toda la experiencia acumulada
6-3
por el IFIC en el hardware a la realidad médica.
♦ Investigar nuevas técnicas de reconstrucción y de procesado
de datos en el campo de la tomografía.
♦ Estudiar la creación de nuevos prototipos y contribuir al
diseño y optimización de los mismos mediante la utilización de técnicas de
simulación Monte-Carlo.
♦ Apoyar a la Unidad de Terapia en la planificación y
generación de imágenes.
♦ Colaborar en el proyecto de creación de un prototipo in-
beam PET.
3. Líneas de investigación
A continuación se detallan los campos de investigación principales a realizar
en la Unidad de Imagen Medica.
3.1. Reconstrucción de imágenes en PET, SPECT y TAC
En la mayoría de técnicas tomográficas, el proceso de obtención de la imagen
a partir de los datos es muy complejo. Los llamados métodos de reconstrucción de la
imagen tienen como objetivo crear imágenes partiendo de datos que no son imágenes.
Se trata de sintetizar digitalmente, utilizando algoritmos matemáticos y métodos por
ordenador, una imagen que no existe con anterioridad. Por tanto, las operaciones de
reconstrucción crean imágenes que no se pueden adquirir directamente a través de
una medida, a diferencia de una radiografía o una fotografía.
La imagen reconstruida es, en realidad, una estimación de la “imagen
verdadera”, ya que no hay forma exacta de reproducir la distribución espacial
verdadera del parámetro bajo estudio. En teoría, existen algoritmos analíticos que
conducen a una solución exacta, pero esta solución sólo se puede obtener bajo
condiciones ideales que, en la práctica, son imposibles de alcanzar debido a las
limitaciones de los aparatos de medida.
6-4
La fidelidad de la imagen depende, en primer orden, del escáner empleado,
pero también del tipo de algoritmo de reconstrucción y de la compensación de
aquellos fenómenos físicos, intrínsecos al proceso de medida, que conducen a la
degradación de la imagen. Por ello, los avances realizados en física de detectores y en
electrónica deben ir acompañados por el correspondiente desarrollo del software, el
cual incluye tanto los algoritmos de reconstrucción de la imagen como aquellos
destinados a compensar los efectos de degradación.
3.1.1. Desarrollo e implementación de algoritmos de reconstrucción
En la futura Unidad de Imagen Médica se investigarán nuevas estrategias
matemáticas para resolver el problema inverso subyacente a la reconstrucción de la
imagen y se estudiará la forma óptima de implementar los algoritmos para poder
acelerar el tiempo de reconstrucción. Se trabajará fundamentalmente desde una
perspectiva estadística, aunque también serán objeto de estudio aquellas estrategias de
carácter algebraico y basadas en técnicas menos convencionales.
3.1.2. Adaptación de los métodos de reconstrucción a los escáneres del IFIMED y
de los grupos colaboradores
Tanto los métodos estadísticos de reconstrucción como los algebraicos se
basan en un enfoque muy diferente a las técnicas analíticas o de Fourier, que son las
empleadas en la reconstrucción para TAC. Los métodos estadísticos tienen en cuenta
la naturaleza estadística del proceso de emisión y de detección de la radiación. El
problema de la reconstrucción se puede expresar de forma algebraica como una
ecuación lineal: y=Ax + n. La incógnita, representada por el vector x, es el objeto de
estudio discretizado; los datos medidos, discretos por naturaleza, se representan
mediante el vector y, mientras que n es el vector que da cuenta del ruido estadístico. A
es la llamada matriz de probabilidad o matriz de respuesta del sistema de detección. A
es una pieza clave en la reconstrucción estadística, ya que contiene la información
relativa a la respuesta del escáner a la radiación. Una de las desventajas que presentan
estos métodos es la de tener que estimar A, que depende del sistema de detección
empleado.
La ecuación y=Ax + n no es invertible en la mayoría de los casos; además, por
tratarse de un problema inverso mal condicionado, aún siendo invertible, la solución
6-5
estaría fuertemente corrompida por el ruido. Por lo tanto, en condiciones reales, el
problema de la reconstrucción no puede ser resuelto de forma exacta, y el camino más
habitual para resolver este problema es empleando métodos iterativos estadísticos que
maximizan un determinado funcional.
Una parte fundamental de los algoritmos iterativos de reconstrucción es la
matriz de respuesta del sistema. Esta matriz depende del escáner empleado y por lo
tanto requiere un cálculo dedicado para cada cámara. El nivel de detalle en la
descripción de la respuesta física del sistema condiciona la calidad de la imagen, pero
también la velocidad del proceso de reconstrucción. La Unidad de Imagen Médica se
encargará de modelar la respuesta del sistema de aquellos prototipos desarrollados en
el IFIMED, así como la de las cámaras de aquellos grupos vinculados al IFIMED a
través de convenios de colaboración. El grupo de Imagen Médica estudiará, en cada
caso, la mejor forma de implementar la respuesta del sistema para optimizar la calidad
de imagen y el tiempo de reconstrucción según las necesidades y el campo de
aplicación de cada escáner.
3.2. Fenómenos físicos de formación y de degradación la imagen
La técnicas de diagnóstico están limitadas por los propios fenómenos físicos
involucrados. Por ejemplo, en el caso de la PET, la resolución espacial de la imagen
están limitados, en último lugar, por el rango del positrón y la desviación de los
fotones emitidos respecto a la trayectoria lineal esperada. Otros efectos físicos que
conducen a degradar la calidad de la imagen, tanto medicina nuclear como en
radiología, son aquellos relacionados con la interacción de los fotones en la materia,
tanto en el sujeto de estudio (atenuación y dispersión Compton), como en los
detectores (dispersión Compton).
Además, las características de los aparatos de medida imponen ciertas
limitaciones en la imagen. Por ejemplo, el tamaño de los cristales centelleadores
empleados en la detección de la radiación limita la resolución espacial de la imagen.
El tipo y número de cristales y su disposición en torno al sujeto tendrán también un
impacto en la calidad de la imagen, al igual que la eficiencia de la electrónica
empleada. En el caso de la PET, además, la resolución temporal finita de los
6-6
detectores condiciona la imagen, que será más o menos ruidosa. Una vez conocido el
modelo que describe el fenómeno de degradación a corregir, existen diferentes formas
para evitar sus efectos negativos en la imagen. En la Unidad de Imagen Médica
estudiaremos el modo mas eficaz de incorporar los modelos para corregir los
fenómenos de degradación.
Los efectos de degradación dependen de la técnica tomográfica, del escáner y
del objeto a estudiar. Sería deseable, sin embargo, contar con modelos de carácter
general que, mediante el ajuste de ciertos parámetros, puedan aplicarse a los
diferentes sistemas considerados. Éste será un objetivo de la Unidad de Imagen
Médica.
Otro efecto de degradación de la imagen a tener en cuenta es el movimiento
del paciente o de los órganos bajo estudio (respiración, latido cardíaco, etc.). El
movimiento no sólo es indeseable en diagnóstico, sino que también es causa de
imprecisión en el tratamiento con protones, ya que la protonterapia se emplea como
base para la irradiación una imagen. En ambos campos es más que deseable contar
con métodos para corregir los efectos del movimiento tanto en la imagen como en la
terapia. Los avances realizados en la Unidad de Imagen Médica en este campo podrán
ser pues aplicados tanto al diagnóstico como a la mejora de la protonterapia.
3.3. Simulaciones Monte-Carlo
Las simulaciones basadas en el método de Monte-Carlo son, hoy en día, una
herramienta indispensable para el desarrollo de nuevos detectores en imagen medica.
En las ultimas décadas, se han desarrollado numerosos paquetes de simulación para su
empleo en Física de Partículas, como GEANT o EGS4. En el campo el diagnostico por
la imagen, estos mismos paquetes se pueden usan para describir los escáneres y la
Física involucrada en la detección de la radiación. También se ha desarrollado
paquetes de uso exclusivo en Física Médica, entre los que cabe destacar SimSET,
Penelope, GATE, (basado en GEANT4), etc.
En la Unidad de Imagen Médica emplearemos las simulaciones Monte-Carlo
en las siguientes tareas:
6-7
3.3.1. Diseño y evaluación de prototipos
Antes de la construcción de un nuevo escáner, es conveniente realizar
simulaciones que nos permitan encontrar la geometría y los materiales más adecuados
para la aplicación para la que se han concebido, dentro de las limitaciones impuestas
por los presupuestos. Mediante la descripción de las diversas configuraciones
posibles, podemos simular cual serán las propiedades de los escáneres así construidos
(eficiencia, resolución espacial, etc.) y el efecto de los fenómenos de degradación
dada esa configuración. Las simulaciones Monte-carlo, por tanto, permiten optimizar
el diseño antes de su construcción. Del mismo modo, una vez construidos, ayudan a
entender los resultados obtenidos y a mejorar su rendimiento.
3.3.2. Apoyo a la creación de modelos de los fenómenos físicos
Gracias a las simulaciones Monte-Carlo podemos obtener una descripción
detallada de la física subyacente a la emisión y detección de la radiación para cada
escáner. Mientras que en las medidas reales muchos fenómenos físicos no se pueden
identificar por separado, las simulaciones Monte-Carlo sí permiten diferenciar las
contribuciones de cada efecto, lo cual facilita la comprensión de los mismos, y de la
creación de modelos para corregir aquellos efectos que degradan la imagen.
3.3.3. Apoyo a la reconstrucción de imágenes
Durante la fase de desarrollo y de prueba de nuevos algoritmos de
reconstrucción, es conveniente disponer de datos sobre objetos conocidos para
estudiar los efectos de la reconstrucción y su eficiencia. Las simulaciones Monte-
Carlo permiten crear objetos con la geometría y características deseadas, y suprimir o
identificar por separado determinados efectos de degradación, ofreciendo así diversos
niveles de datos con los que cuantificar los algoritmos desarrollados. Además, las
simulaciones Monte-Carlo son, hoy en día, una herramienta esencial para poder
describir la respuesta del sistema e incluso la respuesta de los objetos bajo estudio.
3.4. In-beam PET
6-8
La Unidad de Imagen Médica participará activamente en el proyecto conjunto
del IFIMED de desarrollo de un prototipo PET in-beam, esto es, un prototipo PET
diseñado para detectar la radiación procedente del paciente que está siendo irradiado,
radiación que se origina como resultado de la activación de la materia a lo largo de la
trayectoria del haz. La finalidad de un prototipo para PET in-beam es la de controlar
en tiempo real la localización y la dosis de irradiación que recibe el paciente, las
cuales deben corresponderse con lo establecido en el protocolo de planificación de la
terapia.
Este prototipo ha de ser diseñado a medida del sistema de terapia de protones a
utilizar, ya que no debe obstaculizar los movimientos del gantry ni la trayectoria del
haz. Esta circunstancia condiciona la geometría del sistema PET, lo cual, a su vez,
impondrá severas limitaciones que hay que compensar con materiales y sistemas de
detección adecuados, y métodos de reconstrucción ad-hoc. Estos últimos deben estar
concebidos para sacar el máximo partido a una geometría incompleta y a unos datos
caracterizados por un alto nivel de ruido estadístico.
Una vez reconstruida, la imagen de PET, que corresponde a un mapa de
activación beta+, se compara con el mapa procedente de las simulaciones Monte-
Carlo realizadas sobre la base de la planificación de la terapia. Las desviaciones entre
ambos mapas permiten corregir los posibles errores en la dosis o en la localización
espacial del haz. Por ello, una reconstrucción en tiempo real es de vital importancia.
Del mismo modo, es fundamental para el éxito de esta técnica contar con modelos y
medidas nucleares de precisión que puedan ser incluidas en las simulaciones Monte-
Carlo. Estos aspectos se trabajarán conjuntamente con otras Unidades del IFIMED:
3.5. Otras líneas a desarrollar
A medida que se consolide la Gran Instalación y se establezcan vínculos de
colaboración con Universidades y hospitales, se ampliarán las líneas de investigación
a los campos siguientes:
• Cuantificación de parámetros biológicos a partir de la imagen.
• Modelado cinético.
