Desarrollo y caracterización de materiales poliméricos radiosensibles para aplicaciones dosimétricas

Abstract

El desarrollo acelerado y continuo de la radioterapia en las últimas décadas hapermitido, median técnicas de alta complejidad, lograr una mayor eficacia y potencialidad curativo de los tratamientos contra el cáncer. Sin embargo, la eficaciade cualquier tratamiento de radioterapia depende crucialmente de la capacidad de determinar correctamente la dosis absorbida. Por lo que, el desarrollo de las técnicas de radioterapia actuales requiere del desarrollo de metodologías de dosimetría que permitan principalmente obtener información de la distribución espacial de la dosis entregada en tres dimensiones. En este contexto, la dosimetría de gel polimérico es una alternativa no convencional, inherentemente tridimensional y con capacidad de registrar distribuciones espaciales de dosis con una alta resolución en un material tejido equivalente. La presente tesis pretende contribuir al conocimiento de este tipo de dosimetría no convencional, mediante el desarrollo, modificación e investigación de materiales poliméricos radiosensibles aplicando diferentes métodos de lectura de los mismos, enfocando principalmente su aplicación como herramientas potenciales en la validacióny control de calidad de técnicas de radioterapia avanzada. Para ello, se optimizó la elaboración y almacenamiento de los dos périmetros logrando obtener materiales con una buena reproducibilidad entre preparaciones diferentes. Los materiales se estudiaron mediante diferentes técnicas analíticas obteniendo la respuesta del material a la dosis e información directamente relacionada al grado de polimerización y la naturaleza del polímero formado. Además, se estudió y caracterizó un dosimetro de gel polimérico novedoso, que presentó una respuesta lineal entre 100 y 1000 Gy. Por otro lado, se estudiaron las propiedades radiológicas, relativas al agua, de diferentes dosimetros de gel polimérico para haces de fotones con energía en el rango de radiodiagnóstico y haces de protones con energías de aplicación clínica. Los resultados demostraron su alto grado de equivalencia al agua, lo que sustenta su potencial aplicación en este tipo de haces terapéuticos.

The rapid and continuous development of radiotherapy in recent decades allowed, through highly complex techniques, a great efficacy and curative potential in cancer treatments. However, an accurate absorbed dose assessment is essential for the effectiveness of any radiotherapy treatment. Therefore, the development of new and modern radiotherapy techniques requires dosimetry methodologies capable of obtaining information on spatial tridimensional dose distribution. In this context, polymer gel dosimetry is a non-conventional alternative, inherently tridimensional and capable of registering spatial dose distributions with a high resolution in a radiological tissue-equivalent material. This thesis aims to contribute to the knowledge of polymer gel dosimetry, through the development, modification, and investigation of radiosensitive polymeric materials and applying different readout methods. The main focus of these materials is to be used as tools in the verification, quality control and assurance for advanced radiotherapy techniques. To this aim, the preparation and storage of polymer gel dosimeters were optimized, yielding materials with high reproducibility between preparations. The radiosensitive materials were studied, using different analytical techniques to assess the material dose-response and information directly related to the degree of polymerization and nature of the formed polymer. Additionally, a novel polymer gel dosimeter was studied and characterized, which presented a linear dose-response between 100 and 1000 Gy. On the other hand, the radiological properties of several polymer gel dosimeters were investigated compared to that of liquid water, while being irradiated with photon beams with energy in the radiological range and proton beams with the typical energies used in clinical proton therapy. The results demonstrated that studied polymer gels presented high radiological water-equivalence, thus supporting their potential application in these types of therapeutic beams.