• Terapia guiada por la imagen.
6-9
• Diagnóstico por ordenador.
• Resonancia magnética.
• Fusión de imágenes.
• Reconstrucciones en 3 y 4 D, de imágenes de Ecografía, TC y RM; ya que con
los sistemas de Archivo de Imágenes Radiológicas (PACS), se tiene toda la
información para poder realizar dichas reconstrucciones, independientemente de
los equipos con los que se hayan adquirido.
• Sistemas de ayuda al diagnóstico (CATS), que han iniciado su desarrollo en
técnicas como la lesión mamaria, el nódulo pulmonar, …; pero que tienen
grandes campos de trabajo en cerebro, abdomen y no solo de detección de
lesiones tumorales, sino también en los estudios vasculares con y sin contraste.
• Sistemas de determinación de benignidad o malignidad de una lesión, en
función de la captación de contraste que se pueda valorar mediante realce de la
imagen; técnica aplicable tanto a la Ecografía, como al TC y RM.
4. Experiencia previa
Actualmente, el IFIC cuenta con varios grupos de investigación cuya
investigación y experiencia serán de gran importancia para la sección de Imagen
Médica del futuro IFIMED. Estos grupos trabajan sobre todo en los siguientes
campos:
1. Imagen médica.
2. Simulaciones Monte-Carlo.
3. Computación Grid.
A continuación se detallarán sus actividades.
4.1. Imagen médica: Reconstrucción de imágenes y modelos físicos
Existe en el IFIC una línea de investigación dedicada íntegramente a la 6-10
reconstrucción de imágenes, al desarrollo de modelos físicos sobre el proceso de
formación de la imagen, y a la corrección de efectos de degradación de la imagen en
PET. Pese a su reciente creación, el grupo ha presentado sus trabajos con regularidad
en congresos y revistas internacionales de prestigio. Este grupo colabora con centros
como la Technische Universität München, en Alemania, y la Université de
Sherbrooke, en Canadá, ambos pioneros en el campo del desarrollo de prototipos PET
para animales pequeños. Recientemente, se han establecido vínculos de colaboración
con la Universitat de Barcelona y la Universitá degli Studi di Pisa, en Italia. A través
de estas relaciones nacionales e internacionales, el grupo tiene acceso a datos reales y
a varias configuraciones de escáneres para un mejor y más amplio estudio de los
fenomenos físicos de interes en el proceso de formación de la imagen.
4.2. Simulaciones Monte-Carlo
Uno de los campos tradicionales de aplicación de las simulaciones Monte-
Carlo es la física de detectores y de altas energías. Por ello, el IFIC cuenta con
profesionales especializados en el uso de paquetes de simulación y en el desarrollo de
código de simulación propio. Las simulaciones se emplean no sólo para el estudio y
análisis de los sucesos que se producen en los grandes aceleradores de partículas;
también las usan los miembros del grupo de Imagen Médica para mejorar la
reconstrucción de la imagen, para la optimización de los diseños de prototipos para
diagnóstico, y para el desarrollo de modelos físicos con los que describir los procesos
de formación y de degradación de la imagen.
4.3. Computación Grid
Debido al papel fundamental que tienen las simulaciones Monte-Carlo en la
física de altas energías, el IFIC cuenta con una granja de procesadores dedicados al
cálculo distribuido de trabajos de simulación. EL grupo de Grid participa en el
proyecto internacional Enabling Grids for E-sciencE (EEGE), que incluye mas de 90
instituciones en 32 países, y cuya meta es proporcionar a los científicos los recursos
de la infraestructura Grid mundial, esto es, mas de 20,000 CPUs 24 horas al día. Los
campos de aplicación del proyecto EEGE son múltiples, entre los que cabe destacar la 6-11
física de altas energías, las ciencias de la vida y la imagen medica. Actualmente, los
grupos de Grid y de Imagen Médica del IFIC colaboran para que este ultimo pueda
beneficiarse de la infraestructura Grid.
5. Infraestructura
5.1. Espacio y distribución
Se estiman necesarios:
(i) Cuatro despachos (70 m2)
(ii) Una sala de ordenadores (50 m2).
5.2. Equipamiento y presupuesto
El equipamiento necesario para la puesta en marcha y funcionamiento de la
Unidad de Imagen Médica es fundamentalmente de carácter informático; por ello, una
descripción del mismo se incluye en el capítulo del presente documento dedicado a
los recursos informáticos.
Además de ordenadores de sobremesa para los investigadores de la Unidad,
solicitamos una granja de al menos 8 procesadores dual core dedicada unicamente a
tareas de reconstrucción de la imagen. Será necesario también un servidor para
almacenamiento de datos, así como procesadores para cálculo distribuido destinados a
la realización de simulaciones Monte-Carlo. Además, se necesitan librerías, licencias
y paquetes científicos.
El coste estimado de este equipamiento es de 70.000 Euros.
6-12
Sección 7: APLICACIONES
CIENTÍFICO-TECNOLÓGICAS
7.1-Motivación
La instalación en Valencia de un acelerador capaz de proporcionar haces
energéticos de partículas (protones inicialmente, pero eventualmente iones ligeros)
para terapia, representa una oportunidad única de desarrollar un programa paralelo de
aplicaciones de las técnicas nucleares a otros campos. Aún teniendo en cuenta las
limitaciones, en cuanto a características y disponibilidad del haz, impuestas por la
ejecución de la tarea primaria de la instalación, es posible desarrollar un amplio
programa de actividades. Las aplicaciones concretas dependerán finalmente de las
características concretas del acelerador: partículas aceleradas, intensidad, energía y
resolución en energías, que vienen determinadas por las aplicaciones terapéuticas.
Asimismo, habrá que tener en cuenta que la disponibilidad temporal del haz para las
aplicaciones se limita a los periodos nocturnos y de fin de semana, cuando cesan los
tratamientos terapéuticos. Esto garantizará que no existan posibles interferencias entre
esta actividad paralela y las irradiaciones de pacientes.
Obviamente parte de las actividades estarán directamente relacionadas con el
campo de las aplicaciones médicas o biológicas, pero conviene resaltar que incluso
actividades dirigidas a aplicaciones en otros campos redundarán beneficiosamente en
aquéllas, en la medida que representen el desarrollo de conocimiento y técnicas
afines. Un valor añadido de gran relevancia es el potencial educativo y para la
formación de personal altamente especializado. A este efecto conviene recordar que
no existen en España aceleradores de iones de estas características, e incluso a nivel
europeo no existen muchas similares donde se pueda llevar a cabo un programa de
aplicaciones.
7-1
7.2. Aplicaciones
El rango de aplicaciones abarca campos tan dispares como la física nuclear, la
ciencia de los materiales, las ciencias biológicas, la tecnología espacial, la geofísica,
el arte y la arqueología, la industria, además de las actividades de investigación y
desarrollo en el propio campo de la terapia con partículas.
A continuación describiremos algunas de estas aplicaciones. Se han escogido
suponiendo que se puede disponer de un haz de protones con energía en el rango de
50 MeV a 250 MeV con suficiente intensidad. En el caso de una máquina de energía
fija esto se puede conseguir por medio de elementos pasivos que degraden la energía
inicial, aunque este método tiene un impacto negativo en la resolución en energía, las
propiedades espaciales y la intensidad del haz resultante. Esto tendrá efectos
diferentes sobre los distintas tipos de aplicaciones y habrán de ser consideradas
individualmente.
7.2-1.Verificación y caracterización de componentes electrónicos
Los componentes electrónicos están sometidos a una irradiación continua
proveniente de diversas fuentes que pueden afectar a su funcionamiento. En
condiciones especiales de altos niveles de irradiación, como los que se encuentran en
los aceleradores de partículas o reactores nucleares, o niveles más moderados como
los que se encuentran durante las misiones espaciales, la irradiación acumulada puede
producir daños permanentes y es por tanto importante desarrollar componentes con
altos niveles de resistencia a la radiación. Como el daño depende también de la forma
y energía de la radiación es necesario contar con instalaciones para su verificación que
cubran un rango amplio de partículas y energías. La irradiación a muy bajos niveles es
responsable de otro tipo de efectos, en el que la interacción de una sola partícula es
capaz de producir un mal funcionamiento de un equipo electrónico. Un ejemplo típico
seria el cambio de estado (de 0 a 1 o viceversa) de un bit en la memoria RAM de un
ordenador que puede inducir un bloqueo del sistema operativo. Estos Efectos de
Eventos Solitarios (SEE en ingles) son inducidos por los rayos cósmicos en el equipo
7-2
electrónico que controla las naves espaciales, pero afectan igualmente a la electrónica
de consumo. Los rayos cósmicos que llegan a la Tierra están compuestos
mayoritariamente por protones con energías entre unos 100 MeV y 1 GeV, mientras
que son los neutrones (producidos por los rayos cósmicos en la atmósfera) con
energías inferiores a unos centenares de MeV los responsables de SEE a altitudes
terrestres. Se pueden utilizar haces de protones con energías de hasta 250 MeV para
investigar daños por irradiación y SEE de componentes electrónicos, mientras que
neutrones de energía similar son ideales para el estudio de SEE.
7.2-2.Inspección no destructiva de objetos
La gran profundidad de penetración en la materia de las partículas cargadas
con alta energía es el factor clave para su aplicación en diversas técnicas para la
investigación no-destructiva de objetos de tamaño moderado. En el caso de protones
de 250 MeV, el rango de penetración alcanza unos 7 cm en hierro y 20 cm en
aluminio. La radiografía por transmisión con haces de protones de 800 MeV se ha
aplicado recientemente con gran éxito en el Laboratorio Nacional de Los Álamos
(EE.UU.). La energía inferior disponible en el IFIMED impondría una limitación en el
tamaño de los objetos a investigar, pero se mantendrían las ventajas inherentes de una
mayor resolución en posición y un mayor contraste para discriminar cambios de
densidad, en comparación con la radiografía convencional con rayos-X. En esta
técnica la imagen se forma a partir de los protones que no han desaparecido al sufrir
interacciones nucleares. Una técnica radiográfica alternativa sería obtener una imagen
a partir de la energía perdida por los protones transmitidos. Este método se investiga
en el contexto de los tratamientos con terapia de protones en el PSI de Zurich y su
desarrollo presenta por tanto una doble utilidad.
Los protones de alta energía pueden ser utilizados también como una sonda
analítica para investigar la composición química de los objetos. La emisión de rayos-
X inducida por partículas (PIXE en ingles) con protones de 70 MeV ha sido utilizada
en el HMI de Berlín para analizar el contenido de elementos pesados en objetos de
arte y arqueológicos. La alta energía aumenta la probabilidad de emisión penetrante
de rayos-X proveniente de capas atómicas profundas en elementos de alto número
atómico. Será interesante estudiar además la posibilidad de utilizar los rayos gamma
7-3
de origen nuclear como herramienta analítica para investigar la composición isotópica
de los objetos, lo que es de especial relevancia en el estudio de meteoritos. Esta
técnica, conocida como emisión de rayos gamma inducida por partículas (PIGE en
inglés), se aplica normalmente con protones de baja energía lo que restringe su
utilidad a los elementos más ligeros. Estas técnicas, aparte de ser utilizadas en los
campos ya mencionados del arte y la arqueología y el estudio de meteoritos, pueden
tener aplicación en el estudio de manufacturas industriales o en cualquier otro caso
donde la técnica de análisis deba preservar la integridad del objeto estudiado.
También se pueden utilizar en Medicina y Biología para detectar trazas de elementos
pesados en el material orgánico, y en geofísica para estudiar las inclusiones en los
minerales que nos dan información sobre la historia geológica de nuestro planeta. El
desarrollo de un micro-haz de protones, es decir de un haz enfocado hasta
dimensiones de unas cuantas micras, sería especialmente valioso en varios de estos
campos de aplicación.
7.2-3.Investigación en ciencias de la Tierra y planetarias
El examen de los meteoritos que impactan en la Tierra puede darnos
información importante sobre la estructura y composición de las rocas que forman la
corteza de la Luna, Marte y otros objetos celestes. Sin embargo, todas las rocas
meteoríticas recogidas en la Tierra han estado sometidas previamente a la irradiación
de protones muy energéticos durante su viaje por el espacio. Además, durante el
impacto los meteoritos están sujetos a condiciones de muy alta presión y temperatura.
Como consecuencia de ambos hechos, normalmente los meteoritos encontrados en la
Tierra tienen estructuras cristalinas diferentes de las de los minerales terrestres
análogos. Por ello los científicos han de ser muy cuidadosos a la hora de extraer
conclusiones del análisis de meteoritos. Es posible simular condiciones similares a las
sufridas por los meteoritos combinando la irradiación con protones de diferentes
minerales con técnicas de alta presión y temperatura. Las muestras se analizarían
luego con espectroscopia Raman, difracción de rayos-X o microscopia electrónica por
transmisión. Este tipo de experimentos se han llevado a cabo recientemente en el SSI,
mostrando, por ejemplo, que el zircón se transforma en reidita. Este tipo de estudios
serán de gran ayuda para avanzar en la solución de los numerosos problemas abiertos
en las Ciencias de la Tierra y el Espacio.
7-4
7.2-4.Datos nucleares para la ciencia y la tecnología
Los datos nucleares encuentran un amplio rango de aplicaciones en ciencia y
tecnología. En particular las secciones eficaces totales y de producción en reacciones
nucleares son necesarias:
a) para el diseño de sistemas de apantallamiento de la radiación en
aceleradores de partículas y en la evaluación de los procedimientos de
desmantelamiento de los mismos
b) en la estimación de los riesgos radiológicos y en la dosimetría del
personal expuesto en instalaciones con aceleradores y en misiones espaciales
c) en la evaluación de los daños por radiación y de los efectos producidos
por un único ión en los componentes electrónicos tanto en aplicaciones
convencionales como espaciales
d) en el estudio microscópico de los efectos biológicos de la radiación en
los tejidos vivos
e) para el diseño de sistemas de transmutación de los residuos
radioactivos de alta actividad basados en aceleradores (ADS en ingles)
f) para mejorar nuestro conocimiento de los mecanismos básicos de las
reacciones nucleares
Los datos nucleares para tales aplicaciones (u otras similares) son recogidos a
partir de una serie de experimentos, son evaluados (es decir contrastados con otros
similares y su consistencia verificada con experimentos complementarios y modelos
teóricos, para finalmente proporcionar los mejores valores y sus incertidumbres), y
finalmente compilados en las librerías de datos nucleares, como ENDF-B, JEFF,
JENDL y otras. Se puede verificar que los datos experimentales (de secciones eficaces
totales, de producción y de distribución angular) para protones y neutrones en el
rango de 50 a 250 MeV son en general incompletos, cuando consideramos
simultáneamente rango de energías, núcleo blanco, canal de reacción y magnitud
medida. Aun más, se encuentra que una buena parte de los datos existentes son muy
antiguos y están sujetos a incertidumbres considerables. En los últimos años la
necesidad de actualizar las bases de datos ha sido resaltada con frecuencia y diversos
7-5
comités de especialistas nacionales e internacionales, como OECD/NEA, IAEA,
JAERI, etc., han establecido listas priorizadas de necesidades experimentales. Haces
de protones y neutrones con energías bien definidas en el rango de 50 a 250 MeV e
intensidad adecuada permitirían cubrir parte de estas necesidades.
7.2-5.Desarrollo de instrumentación avanzada
El desarrollo de instrumentación nuclear avanzada, es importante obviamente
en los campos de la Física Nuclear y de Partículas, pero también en otros campos,
entre ellos y de forma muy notable la Medicina, en terapia y diagnostico como se
detalla en otras partes de esta memoria.
Diversos grupos españoles están participando en proyectos punteros en
instalaciones internacionales, como FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research)
en Alemania o el LHC (Large Hadron Collider) en el CERN, o planean su
participación en futuras instalaciones, como el ILC (Internacional Linear Collider) o
la ESS (European Spallation Source). Un aspecto esencial de esta participación es el
desarrollo de detectores con prestaciones mejoradas para los distintos experimentos.
En el proceso de desarrollo se usan, por su fácil acceso, fuentes radioactivas para la
verificación de los prototipos, pero éstas permiten sólo comprobaciones limitadas. La
posibilidad de contar con haces bien caracterizados de protones y neutrones de altas
energías permitirían en muchos casos acercarse mas a las verdaderas condiciones
experimentales.
Los detectores utilizados para obtener imágenes médicas para diagnóstico se
basan en general en la detección de radiación gamma de energía baja o moderada. El
empleo creciente de la terapia con protones e iones mas pesados plantea la posibilidad
de obtener imágenes radiográficas o topográficas in situ con estas partículas. El
desarrollo de detectores de partículas con alta resolución en posición y/o energía,
robustos y fiables, representa un reto tecnológico que puede ser atacado en esta
instalación.
7-6
7.2-6.Evaluación del efecto de la terapia con hadrones sobre tumores cerebrales
El glioblastoma multiforme (GBM) es un tumor cerebral de gran agresividad
que puede aparecer de novo (GBM primario), o como resultado de la progresión desde
un GBM secundario. En ambos casos la prognosis es pobre y la supervivencia media,
incluso con la aplicación de radioterapia y quimioterapia no excede de 14,6 meses. En
los últimos años se ha acumulado un número importante de evidencias que prueban la
existencia de células madre tumorales (CMTs) como responsables del mantenimiento
de la masa tumoral. Estas CMTs pueden ser aisladas de GBM humanos. Una vez
cultivadas in vitro y transplantadas en cerebro de ratón, dan lugar a tumores cerebrales
que se asemejan a los GBMs de origen.
Proponemos estudiar el efecto de la irradiación mediante un acelerador, solo o
en combinación con compuestos químicos utilizados ya en tratamientos de
quimioterapia o en fase de ensayo clínico, en modelos de tumores cerebrales
desarrollados con CMTs humanas. Evaluaremos la morfología, fisiología y evolución
de los tumores, antes y después de la irradiación. Para ello utilizaremos técnicas de
microscopia electrónica, inmuno-histoquímica y cito-quimica y técnicas de biología
molecular. Pensamos que el acelerador podría tener un efecto positivo en el
tratamiento de tumores cerebrales, reduciendo los efectos secundarios de los
tratamientos de radioterapia convencionales.
7.3. Instalación
7.3-1.Infraestructura
La instalación ha de poseer la flexibilidad adecuada para poder acoger
aplicaciones muy diferentes. El uso de dos líneas de haz, que puedan ser alimentadas
alternativamente por medio de un imán conmutador, permitirá optimizar el uso de la
instalación, posibilitando el montaje simultáneo de diversos dispositivos
7-7
experimentales en ellas. Asimismo la instalación deberá permitir el acceso durante la
irradiación de pacientes, para llevar a cabo los trabajos de preparación. En la medida
de lo posible se adoptará un diseño de uso cómodo y fácilmente adaptable a
necesidades particulares. Asimismo se tendrá en cuenta la posibilidad de futuras
ampliaciones/remodelaciones al evaluar el espacio asignado a la misma.
El diseño de la instalación deberá contar con una superficie útil de 300 m2 e
incluir una serie de características técnicas específicas:
1) permitir la irradiación de muestras tanto en aire como en vacío, con una
cámara de vacío de dimensiones apropiadas
2) permitir la degradación de la energía del haz mediante medios pasivos
de composición y espesor variable controlados remotamente
3) permitir la adecuación de las características espaciales del haz
mediante elementos pasivos (colimadores) y lentes electromagnéticas controlados
remotamente
4) permitir la caracterización previa y monitorización durante las medidas
de las características del haz (energía, intensidad, trayectoria de partículas
individuales) mediante un conjunto adecuado de detectores (cámaras de ionización,
cámaras multihilos, centelladores, detectores de semiconductor,…)
5) permitir el posicionado remoto y preciso de las muestras a irradiar
6) contar con elementos de apantallamiento adicional de la radiación
secundaria producida en elementos críticos
7) un sistema de empotrado del haz bien apantallado
8) un sistema de monitorización/dosimetría de radiación de zona
9) un sistema de bloqueo de acceso durante las irradiaciones
10) emplazamientos para el almacenamiento de materiales irradiados
11) control remoto de los diferentes elementos de la instalación que lo
requieran
12) líneas de alimentación eléctrica con potencia suficiente
13) líneas de transporte de señales en número suficiente
7-8
14) provisión de infraestructuras para el suministro de gases especiales
15) un sistema de digitalización de señales y adquisición de datos genérico
16) servidores informáticos y sistemas de almacenamiento de datos
Aparte de las irradiaciones con protones se utilizarán éstos para producir
neutrones con los que irradiar muestras. Se utilizarán dos sistemas para producir
neutrones:
1) Usando la reacción 7Li(p,n), que permite crear un haz cuasi-mono-
energético, colimando los neutrones que emergen hacia delante. Este sistema requiere
el uso de un imán adicional para desviar los protones del camino de los neutrones.
2) Usando las múltiples reacciones que se producen durante el frenado de
los protones en un material de composición y espesor adecuado. Esto produce un haz
blanco con intensidad inversamente proporcional a la energía del neutrón.
La producción de neutrones requiere la instalación de un apantallamiento
adicional específico.
Algunas medidas específicas necesitarán de elementos particulares (detectores,
electrónica, soportes, muestras,…) que serán aportadas por los usuarios, pero se
deberá proporcionar una infraestructura de apoyo mínima y unas especificaciones
generales para facilitar la integración. Además de la sala de irradiación se contará con
un laboratorio fuera de la zona controlada radiológicamente para el montaje de
dispositivos experimentales, una sala de operaciones, donde se pueda controlar la
marcha de las medidas, y cuatro despachos para el personal directamente relacionado.
Ejemplos de instalaciones similares en el mundo serían las que se encuentran
en:
1) Cyclotron and Radioisotope Center (CYRIC) en Japon:
http://www.cyric.tohoku.ac.jp/index-e.html
2) Indiana University Cyclotron Facility (IUCF) en EE.UU:
http://www.iucf.indiana.edu/rerp/index.php,
3) Paul Scherrer Institut (PSI) en Suiza: http://pif.web.psi.ch/
4) The Svedberg Laboratory (TSL) en Suecia: http://www.tsl.uu.se/
7-9
5) Tri-University Meso Facility (TRIUMF) en Canada:
http://trshare.triumf.ca/~raso/www-pif/
7.3-2.Personal
Durante la fase de desarrollo de esta instalación, estimada en 4 años, el trabajo
se centrará en el diseño de la misma, la construcción y el desarrollo de
instrumentación. Para ello será necesario contar con un científico responsable que
supervisará tanto la construcción como el desarrollo de las futuras líneas de
investigación o aplicaciones. En una primera fase se seleccionará un número reducido
de aplicaciones clave, que luego se irán ampliando en función de los
intereses/necesidades de los usuarios. En la primera fase el trabajo de desarrollo de la
instalación vendrá apoyado por un ingeniero con experiencia en aceleradores, un
técnico medio mecánico y un técnico medio electrónico. Se prevé que parte de la
carga del trabajo técnico sea compartida con otras actividades dentro del IFIMED. El
desarrollo de las líneas de investigación y aplicaciones requerirá del concurso de dos
científicos. Además se contempla la contratación temporal de personal en formación a
lo largo de todo el proyecto.
7-10
Sección 8: ESTUDIOS CLÍNICOS Y
PROTOCOLOS
Entre las técnicas avanzadas de los nuevos tratamientos en Oncología
Radioterápica, nos encontramos con:
• Radioterapia Conformada Tridimensional.
• Radioterapia con Modulación de la Intensidad del Haz de irradiación (IMRT).
• Radioterapia/Braquiterapia Intraoperatoria.
• Radioterapia Estereotáxica, Radiocirugía.
• Radioterapia Guiada por la Imagen (IGRT).
• Radioterapia con “gating” respiratorio.
• Braquiterapia Guiada por la Imagen(IGBT).
• Hadronterapia.(Protones e Iones ligeros).
8.1.Utilidad de la radioterapia contra el cáncer
De 100 pacientes diagnosticados de cáncer:
– 22 podrán ser curados con cirugía exclusiva.
– 12 con Radioterapia.
– 6 con Cirugía y Radioterapia.
– 5 con combinaciones de Quimioterapia con o sin Cirugía y/o
Radioterapia.
Entre el 45-55 % de pacientes con cáncer recibirán tratamiento Radioterápico
en algún momento de su evolución.
8-1
Actualmente, el coste de los tratamientos Radioterápicos, no superan el 5 % de
los tratamientos Oncológicos. Dado el beneficio reportado por los mismos la
inversión en tratamientos de RT, está claramente justificada.
¿Por qué hay que mejorar el tratamiento locorregional?
Hay un 18 % de pacientes que mueren por el tumor local, sin metástasis, por lo
que podríamos curar el 65 % en vez del 45 %. Todo ello justifica las técnicas que nos
permitan incrementar la dosis de radiación al tumor,sin sobreirradiar el téjido sano.
8.2. Radioterapia de partículas: hadronterapia
La utilización de partículas como los neutrones, Protones e iones ligeros de C,
He, Ne. Su forma de liberar la energía al medio, representa su principal atractivo.
La profundidad de alcance está en relación a su energía. Así:
- Con Protones de 60 MeV., alcanzaremos una profundidad de 3 cm.
- En cambio para alcanzar los 20 cm. necesitaremos protones de 200
MeV.
VENTAJAS RADIOBIOLOGICAS
Su alto LET (Transferencia Lineal de Energía) produce un Alto Efecto
Biológico.
Alto poder destructor sobre las células hipóxicas, que suelen ser
radioresistentes con la RT Convencional.
La Radiosensibilidad no varía tanto con el ciclo Celular.
Menor posibilidad de reparación de la célula tumoral.
8-2
Su Alto LET, les hace más efectiva sobre los tumores de crecimiento lento ya
que la recuperación celular está reducida en estos tumores.
Permite estudios Radiobiológicos, en Laboratorio, como el estudio de la
fisiología y morfología tisular tras la Exposición a la radiación.
Forma de liberar su energía.
Dosis mucho menores en tejidos sanos, con menores efectos Sub/agudos,
menores segundos tumores, (Los hacen muy interesantes en Niños).
Dosis mayor al tumor, aumento del control local y presumiblemente aumento
de la Supervivencia Libre de Enfermedad.
Utilización de Hipofraccionamiento, al tener una mayor seguridad en su
administración.
Posible utilización concomitante con QT más agresivas, que potencien el efecto
sinérgico de la RT/QT.
Se espera obtener un mayor efecto biológico de los protones, pudiendo
incrementar según el tumor, dosis y otros factores hasta ahora no conocidos.
Utilización de boquillas de barrido pequeñas, con menor producción de
neutrones 2º, en los márgenes de campos con menores penumbras.
Utilización de la Modulación del Haz de Protones (IMP).
Incorporar técnicas de Gating, y RT Guiada por la imagen guante la
administración de dichos tratamientos, al igual que ocurre en la Radioterapia actual
con fotones.
8-3
EVIDENCIA DE LOS TRATAMIENTOS CON HADRONTERAPIA
• Sólo hay estudios de evidencia en estudios de escalada de dosis fase I-II, en
tumores próximos a órganos críticos como:
– Cordomas, T. paraespinales, T. Orbitarios.
– Senos etmoidales, sarcomas de P.blandas, oseos.
– MAV, Neurinomas y Meningiomas de la base de cráneo.
• Existen experiencias iniciales en tumores avanzados de Cabeza y cuello,
esófago, pulmón, recto, cervix y próstata.
• En adultos pero sobre todo en niños reduce el riesgo de segundos tumores
radioinducidos en 10 o 15 veces.
• También pacientes con prótesis se benefician de este tratamiento, al no interferir
en la cesión de energía al tumor.
INDICACIONES CLINICAS DE LA TERAPIA DE PARTÍCULAS
o Tumores oculares como el melanoma > 3mm.
o Tumores pediátricos.
8-4
o Tumores benignos cerebrales como MAV (Malformaciones Arterio-venosas)
Meningiomas, Neurinomas etc.
o Tumores de Cabeza y Cuello.
o Tumores de Próstata.
o Cordomas, Condrosarcomas de bajo grado localizados en la base del cráneo.
o Tumores de pulmón del tipo No Microcítico.
o Tumores Malignos de Glándulas Salivares.
o Tumores hepáticos.
o Sarcomas óseos y de Partes blandas.
o Tumores de próstata de Alto riesgo.
o Tumores recurrentes
o Sobreimpresión tumoral (Boost therapy) combinando Fotones con Protons)
EJEMPLOS DE LAS INDICACIONES ANTERIORES
Cerebro y Ojo:
– Metástasis.
– Adenomas Hipofisarios.
– Malformaciones AV.
– Melanoma Uveal.
Base Cráneo:
– Meningiomas.
– Neurinomas.
– Cordomas.
– Condrosarcomas.
Torax y Abdomen:
– C.No Microcítico inoperable.
– Cordomas, Condrosarcomas.
Pelvis:
– Próstata.
– Cordomas, Condrosarcomas.
Cabeza y cuello:
– Naso/Orofaringe
T. Infantiles:
8-5
– T. cerebrales.
– T. Oculares
NUMERO DE PACIENTES NECESITADOS DE PROTONTERAPIA
Cada 10 M de Habitantes
RT externa Convencional 20.000 Ptes/año 84.000 ptes/año
(en España)
Protonterapia 12 % de 20.000 2.400 ptes/año
Terapia con Iones de
carbono, en tumores
Radioresistentes
3 % de 20.000 600 ptes/año
TOTAL por 10 M de
Habitantes. 3.000 ptes/año
TUMORES SÓLIDOS INFANTILES
• 120-130 nuevos casos por millón de niños.
• El 1 % de todos los canceres.
• Se esperan 582 nuevos casos en España.
• El 15 %, pueden tratarse con protones.
8-6
NUMERO PACIENTES IONES LIGEROS
Representa el 6 % del total de pacientes , que reciben RT convencional por:
• T. Glandulas salivares.
• Melanoma Uveal.
• Sarcomas óseos.
• No Microcítico Pulmón.
• C. Hepatocelular.
• Carcinoma de próstata.
NUMERO POTENCIAL DE PACIENTES DE HADRONTERAPIA EN ESPAÑA
RT Convencional: (20.000 por cada 10 M) – 84.000 ptes / año, para RT Convencional.
Protonterapia Categoría A: (0,5-1 % anterior) – 840 pacientes año.
Protonterapia Categoría B: (10-15 % anterior) – 8.400 pacientes año
Terapia con Ión Carbono: (600 por 10 M) – 2.520 pacientes año.
Pacientes para Protones ……… 9.240.
Pacientes para Iones carbono… 2.520
Total: 11.760
Orechia 2004
Puede alcanzar entre el 12 y el 17 % de los ptes de RT Convencional
(10.080 -14.280 ptes/año)
B. Jones 2004
8.3. Estudios clínicos
Las estrategias generales en este campo son primordialmente las de construir
una red nacional y europea efectiva entre los centros de terapia de partículas y los de
terapia de radiación convencional. Ello es muy importante para identificar a los
8-7
pacientes que tengan las indicaciones apropiadas para hadronterapia. En suma, el
objetivo es estimular la investigación compartida para llegar a optimizar los
protocolos clínicos.
Temas específicos
i) Producir un núcleo común de documentos que den las líneas generales
para terapia de partículas, para diferentes localizaciones de tumor, basados sobre
experiencias clínicas previas en Japón, EE.UU. y Europa.
ii) Actualizar y refinar los estudios epidemiológicos a cerca de las
indicaciones potenciales y definidas para la terapia de partículas en Europa.
iii) Desarrollar un consenso a cerca de los tratamientos clínicos futuros,
incluyendo una implementación sistemática de bases de datos comunes.
iv) Designar las distintas fases de estudios clínicos para los centros en los
cuáles vaya aplicándose sucesivamente la terapia de partículas en el próximo futuro.
v) Desarrollar modelos económicos para conseguir los métodos más
eficientes desde la simulación a la observación, proporcionando estratégias para una
decisión del tipo coste/eficacia.
vi) Traducir la experiencia que se vaya obteniendo desde una técnica a las
otras, incluyendo los datos preclínicos radiobiológicos y estudios comparativos de la
técnica de alta precisión con partículas y rayos X.
vii) Crear un sistema general de recomendaciones en el campo del
programa para tratamientos de calidad.
viii) Estudiar las posibles interacciones entre los avances en Biología
Molecular y la Terapia de Haces de Partículas: diagnóstico mejorado de cánceras,
técnicas de imágenes molecular funcional, definición del blanco biológico,
frecuencias aumentadas de curación y mejora de la calidad de vida.
ix) Cooperar en la enseñanza y educación médica continuada para el
personal involucrado en el centro de terapia de protones.
8-8
x) Participar en las actividades de otros grupos que puedan tener
influencias en los aspectos clínicos, en particular radiobiológica, terapia de iones
adaptativa y las tecnologías de información y comunicación.
8.4. Planificación del tratamiento
En este campo los objetivos son los siguientes:
i) La mejora de la calidad de los protocolos que planifiquen el
tratamiento con Terapia de Protones.
ii) El desarrollo de métodos de calidad para ese proceso de planificación.
iii) La determinación de los costes y beneficios de la terapia de protones en
comparación con las técnicas avanzadas de fotones usando esos estudios de
planificación.
Para poder alcanzar esos objetivos, señalamos a continuación algunas de las
actividades que serían necesarias:
i) Simulaciones Montecarlo para los Estudios de Planificación del
Tratamiento:
La complejidad de los procesos físicos que ocurren durante la irradiación con
protones (ionización, excitación, fragmentación nuclear, producción de núcleos
emitiendo positrones, emisión de rayos gamma en la desexcitación) hace necesario
usar el método de simulación montecarlo. Algunos códigos de simulación para el
transporte de partículas ya existen, proporcionados por la Física de Partículas, pero es
necesario mejorarlos, adaptarlos y validarlos en este contexto. Además, modelos
radiobiológicos apropiados pueden ser acoplados con los códigos de transporte para
proporcionar distribuciones de dosis biológica para la planificación del tratamiento.
ii) Modelos Físicos y Biológicos:
El objetivo de la Radioterapia es dar una dosis al tumor que sea suficiente para
controlar su crecimiento sin inducir complicaciones severas en los tejidos sanos
8-9
circundantes. La Protonterapia tiene el potencial de alcanzar este objetivo, con tal que
el tratamiento clínicamente relevante sea definido en función de esos objetivos. La
definición de tales objetivos se basa en el uso de modelos capaces de predecir la
distribución espacial de los efectos de la radiación por protones. Esos modelos son
físicos y biológicos. Los modelos físicos permiten la determinación de la distribución
de la dosis dentro del paciente y, además, la descripción de la calida de la radiación.
Esta información debe ser usada por los modelos biológicos para predecir la llamada
“Eficiencia Biológica Relativa” (RBE) asi como la probabilidad de control del tumor
y la toxicidad de los tejidos normales. El objetivo de este estudio es la mejora de los
modelos físicos y biológicos.
iii) Optimización de la Protonterapia:
En la Protonterapia se envían al paciente pequeños paquetes de haz con
intensidad variable usando varios campos (direcciones del haz). Debido al gran
número de grados de libertad, planificación inversa y técnicas de optimización son
requeridas para producir una planificación del tratamiento adecuado. En principio los
métodos de optimización estándar que se han desarrollado para la Radioterapia
Modulada en Intensidad con Fotones (IMRT) pueden ser aplicados también a la
Protonterapia incluyendo la utilización simultánea de los multicampos como la
integración de los objetivos múltiples para los volúmenes del blanco y de los órganos
que están en riesgo. Sin embargo, esas técnicas necesitarán alguna modificación para
haces de protones porque la optimización se ha de hacer en términos del efecto
biológico, en vez de hacerla con la dosis absorbida
iv) Comparación de la Planificación entre Protones y Modalidades
avanzadas de Fotones:
La disponibilidad reciente de los sistemas avanzados de radiación usando
IMRT ha abierto una nueva era para la comunidad de radioterapia. Algunos de esos
sistemas ofrecen la posibilidad de irradiar distribuciones de dosis áltamente complejas
con gradientes muy grandes entre el tumor y los órganos circundantes, mejorando por
tanto el potencial de la IMRT “convencional” usando aceleradores lineales. Por otra
parte el reconocimiento de lo atractivo que es la irradiación por protones es debido a
sus características físicas en aplicar la dosis y al incremento potencial de su efecto
biológico sobre el tumor. Como consecuencia de ello un número creciente de
8-10
proyectos con instalación de protones están actualmente en desarrollo en Europa
coordinados con el Centro de Protonterapia de Valencia (CPTV). En este contexto es
muy importante comparar la ganancia clínica esperada usando protones frente a las
técnicas existentes avanzadas usando fotones, con el fin de determinar correctamente
costes y beneficios.
v) Métodos de Calidad para la Planificación de la Protonterapia Modulada
en Intensidad (IMPT):
La Protonterapia tiene un potencial de aplicar distribuciones de dosis al
paciente con una precisión sin rival hasta ahora. Ello es especialmente cierto para la
IMPT usando un barrido de haces finos que apliquen distribuciones de dosis muy bien
adaptadas. Para asegurar que este alto grado de precisión es alcanzable clínicamente,
se han de tomar medidas muy sofisticadas que definan la calidad. Mientras que los
métodos desarrollados para la producción de los haces y su aplicación alcanzan ya
hoy estándares muy altos, el procedimiento es algún manifiestamente mejorable para
conseguir esas medidas de calidad para el proceso de planificación del tratamiento de
la IMPT.
8-11
8-12
Sección 9: PROTECCIÓN RADIOLÓGICA Y
SU ORGANIZACIÓN
9.1. Principios básicos de protección radiológica
a) Concepto y objetivos
La protección radiológica surge de la necesidad de proteger a los individuos de
los efectos nocivos de las radiaciones ionizantes. Dicha necesidad se puso de manifiesto
con las primeras aplicaciones de los rayos X y de la radiactividad natural. La filosofía
general de la protección radiológica la estableció la Comisión Internacional de
Protección Radiológica (ICRP) proporcionando recomendaciones no vinculantes que,
como en el caso de España, se traducen en formulaciones legales. En su publicación nº
60 (1990), la ICRP sienta las bases de la Protección Radiológica que desarrollaremos en
este tema. Las recomendaciones del ICRP 60 se han recogido en la Directiva
96/29/Euratom del Consejo de la Unión Europea (en lo sucesivo Directiva) y en la
legislación española, se han recogido en el Reglamento sobre Protección Sanitaria contra
las Radiaciones Ionizantes publicado por el Real Decreto 783/2001 (BOE 26 Julio 2001)
(en lo sucesivo Reglamento).
Los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes pueden clasificarse en
somáticos, si los sufre directamente el individuo irradiado, o hereditarios, si los padece
algún descendiente. La finalidad de la protección radiológica es pues, la protección de
los individuos, de sus descendientes y de la humanidad en su conjunto de los riesgos
derivados de aquellas actividades que debido a los equipos o materiales que utilizan
puedan implicar irradiaciones. Atendiendo a la relación dosis-efecto, los efectos
biológicos se clasifican en estocásticos y deterministas (no estocásticos). Por tanto, el
objetivo principal de la protección radiológica es:
• Prevenir la ocurrencia de los efectos deterministas,
• Limitar la probabilidad de incidencia de los efectos estocásticos hasta
considerarlos aceptables en comparación con los riesgos de otras actividades humanas,
• Asegurar que las actividades que implican exposiciones de los individuos
9-1
a radiaciones ionizantes estén justificadas.
Prevenir la ocurrencia de los efectos deterministas se consigue evitando que las
personas reciban dosis superiores a las umbrales.
Limitar la incidencia de los efectos estocásticos se consigue manteniendo las
exposiciones en el nivel más bajo que sea razonablemente posible teniendo en cuenta
factores económicos y sociales y siempre inferiores a unos límites de dosis equivalente
apropiados.
Justificar una actividad que conlleve una exposición a radiaciones ionizantes
consiste en la realización de un balance riesgo-beneficio de la actividad tal que las
ventajas que represente su introducción supere netamente el detrimento de la salud que
ocasione.
b) El Sistema de Protección Radiológica
El Sistema de Protección Radiológica recomendado por la ICRP en 1990, recoge
la filosofía de la protección radiológica basándose en los tres principios siguientes:
• Justificación: toda actividad que suponga un riesgo de exposición a
radiaciones ionizantes (denominada práctica) deberá suponer un beneficio suficiente en
relación con el detrimento que supone.
• Optimización: para cualquier práctica, las dosis individuales, el número
de personas expuestas y la probabilidad de exposiciones potenciales debe mantenerse tan
bajas como razonablemente sea posible alcanzar.
• Limitación de las dosis y de los riesgos: la exposición de los individuos
debe estar sujeta a límites de dosis o a controles del riesgo en el caso de exposiciones
potenciales. El objetivo es que ningún individuo se exponga a riesgos de radiación que se
consideren inaceptables en cualquier práctica en circunstancias normales.
Los riesgos de irradiación se reducen aplicando las siguientes medidas generales
de protección:
• Distancia: Aumentado la distancia entre el operador y la fuente de
radiaciones ionizantes, ya que la radiación se atenúa con el cuadrado de la distancia.
• Tiempo: Disminuyendo el tiempo de exposición de los trabajadores,
9-2
mediante la utilización de equipamiento adecuado que permita la obtención de imágenes
diagnósticas con una menor exposición de los trabajadores (escopia con intensificador,
escopia pulsada, etc.).
• Blindajes: Interponiendo entre el operador y la fuente de radiación,
blindajes de espesor adecuado. En la fase de diseño de una instalación de
radiodiagnóstico, se tienen que evaluar los espesores que han de tener las paredes, techo
y suelo y las mamparas de protección para que las dosis recibidas por las personas tras
ellas situadas sean tan bajas como razonablemente sea posible.
c) Límites de dosis
La limitación de dosis es el requisito que se establece para asegurar una
protección radiológica adecuada, incluso para las personas más expuestas. Los límites
que se establecen representan los valores de la dosis efectiva y de la dosis equivalente
que no deben ser sobrepasados.
Para la aplicación de la limitación de dosis se establece la siguiente clasificación
de las personas:
• Trabajador expuesto: aquellas personas sometidas por las
circunstancias en que se desarrolla su trabajo, bien sea de modo habitual o circunstancial,
a una exposición a las radiaciones ionizantes, susceptible de entrañar dosis superiores a
alguno de los límites de dosis para miembros del público.
• Personas en formación y estudiantes: personas que, no siendo
trabajadores, reciben una formación o instrucción en el seno o fuera de una empresa para
ejercer un oficio o profesión, relacionado directa o indirectamente con actividades que
pudieran implicar exposición a las radiaciones ionizantes.
• Miembros del público: personas de la población, con excepción de los
trabajadores expuestos y los estudiantes y las personas en formación durante sus horas de
trabajo. Se excluyen igualmente a aquellas personas sometidas a exposiciones como
pacientes con fines diagnósticos o terapéuticos propios o como consecuencia de
participación voluntaria en programas de investigación médica y biomédica o para
ayudar o aliviar a pacientes en diagnóstico o tratamiento médico.
• Población en su conjunto: toda la población incluyendo los trabajadores
9-3
expuestos, los estudiantes y las personas en formación y los miembros del público.
Para estos grupos de población, se establecen en el Reglamento unos límites de
dosis que están resumidos en la tabla siguiente. En estos límites no se tiene en cuenta la
radiación derivada del fondo radiactivo natural ni la exposición sufrida como
consecuencia de exámenes y tratamientos médicos. Las dosis recibidas como
consecuencia de exposiciones médicas o de la participación voluntaria en los programas
de investigación y labores de ayuda antes mencionados, están exclusivamente sujeta a
los criterios de justificación y optimización.
Límites de dosis
Trabajadores expuestos
Dosis efectiva 100 mSv en 5 años consecutivos
Máximo de 50 mSv en cualquier año
Dosis equivalente en cristalino 150 mSv/año
Dosis equivalente en piel (dosis
promediada sobre cualquier
superficie de 1 cm2)
500 mSv/año
Dosis equivalente en manos,
antebrazos, pies y tobillos 500 mSv/año
Protección especial durante el
embarazo
Dosis equivalente al feto inferior a 1 mSv
(desde la comunicación de su estado hasta el final
del embarazo)
Personas en formación y estudiantes
Mayores de 18 años Límites de los trabajadores expuestos
De 16 a 18 años
Dosis efectiva: 6 mSv/año
Cristalino: 50 mSv/año
Piel, manos, antebrazos, pies y tobillos: 150
mSv/año
Menores de 16 años Límites del público
9-4
Público
Dosis efectiva 1 mSv/año
Dosis equivalente en cristalino 15 mSv/año
Dosis equivalente en piel (superficie
de 1 cm2) 50 mSv/año
El término año corresponde a año oficial.
9.2. Necesidad de aplicación de la protección radiológica
Como Centro de Investigación al igual que en cualquier instalación radiactiva
han de aplicarse las disposiciones legales que regulan la Protección Radiológica (PR),
cuya máxima es mantener, tan bajas como sea razonablemente posible, las dosis que
reciben las personas profesionalmente expuestas como el público en general,
asegurando siempre el cumplimiento de los límites de dosis legalmente establecidos.
Considerando que el Centro de Investigación CPTV tendrá un departamento
dedicado al tratamiento oncológico de pacientes, se deberán aplicar los criterios de
protección radiológica, además de al personal anteriormente mencionados, a
pacientes. En el uso de radiaciones ionizantes en medicina con fines diagnósticos, la
PR del paciente consiste en mantener la dosis lo más baja posible manteniendo una
calidad adecuada en la prueba diagnóstica. El caso de la Radioterapia (RT) es
especial, ya que el uso de la radiación ionizante es el tratamiento de lesiones
oncológicas en la mayor parte de los casos. Por ello, la PR del paciente en RT debe
involucrar varios objetivos que se comentan brevemente a continuación.
La RT se basa en la administración de una dosis adecuada en el volumen a
tratar manteniendo las dosis en los órganos sanos circundantes lo más bajas posibles
dentro de sus tolerancias. Dado que la separación entre la curva de control local de la
lesión y la de las complicaciones es muy estrecha, uno de los condicionantes más
9-5
importantes de la RT es que su aplicación sea tan precisa como razonablemente sea
posible. Por tanto, la PR en RT se apoya en que el tratamiento sea preciso a la vez que
seguro para el paciente. A su vez, las Unidades de tratamiento deben disponer de un
diseño adecuado para colimar el haz estrictamente a la zona de tratamiento. Para ello,
debe mantenerse en los límites bien establecidos en lo referente a colimación y fugas
que afecten al resto de anatomía del paciente, al igual que en el caso de componentes
parásitas del haz de radiación, esto es, no útiles en el tratamiento pero que acarrean
una dosis adicional. Éste es el caso, por ejemplo, de producción secundaria de
neutrones en el Acelerador que nos ocupa.
9.3. Procedimiento administrativo para el cpv
Tal y como marca la legislación vigente, el procedimiento administrativo a
seguir es el siguiente:
Solicitud de autorización de Puesta en Marcha.
La solicitud de autorización de Puesta en Marcha se debe de presentar en el
Servicio Territorial de Energía, dependiente de la Dirección General de la Energía de
la Consellería de Infraestructuras y Transporte de la Generalitat Valenciana.
En solicitud de autorización de Puesta en Marcha debe de incluirse la siguiente
documentación:
1. Documentación identificativa del titular, y, en su caso, de su representante
legal.
2. Memoria descriptiva de la instalación.
3. Estudio de Seguridad.
4. Verificación de la instalación.
5. Reglamento de funcionamiento.
6. Relación prevista del personal, organización proyectada y definición de las
responsabilidades de cada puesto de trabajo.
9-6
7. Plan de emergencia interior.
8. Medidas de seguridad para el control de fuentes radiactivas encapsuladas
de alta actividad y fuentes huérfanas.
9. Previsiones para la clausura y cobertura económica prevista para garantizar
la misma en condiciones de seguridad.
Toda esta documentación será elaborada conforme a las Guías de Seguridad
correspondientes editadas por el C.S.N.
Se debe de tener presente que cualquier modificación que afecte a cambios de
diseño o de operación de instalación (incluidas fuentes radiactivas y equipos
generadores de radiaciones ionizantes) son objeto de una nueva autorización y por lo
tanto suponen retrasos en la puesta en marcha de la Instalación.
Una vez el CSN informa favorablemente a la Dirección General de la Energía,
ésta emite la resolución de Puesta en Marcha. En dicha resolución se contempla la
posibilidad de utilizar el acelerador para ajustes y pruebas en funcionamiento, y la
obligatoriedad de pasar una Inspección por parte del CSN.
Pasada la inspección el CSN comunica a la Dirección General de Energía en
caso de ser favorable que la Instalación puede ponerse en Marcha, y la Dirección
General de la Energía comunica a la Instalación la Autorización de Puesta en Marcha,
momento a partir del cual se puede comenzar a realizar la tarea investigadora y los
tratamientos a pacientes.
9.4. Plan de actuación para el nuevo acelerador
La Protección Radiológica al igual que en cualquier Instalación Radiactiva
debe de aplicarse en el diseño, construcción, funcionamiento y desmantelamiento de
la Instalación, de forma que se pueda optimizar ésta.
Para poder llevar a cabo una adecuada protección radiológica, lo primero que
se debe determinar son los términos fuente y las aplicaciones que se van a llevar a
cabo en la Instalación por lo que los primeros pasos fundamentales son:
9-7
1. Decidir exactamente el acelerador que se va a adquirir.
2. Determinar que otro tipo de equipamiento generador de radiaciones
ionizantes va a existir en la Instalación.
3. Determinar los radioisótopos que van a existir en la instalación es
necesario indicar el elemento la actividad máxima y si es posible su forma química.
4. Determinar las aplicaciones y campos que se van a desarrollar en la
instalación.
Una vez definidos los puntos anteriores, se puede empezar a desarrollar la
protección radiológica, para lo cual en primer lugar se deberá contratar a una empresa
o persona experta en Protección Radiológica que sea capaz de desarrollar la
documentación necesaria para la autorización de puesta en marcha de la Instalación
(Esta documentación incluye desde cálculos de blindajes como los cálculos de dosis
en situación de funcionamiento normal y de emergencia tanto a los trabajadores
profesionalmente expuestos como al público en genera), y que además pueda analizar
los condicionamientos de diseño y construcción necesarios para desarrollar y que se
autoricen los 4 puntos anteriores bajo el punto de vista de la Protección Radiológica.
9.5. Organización de la protección radiológica en el cptv
Pese a que la “Instrucción de 27 de julio de 2005, del Consejo de Seguridad
Nuclear, número IS-08, sobre los criterios aplicados por el CSN para exigir, a los
titulares de las instalaciones nucleares y radiactivas, el asesoramiento específico en
protección radiológica”. Publicada en el BOE nº 238 de 5 de octubre de 2005., no
indica como CENTRO DE INVESTIGACIÓN la exigencia de un Servicio propio de
protección radiológica ni la necesidad de contratar una Unidad Técnica de Protección
Radiológica sino se superan 50 personas utilizando material radiactivo o equipos
generadores de radiaciones ionizantes y no se manipulan más de 10 radioisótopos,
debido a la peculiaridad de la instalación y a que en la práctica a todas las
instalaciones que disponen de ciclotrón para producción de radiofármacos se les exige
la contratación de una UTPR o la creación de un Servicio Propio de Protección
9-8
Radiológica y en vistas a disponer de la organización adecuada para poder cumplir
con esta exigencia se creará un Departamento de Protección Radiológica con una
estructura de Servicio de Protección Radiológica tal y como existe en numerosos
Centros de Investigación en España.
Estructura del Departamento de Protección Radiológica:
• Responsable de Protección Radiológica: Deberá tener como mínimo el
Curso de Supervisor de Instalaciones Radiactivas en los campos de aplicación que
correspondan a la Instalación. Se procurará contratar a una persona que disponga del
“Curso Superior de Protección Radiológica” en las especialidades “de instalaciones
médicas y nucleares”, de forma que en caso de que el CSN exija un Servicio Propio
de Protección Radiológica, el Responsable de Protección Radiológica pueda asumir
las funciones de Jefe de Servicio de Protección Radiológica (Licencia que concede el
CSN previo examen de la Instalación Radiactiva sobre la que se va a ejercer la
jefatura). En caso de no disponer del curso debería además de examinarse sobre los
contenidos de éste.
• Supervisor del departamento: Deberá tener mínimo el Curso de
Supervisor de Instalaciones Radiactivas en los campos de aplicación que
correspondan a la Instalación de forma que pueda sustituir al Responsable de
Protección Radiológica en vacaciones y bajas.
• Operador/es del departamento: Deberá tener mínimo el Curso de
Operador de Instalaciones Radiactivas en los campos de aplicación que correspondan
a la Instalación. Son los encargados de dar apoyo a el resto de investigadores.
Debido a que el Centro de Investigación CPTV va a tener un Departamento
que implica el tratamiento médico de pacientes, tal y como marca la legislación
vigente deberá de contar con uno o más Radiofísicos Hospitalarios, que no
dependerán del Departamento de Protección Radiológica en cuanto a la Protección
Radiológica de los Pacientes, dependiendo del Departamento de PR en temas de
Protección Radiológica correspondientes a los trabajadores profesionalmente
expuestos y al público en general.
Además cada uno de los departamentos que trabajen con radiaciones
ionizantes dispondrá de un Supervisor con Licencia y de operadores con licencia para
cumplir con el Real Decreto 1836/1999, de 3 de diciembre por el que se aprueba el
9-9
Reglamento sobre instalaciones nucleares y radiactivas en su artículo 55. Dichos
Supervisores y Operadores dependerán directamente en temas de PR del DPR.
9.6. Equipamiento y material de protección radiológica
El equipamiento y material necesario para la protección radiológica se deberá
definir una vez claros los puntos 1,2,3 y 4 del Plan de Actuación.
Para la selección del material de protección y del equipo de medida se deberá
tener en cuenta los radioisótopos presentes en la instalación, las energías de las
partículas aceleradas así como la radiación dispersa producida.
9-10
Sección 10: INFORMÁTICA EN EL IFIMEDSección 10: INFORMÁTICA EN EL IFIMED
10.1. Introducción
La informática desempeña hoy un papel fundamental en todos los aspectos de
nuestra vida. Es también un elemento crucial en cualquier instituto o instalación
médica, de manera que el IFIMED no puede ser una excepción, y deberá contar con
un servicio de informática que gestione este aspecto.
La informática médica tiene por objeto la organización eficaz, el análisis, la
dirección, y el empleo de información en la asistencia médica. Es de destacar que en
Estados Unidos existe la llamada American Medical Informatics Association (AMIA)
[1], que coordina conferencias y actividades formativas en este campo. e incluso
publica una revista especializada (JAMIA) [2].
10.2. Aspectos importantes
Hay varios aspectos cruciales de la informática que se pueden identificar en
nuestro caso:
1) Transmisión y almacenaje de las historias clínicas de los pacientes.
Cada paciente debe tener un archivo de historia clínica que debe ser recibido y
almacenado adecuadamente, siguiendo, por ejemplo el estándar DICOM [3]. Este
archivo contiene los parámetros fundamentales que serán cargados para el cálculo y la
entrega de la dosis. Después del tratamiento, el archivo del paciente debe ser
actualizado reflejando las características de este tratamiento. La base de datos de los
pacientes tiene que ser complementada con un sistema de reserva (backup). Debe
10-1
ponerse a punto un protocolo eficiente y seguro para la comunicación entre el
IFIMED y los hospitales donde los pacientes son atendidos.
2) Además de la parte antedicha de informática, hay aspectos cruciales
relacionados con la manipulación del haz y la administración de la dosis que pueden
también ser identificadas. Aquí, seguimos las especificaciones dadas en la referencia
[4], aunque otras disposiciones posibles se deben considerar en esta primera fase de
diseño.
a) Sistema de direccionamiento del haz (BDS).
El haz del acelerador tiene que ser desviado a los diversos gantries por un
sistema de distribución. El BDS utiliza normalmente el mismo hardware y software
que el acelerador.
b) Sistema de administración de la dosis (DDS).
Controla los dispositivos en el inyector (hardware de transporte y detección
del haz más cercano al paciente) y valores relativos a la dosificación.
c) Sistema de colocación del paciente (PPS).
Este sistema se encarga de posicionar al paciente. Incluye un robot que mueve
el sistema de soporte a la posición de tratamiento.
Es previsible que el sistema informático de control del ciclotrón de protones, el
sistema de monitorización, posicionamiento de pacientes y dosimetría se adquieran
junto con sus respectivos equipos y que no tengan que ser tratados en este apartado de
informática. Sin embargo, es necesario realizar una evaluación minuciosa en el
momento de su adquisición de sus necesidades de conectividad de red y de su
interconexión con otros equipos del IFIMED, como podría ser el sistema de historial
médico del paciente del que se extrajesen datos para su tratamiento.
10-2
10.3. Comunicaciones
Es necesario dotar al centro de una conectividad adecuada para todos sus
elementos en todas sus estancias. Para ello, en primer lugar hay que prever el cableado
estructurado de todos sus edificios y la interconexión de ellos con el centro neurálgico
de las comunicaciones mediante fibra óptica. En este punto, que podría situarse en la
sala de cálculo del IFIMED, hay que hacer llegar la fibra óptica de conexión del
exterior.
Las tecnologías de conexión inalámbricas empiezan a jugar un papel muy
importante actualmente, por lo que habría que dotar al IFIMED de los puntos de
conexión “wifi” en los sitios que requieran este tipo de conectividad.
El IFIMED requiere distintos niveles de aislamiento y seguridad en su
conectividad que han de ser evaluados cuidadosamente. Algunos sistemas podrían
tener una conectividad interna aislada de otras redes internas y del exterior, como por
ejemplo el sistema de control del ciclotrón, posicionamiento del paciente y dosimetría.
Para el resto de los sistemas seria necesario un mecanismo de cortafuegos (firewall) y
quizá algún equipo muy específico podría tener conectividad total al exterior.
En función del número de edificios, salas por edificio y usuarios hay que
evaluar el equipamiento necesario para la conectividad de red. En principio se prevé
un armario de comunicaciones por edificio que recogería el cableado estructurado de
éste. Los distintos armarios de los edificios se conectarían a un único centro mediante
mangueras de fibra óptica. En este centro se instalaría un armario que albergaría el
equipo electrónico de comunicaciones. Este equipo ha de incluir conmutadores,
además de un router y un firewall.
10.4. Comprobaciones
Un aspecto importante es la comprobación de todos los sistemas y
subsistemas, tanto a nivel de software como de hardware, con especial atención a que
10-3
los posibles fallos en cada subsistema no pongan en peligro al paciente o al personal
de servicio. Todos los sistemas, a partir del acelerador, entrega del haz, la
administración de la dosis y la colocación del paciente son controlados, en última
instancia, por el software que tiene que ser tan simple y fiable como sea posible,
reduciendo al mínimo el número de sistemas operativos. Las comunicaciones entre los
diversos subsistemas deben también ser fiables y tolerantes a fallos, para asegurarse
de que los posibles errores en cada subsistema no pongan en peligro al paciente o al
personal que lo atiende. La comprobación de todos los elementos en todos los niveles
es crucial.
Recomendamos que los elementos mencionados en este apartado se integren
por una única empresa, con acreditada experiencia en la materia, asegurando la
compatibilidad y la seguridad integrales, y realizando una batería completa de
pruebas. La misma empresa debería hacerse cargo del mantenimiento del sistema.
10.5. Servicios
En relación con la informática, son varios los servicios que el IFIMED ha de
prestar.
Ha de contar con un servidor de ficheros en el que los usuarios puedan guardar
datos relevantes que requieran una mayor protección. Estos han de ser accesibles por
los sistemas de sobremesa y por los sistemas de diagnóstico y control. Este sistema ha
de ir acompañado de otro de salvaguarda basado en cinta magnética, que podría ser
una librería de cintas de tamaño medio. En ambos sistemas ha de observarse un
especial cuidado en la protección de datos sensibles, como puedan ser los historiales
médicos de pacientes, mediante un control de acceso adecuado.
La comunicación con el exterior mediante sistemas de correo electrónico es
fundamental. Para ello, el IFIMED se ha de dotar de un servidor de correo electrónico
que reciba y envíe el correo filtrando el correo no deseado. Además, ha de
proporcionar el acceso al correo de sus usuarios por varios medios, de la manera más
flexible posible, manteniendo un nivel de seguridad y confidencialidad adecuado.
10-4
La visibilidad del exterior del IFIMED es importante. Para ello, es necesario
mantener un servidor web que proyecte la imagen del instituto en la cibercomunidad
de internet. Por otro lado, también sería adecuado mantener un servidor web intranet
para que la información interna pueda ser compartida fácilmente.
Es posible que distintas aplicaciones requieran la instalación y mantenimiento
de alguna base de datos. Para la realización de los cálculos es necesario contar con
una granja de varios procesadores.
Se puede prever que, debido a la naturaleza del instituto como centro de
terapia e investigación, distintos tipos de usuarios y aplicaciones coexistirán,
empleando distintos sistemas operativos. Seguramente, se podrán agrupar en variantes
de Linux y de Windows. Es necesario que el personal de informática sea capaz de
instalar, administrar y resolver los problemas que los usuarios y servicios puedan
demandar.
10.6. Centro de cálculo
El IFICMED tiene que contar con una sala de ordenadores de 100m2 útiles.
Esta sala estará equipada con suelo técnico, sistema de acondicionamiento de aire,
sistema de detección y extinción de incendios y un sistema de alimentación
ininterrumpida de 150 KVA de 10 minutos de autonomía con respaldo exterior de un
grupo electrógeno.
Este centro de cálculo albergaría los equipos de comunicaciones, los
servidores del instituto y la granja de cálculo. También podría contener los equipos de
control del ciclotrón que no necesariamente han de estar próximos a éste.
10.7. Personal
El centro de cálculo del IFIMED deberá contar con personal cualificado. La
10-5
misión de este personal es la de atender todas las necesidades mencionadas antes, así
como prestar apoyo informático a los distintos proyectos de investigación
El personal mínimo necesario para los servicios de informática sería:
- 2 Titulados Superiores de Informática.
- 2 Técnicos Medios de Informática.
10.8. GRID, e-ciencia y el Instituto de Física Médica
Las tecnologías de Computación GRID se están aplicando en un amplio
abanico de disciplinas científicas. En el área de Salud dichas tecnologías se están
afianzando y, en particular, es una de las áreas principales de aplicación en el
Proyecto EGEE (Enabling GRID for E-SciencE) con resultados muy importantes
desde el punto de vista científico-tecnológico como desde su vertiente social.
Uno de los principales retos que tiene que resolver el GRID es no solo
disponer de un sistema distribuido de cálculo que responda virtualmente como un solo
ordenador sino además suministrar un modelo organizativo de almacenamiento
masivo de datos. Como ya se ha mencionado antes,
Las actividades que se llevaran a cabo en el IFIMED involucran bases de datos
sobre pacientes, enfermedades, imágenes médicas, parámetros técnicos del
funcionamiento de dispositivos, etc. Esta componente orientada a datos es la que da
pie a pensar en el establecimiento de una e-infraestructura para los centros
relacionados con los tratamientos de radioterapia en general y de hadroterapia en
particular. Dicha e-infraestructura será distribuida y responderá a un esquema en el
que se busca la eficacia, la privacidad de los datos con los que se trabaja y con
entornos colaborativos característicos de lo que se denomina e-Ciencia.
El diseño, prototipo y despliegue de esta e-infraestructura debe realizarse en el
marco de trabajo del ENLIGHT [5] y en él tendrá in papel relevante el IFIMED al
poder ser considerado como centro de suministro de datos de otros centros sanitarios
10-6
(hospitales).
10.9. Proyectos de investigación
Una parte importante de las actividades de investigación que tendrán lugar en
el instituto están relacionadas con la reconstrucción y tratamiento de imágenes
médicas, así como simulaciones de tipo Monte Carlo. Para ello, es necesario un
equipamiento informático que deberá ser gestionado por el servicio de informática del
IFIMED.
El material informático necesario para este apartado es el siguiente:
− 6 ordenadores de sobremesa.
− Un servidor para almacenamiento y bases de datos.
− Librerías, licencias y paquetes científicos.
− Una granja de ordenadores con 8 procesadores dual core.
Referencias:
[1] http://www.amia.org
[2] http://www.jamia.org
[3] http://dicom.nema.org
[4] Design of a treatment control system for a proton therapy facility. J.
Katuin, J. Collins, C. Hagen, Wm. Manwaring, M. Wedekind and P. Zolnierczuk.
Epac 2006 Edimburgo, 26-30 de Junio de 2006.
[5] http://enlight.web.cern.ch/enlight/Meeting3-4May07/Master_Document-3-
4May07-v4.pdf
10-7
10-8
Sección 11: OBRA CIVIL
El Instituto de Física Médica se ubicará sobre una superficie de 26.500 m2 en el
entorno del Parque Científico de la Universidad de Valencia. En las páginas siguientes
se muestran los planos propuestos para la instalación, enmarcados dentro de los accesos
correspondientes. Los tres planos corresponden a un croquis general y a las
componentes separadas que describen, por una parte el Ciclotrón de protones y las salas
de tratamiento y experimentación, junto con la zona asistencial, y, por otra, los edificios
de servicios generales, laboratorios, despachos y salas de conferencias y reuniones.
11-1
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11-4
Sección 12: ASPECTOS FINANCIEROS 12.1. Presupuesto de construcción y operación
Desde 2007 se plantea una fase inicial de formación de personal durante los
próximos años en Centros de actividad relacionada con la de este Proyecto
aprovechando la colaboración entablada y descrita en párrafos anteriores con Centros de
la Red ENLIGHT. Asimismo, se pretende realizar los primeros contratos para preparar
las convocatorias y trabajos de la fase de construcción. Para esta finalidad, se asignan 2
millones de Euros en el presupuesto de 2007.
El coste total durante la fase de construcción (de 2008 a 2011) es de 120
millones de Euros. Su distribución en los diversos conceptos se da en la Tabla adjunta
Ciclotrón 12 M €Gantry + Sala de Tratamiento (2) 24 M €Sala de haz de blanco fijo 8 M €Estación experimental 1 M €Calibración y Control 3 M €Terrenos 12 M €Obra civil 30 M €Infrestructura para I&D en Instrumentación para Diagnóstico 18 M €Personal & Tests de operación en la fase de construcción 12 M € TOTAL 120 M €
El perfil de la financiación, distribuida en los cuatro años de 2008 a 2011
incluidos, será discutido en la Subsección siguiente.
Una vez construida la Gran Instalación y en condiciones de iniciar su
funcionamiento, tanto la Investigación y Desarrollo en Imagen Médica y Aceleradores
como para el servicio de Protonterapia, el presupuesto global anual por todos los
12-1
conceptos incluyendo personal propio, mantenimiento de la instalaciones y
funcionamiento del IFIMED se estima en el 15% anual del presupuesto total de
construcción, es decir, 18 millones de Euros por año (mas inflación anual) desde 2012 a
2021, correspondientes a 10 años de funcionamiento.
Los Proyectos de Investigación deberán ser financiados siguiendo las
convocatorias competitivas de las Administraciones Españolas y Europeas y de otros
agentes sociales públicos o privados. Los posibles ingresos asociados con servicios
prestados por la Gran Instalación se destinarán a la promoción de la Investigación en el
IFIMED para el campo de la Física Medica.
Las instalaciones contempladas en esta Memoria Científico-Técnica
corresponden a un diseño modulable, previendo posibles mejoras y ampliaciones
futuras. El proyecto de Obra Civil ha de tener en cuenta este aspecto fundamental.
12.2. Plan de financiación
Los 122 millones de Euros que corresponden al presupuesto discutido en la
subsección anterior es aquí distribuido en los cinco años desde 2007 a 2011
2007 2008 2009 2010 2011
2 M€ 30M€ 40M€ 30M€ 20M€
-2007: Para financiar el inicio del plan de formación del personal, tanto en la
operación y mantenimiento de la Instalación del Acelerador, Equipamiento asociado
(Gantries, Detectores, etc.), planificación y protocolos, así como investigadores en
imagen médica y aceleradores. La base de esta formación ya está definida a través de
los grupos participantes en la Red Europea ENLIGHT y se contempla de diez a doce
contratos por cuatro años de investigadores y personal técnico
12-2
-2008: Financiación del proyecto de obra civil y del 30% de la obra, incluyendo
terrenos. Además siguiendo al concurso preceptivo, se ha de formalizar el contrato de
construcción de acelerador de dos salas de tratamiento con sus Gantries, una sala de
blanco fijo y la estación experimental, aportando el 30% de su financiación. Continua el
proceso de formación de personal.
-2009: Financiación como en 2008, mas el inicio (30%) de la financiación de la
infraestructura asociada con la instrumentación para el diagnóstico, funcionamiento y
control de la instalación.
-2010: Financiación del 30% de la obra civil, del 20% del acelerador y
equipamiento asociado y del 30% de la infraestructura asociada con diagnóstico y
control. Se conjuga a partir de este año la incorporación de profesionales formados en el
programa de la Instalación con la continuación del propio programa.
-2011: Financiación del 10% de la obra civil, del 20% del acelerador y
equipamiento asociado y del 40% de la infraestructura del diagnóstico y control.
12-3
12-4
Sección 13: DIFUSIÓN Y COMUNICACIÓN
13.1. Introducción
Tanto la magnitud del proyecto IFIMED como la utilidad y la percepción
social de sus futuras actividades exigen que desde el inicio de su andadura se
establezca una adecuada difusión y comunicación de las vertientes científica,
tecnológica y médica del proyecto. Hay que transmitir al conjunto de la sociedad, y
muy especialmente a aquellos jóvenes en fase de orientar su vida futura, que la
ciencia, en todos sus aspectos, constituye un componente esencial e imprescindible de
la vida cotidiana de todos. Con este objetivo general, se contempla la creación de una
unidad de divulgación y comunicación, que consolidará las actividades de difusión
que ya han sido iniciadas, así como la reserva de un espacio destinado a presentar
permanentemente las actividades del IFIMED.
Como antecedente próximo hay que indicar que, con motivo de la aprobación
del proyecto del IFIMED en febrero de 2007, se realizó una exposición en el edificio
histórico de la universidad de Valencia. Esta exposición iba dirigida
fundamentalmente a las autoridades políticas (la ministra de Educación y Ciencia y el
Conseller de Industria), a las autoridades académicas y científicas (el rector de la
universidad de Valencia y el presidente del CSIC), así como a los medios de
comunicación. Tras esta presentación, la exposición permaneció abierta al público
durante un par de semanas, cuya concurrida asistencia refleja el interés despertado por
el proyecto. El material utilizado en la preparación de este evento constituye el punto
de partida de un plan más extenso para cubrir la difusión y comunicación a un público
diverso, con una especial atención a alumnos y profesores de enseñanza secundaria.
13.2. Marco histórico y conceptual
Han transcurrido más de cien años desde el descubrimiento de los rayos X y de
la radioactividad, cuyas consecuencias impregnan toda la sociedad, tanto desde el
13-1
punto de vista del conocimiento (ambos descubrimientos fueron pilares del desarrollo
de la física cuántica), como práctico. Las actividades del IFIMED muestran la
existencia de numerosos puentes entre investigación fundamental e investigación
aplicada. En este apartado vamos a destacar sólo uno de ellos, el referido a la terapia
del cáncer. Conviene esbozar algunos datos históricos para situar en perspectiva este
puente.
En sus estudios sobre la radiación desconocida que descubriera en 1895, W.C.
Röntgen registró en una placa fotográfica una imagen de la mano de su mujer que se
ha hecho famosa: en ella se reconocían perfectamente los huesos de la mano y la
sortija que llevaba. Esta primera radiografía atrajo inmediatamente la atención de
médicos de diferentes países por las posibilidades que ofrecían los rayos X para
diagnosticar fracturas y detectar objetos extraños en el interior del cuerpo. Un año
después de su descubrimiento, se publicó el primer libro sobre el diagnóstico de la
tuberculosis mediante los rayos X. En 1901, la fundación Nobel otorgó a Röntgen el
primer premio Nobel de Física; en la explicación de su decisión, la fundación escribió
lo siguiente: “Es de todos conocida la importancia de este descubrimiento para una
cirugía practicable, así como el número de operaciones que el mismo ha hecho posible
y ha facilitado. Si a esto añadimos que en muchos casos, afecciones cutáneas graves,
como por ejemplo el lupus, han sido tratadas con éxito mediante los rayos de
Röntgen, podemos inmediatamente decir que el descubrimiento de Röntgen ha
aportado tantos beneficios a la humanidad que recompensarlo con el premio Nobel
responde a las intenciones del testador en grado sumo”. Nunca antes, ni seguramente
después, un descubrimiento relacionado con la investigación en física fundamental ha
encontrado en tan poco tiempo una aplicación de consecuencias tan importantes.
En 1896 se produjo el descubrimiento de la radioactividad, pocos meses
después del de los rayos X, y motivado precisamente por un intento de explicación de
éstos. El descubrimiento de H. Becquerel atrajo la atención inmediata de Pierre y
Marie Curie, que a su vez hicieron, entre muchos otros, un descubrimiento
importante: el radio, nuevo elemento que llegaron a aislar. El radio es una fuente de
rayos gamma muy potente. Tanto los rayos X como los rayos gamma son radiaciones
electromagnéticas, como lo son también las ondas de radio o la luz visible, que sólo
difieren en su energía y en el modo práctico de producción. Los rayos gamma han
sido utilizados en la terapia del cáncer desde que se pudo disponer de radio en forma y
13-2
cantidad apropiadas, y ha dado nombre a este tipo de terapia: radioterapia. Tras la
segunda guerra mundial, se empezó a utilizar una fuente más sencilla y eficaz, la
fuente de cobalto, aprovechando los rayos gamma emitidos por el núcleo de 60Co en
su desintegración radioactiva. En la actualidad, los rayos gamma son producidos al
frenar en condiciones adecuadas los electrones de un haz producido en un pequeño
acelerador.
El siguiente paso importante se produjo en 1932, cuando E.O. Lawrence
construyó el primer ciclotrón: con el uso conjunto de un intenso campo magnético y
de un campo eléctrico alterno es posible acelerar partículas cargadas inyectadas en el
centro de dos semicilindros metálicos huecos. Su prototipo, que cabía en la palma de
la mano, le permitió verificar los principios básicos de su funcionamiento. Lawrence
construyó después un ciclotrón de unos 70 cm. de diámetro (27’’), que fue utilizado
en el laboratorio de radiaciones de la universidad de California en Berkeley para
hacer investigación básica sobre radiaciones y reacciones nucleares. Sin embargo,
Lawrence se dio cuenta en seguida de sus importantes aplicaciones en medicina.
Mediante un acelerador de partículas de energía adecuada es posible fabricar isótopos
radioactivos tanto para la investigación en biología y medicina como para su uso en
diagnóstico y terapia. Además, un acelerador puede generar una radiación que
atraviesa el cuerpo de un paciente, o bien puede producir una sustancia radioactiva
para ser inyectada posteriormente en el paciente. El análisis de la radiación tras
interaccionar con el cuerpo del paciente se utiliza para el diagnóstico (exactamente de
la misma forma como se utiliza la exploración mediante rayos X), y para determinar
un tratamiento adecuado. La radiación producida por el acelerador o la inyección de
un radioisótopo adecuado permite efectuar una terapia adecuada, al aplicar
directamente al paciente una dosis de radiación bien definida en ambos casos.
Las técnicas de radiodiagnóstico han hecho progresos considerables en los
últimos años: resonancia magnética o tomografía son palabras no desconocidas para la
mayoría de la población. A esto hay que añadir otras no tan difundidas todavía, como
la tomografía por emisión de un único fotón (SPECT en sus siglas inglesas) o la
tomografía por emisión de positrones (PET). Todas estas nuevas técnicas son el
resultado conjunto de aplicaciones de principios físicos, desarrollo de detectores de
radiación cada vez más sensibles y precisos, nuevos ordenadores, progresos en el
tratamiento y manejo de bases de datos… Se ha llegado a una empresa colectiva que
13-3
involucra a médicos, físicos, matemáticos, biólogos, informáticos, radioquímicos, etc.,
juntamente con empresas para fabricar los instrumentos necesarios.
El problema básico de la radioterapia es de optimización: se ha de maximizar
la dosis aplicada a un tumor al tiempo que se minimiza la dosis a los tejidos sanos
vecinos. Con los rayos X o los rayos gamma, esta optimización es sólo posible
relativamente, pues un porcentaje importante de la dosis se aplica a los tejidos sanos
anteriores y posteriores al tumor. Sin embargo, las partículas cargadas, como
protones, partículas alfa o iones de carbono, depositan prácticamente toda su energía
en una estrecha zona al final de su trayectoria. Este fue un descubrimiento hecho por
W. Bragg, en cuyo honor se habla de pico de Bragg para referirse a la mencionada
característica. El uso de partículas cargadas permite minimizar la dosis depositada en
los tejidos anteriores, maximizar la dosis en el tumor, y evitar prácticamente cualquier
efecto indeseado en los tejidos posteriores. En 1947, R. Wilson (quien posteriormente
fue director del Fermilab, laboratorio dedicado al estudio de los constituyentes más
elementales de la materia), hizo la primera sugerencia para utilizar protones en la
terapia de tumores. El primer paciente fue tratado siete años después, en el laboratorio
Lawrence de Berkeley. En la actualidad hay varios centros de protonterapia en los
Estados Unidos, Japón, Rusia, Sudáfrica y en varios países de Europa. Los
aceleradores de protones para usos terapéuticos está creciendo en los últimos años y
se empiezan a construir, a un ritmo más lento, aceleradores de iones de carbono.
En la Unión Europea se diagnostican aproximadamente 1,8 millones de
pacientes de cáncer al año, de los que se curan el 45%, distribuidos de la siguiente
manera: 22% mediante cirugía, 12% mediante radioterapia, 6% mediante ambas
terapias y 5% mediante quimioterapia. Dentro de la radioterapia, la terapia mediante
rayos X es la más común y la más económica, pero no siempre se puede resolver
adecuadamente el problema de optimización inherente a este tipo de terapia. Como se
ha mencionado, el característico pico de Bragg relacionado con la deposición de la
dosis de las partículas cargadas mejora considerablemente esta optimización y explica
el auge que están adquiriendo los centros de hadronterapia. Según las estimaciones
actuales, por cada diez millones de habitantes serán tratados cada año unos 20.000
pacientes mediante rayos gamma, unos 2.400 mediante protones y unos 600 mediante
iones de carbono. Un país como España necesitará al menos cuatro centros de
protonterapia para hacer frente a las necesidades previstas.
13-4
El IFIMED es un claro ejemplo de imbricación entre investigación básica y
aplicada, en el que la primera puede tener consecuencias importantes en otros campos
muy diferentes. En el caso del IFIMED, la investigación sobre el estudio de los
constituyentes fundamentales de la materia tiene consecuencias en un campo tan
alejado de él como el diagnóstico y la terapia del cáncer. Aparatos desarrollados en el
LHC (Large Hadron Collider), el gigantesco acelerador de partículas del CERN,
Ginebra, acaban por encontrar aplicaciones médicas. El conocimiento de la
construcción de aceleradores permite su posterior adaptación a las necesidades de la
protonterapia y la exploración de la terapia con iones de carbono. Lo mismo puede
decirse de la construcción de detectores de todo tipo de radiaciones producidas en las
colisiones a altas energías que tienen lugar en los aceleradores del CERN. En este
apartado hemos insistido en un único ejemplo de las investigaciones que se
desarrollarán en el IFIMED para ilustrar la utilidad y la percepción social de sus
futuras actividades. Ello muestra que la ciencia es cada vez más una empresa
colectiva que involucra agentes diversos y que constituye un componente esencial e
imprescindible de la vida cotidiana de todos los componentes de la sociedad.
13.3. Objetivos en la etapa de realización del IFIMED
Se utilizarán varios medios de difusión complementarios, pues no todos los
públicos acceden simultáneamente a ellos, y se pretende alcanzar diversos objetivos.
El material ya preparado formará el núcleo inicial de las actividades divulgativas de la
investigación científica y técnica desarrollada en el IFIMED, de las que destacamos
las siguientes.
1) Creación de una base documental relevante para facilitar la información
sobre las actividades del IFIMED a públicos diversos: miembros del propio IFIMED
o de instituciones análogas, medios de comunicación, estudiantes y profesores de
enseñanza secundaria, público en general. Un equipo de miembros del IFIMED
(científicos, médicos y técnicos) se ocupará de actualizar periódicamente esta base,
que por ejemplo permitirá a los miembros de la institución redactar artículos, editar
folletos divulgativos o preparar diversas charlas divulgativas.
2) Creación de una página en la red, para facilitar el acceso telemático a
13-5
diversa información, estableciendo controles de acceso según se trate de información
reservada al personal propio, o bien a científicos externos y al público en general. La
anterior base documental servirá de base para gran parte de la información general
que se presentará.
3) Elaboración de un número monográfico de la revista de difusión de la
investigación “Mètode” (universidad de Valencia), para el primer trimestre de 2008.
Su contenido cubrirá aspectos variados en torno al IFIMED, tales como efectos de la
radiación (ionizante y no ionizante) en los seres vivos, imágenes médicas,
aceleradores o estudios clínicos sobre el cáncer.
4) Creación de una exposición permanente en las instalaciones del IFIMED,
abierta a un público diverso, para divulgar actividades científicas relacionadas con el
propio IFIMED. Se empezará con la realización de paneles, maquetas, materiales
expositivos y pedagógicos interactivos, junto con la edición de folletos explicativos.
Este primer material será expuesto en el Museo de las Ciencias Príncipe Felipe de
Valencia, cuyo personal asesorará en las distintas etapas de su realización. La
exposición permanecerá en el museo hasta la construcción de las instalaciones del
IFIMED. Su ubicación en el Museo de las Ciencias la hará accesible a los numerosos
visitantes de la ciudad, de otras localidades y de otras comunidades autónomas.
13.4-Infraestructura y personal
13.4.1.Espacio
- Sala permanente de exposición en el edificio principal del IFIMED (300 m2)
- Despacho para dos personas encargadas de la exposición y otras actividades
de comunicación (30m2)
- Almacén para el material expositivo (200m2)
13.4.2.Equipamiento
- 2 ordenadores de sobremesa (3k€)
- 1 workstation (5k€)
13-6
- 1 ordenador portátil (2k€)
- Material de proyección diverso (3k€)
13.4.3.Personal
Gran parte de la actividad de difusión y comunicación será llevada a cabo por
una comisión de miembros del IFIMED (científicos, médicos y técnicos). Pero se
hace necesaria la contratación de dos personas para poder llevar a cabo de forma
óptima esta actividad.
- 1 técnico informático. Diseñará el sistema de almacenamiento de la base
documental, un interfaz gráfico que facilite su acceso, se ocupará de la actualización y
mantenimiento de la base documental y del flujo de comunicación dentro del
IFIMED.
- 1 periodista. Como experto en comunicación, elaborará los documentos
adecuados a cada ámbito de difusión (folletos, página web, paneles, comunicados de
prensa, etc.) que se le vayan proporcionando oportunamente.
13-7
13-8