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    A beam model applicable to small fields: Development and validation
    (2009) Caprile Etchart, Paola F.; Hartmann, G.H.
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    Caracterización dosimétrica del irradiador preclínico X-RAD 320 e implementación en una herramienta de cálculo de dósis
    (2021) Emiliani de la Torre, Luis Eduardo; Sánchez Nieto, Beatriz; Caprile Etchart, Paola F.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
    El objetivo de esta tesis fue la caracterización dosimétrica del irradiador preclínico X-RAD 320 mediante simulaciones Monte Carlo (MC). Adicionalmente, se implementó una herramienta de cálculo de dosis basada en los resultados de las simulaciones. El método utilizado en esta tesis se basa en simulaciones MC con el código EGSnrc y la librería DOSXYZnrc, las simulaciones se llevan a cabo con una fuente puntual de radiación isotrópica a la cual se le asocia un espectro de energía, que en nuestro caso fue generado con SpekCalc con las características del irradiador preclínico X-RAD 320 (ángulo del tubo de rayos x de 30° y filtración inherente de 3 mm de Berilio). Dichas simulaciones se llevaron a cabo con las mismas condiciones de medición establecidas por Azimi (con una calidad de haz de 225 kVp, filtración de 0,35 mm Cu y un SSD = 50 cm). Se compararon las medidas de dosis relativa en profundidad, perfiles de dosis relativa y output factors realizadas por Azimi y las simulaciones MC calculadas en este trabajo para validar el método implementado. Luego se realizó la caracterización dosimétrica el irradiador preclínico para diferentes calidades de haz. Y por último se evaluaron las diferencias en la dosis para condiciones heterogéneas (corresponde a un fantoma de agua con una heterogeneidad de hueso o pulmón) y condiciones reales (corresponde a simulaciones en un fantoma de ratón heterogéneo y homogéneo para dos condiciones de irradiación) en comparación con la dosis en agua. Las congruencias de los resultados obtenidos para la dosis en profundidad, perfiles de dosis relativa y output factors para las simulaciones MC realizadas en este trabajo en comparación con las medidas realizadas por Azimi se pudo validar satisfactoriamente el método implementado. Se logró diseñar una herramienta de cálculo para la dosis (DOSAB) para campos cuadrados que utiliza las matrices de dosis de las simulaciones MC con ella se puede estimar la dosis para tamaños de campo entre 0,5 x 0,5 hasta 15 x 15 cm2 , para las calidades de haz simuladas. Según los resultados obtenidos en las condiciones heterogéneas y las condiciones reales se puede concluir que, si se utiliza DOSAB para estimar la dosis después del hueso, se tendrá una sobreestimación de la dosis, mientras que si se quiere estimar la dosis después del pulmón se tendrá una subestimación de la dosis, estos efectos dependen de la calidad del haz, tamaño y tipo de la heterogeneidad y del tamaño de campo.
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    Characterization of the ionizing radiation emission of a plasma focus device
    (2018) Díaz Contreras, Daniela Alejandra; Caprile Etchart, Paola F.; Moreno Martínez, José; Schwahofer, Andrea; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
    The PF2kJ plasma focus device was studied as a pulsed source of x-rays neutron radiation. X-rays are emitted during the focalization process of the plasma if the device is operated using hydrogen as the filling gas. Fusion reactions can be obtained if deuterium gas is used, with the consequent emission of fast neutrons. The x-ray emission is characterized by spatial distribution measurements by using TLD100 dosimeters and radiochromic films, the linearity of the output, as well as the effective energy of the x-ray radiation by measuring transmission through different aluminum thicknesses. A low effective energy of 7.5 keV is estimated. The variation of the intensity of the emission in distance and the assessment of the radiation levels which a device operator may be exposed are also included as part of the x-ray emission characterization study. Personal equivalent dose value of 2.8 mSv/year is estimated in a normal regime of the device operation. This level is not harmful based on ICRP recommendations. Fast neutron fluence of the order of 105n/cm2per shot in 4π sr is estimated by means of 3He proportional detector, and preliminary measurements are performed by using pairs of TLD 600 and TLD 700 dosimeters.
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    Dedicated phantom and TLD-100 dosimetry for simultaneous determination of mean glandular dose and beam quality: Proposal for a compact mammography quality control procedure
    (2019) Sánchez Nieto, Beatriz; López Pineda, E.; Ruiz Trejo, C.; Muñoz, I.D.; Caprile Etchart, Paola F.; Chorbadjian Alonso, Gabriela Paz; Brandan, M.E.
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    Desarrollo de un modelo clínico-radiómico de aprendizaje automatizado, para la predicción de respuesta a la quimioterapia neoadyuvante en pacientes con cáncer de mama.
    (2024) Soto Moreira, Macarena Cecilia; Caprile Etchart, Paola F.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
    El cáncer de mama es el tipo de cáncer mas frecuente en mujeres. Aunque existen diversas estrategias de tratamiento, no se dispone de herramientas clínicas para poder predecir con certeza la respuesta de cada paciente a distintas opciones de tratamiento, lo cual motiva este estudio. El trabajo realizado consistió en la implementación de una herramienta para la predicción de la respuesta patológica en pacientes con cáncer de mama tratadas con quimioterapia neoadyuvante. Se utilizaron dos cohortes de imágenes de resonancia magnética con peso T1 (T1w) y con contraste (DCE) previas al tratamiento, una para entrenamiento y evaluación de los modelos predictivos, y la otra para validación externa. Estos cohortes se adquirieron de manera independiente de un repositorio abierto y contaban con información sobre el tipo de respuesta patológica de las pacientes a la quimioterapia neoadyuvante. Para el cohorte de entrenamiento, se realizo una segmentación manual por experto y una semiautomática del parénquima de la mama con el tumor y la lesión. Los resultados de ambos métodos fueron comparados usando el coeficiente de Dice . El cohorte de validación externa incluía la segmentación del tumor realizada por un experto. A partir del proceso de segmentación de tejidos, se extrajeron y analizaron características radiómicas de los volúmenes de interés. Se busco determinar que características presentaban diferencias estadísticamente significativas entre pacientes con respuesta completa y no completa. Se construyeron modelos de aprendizaje automatizado utilizando diferentes clasificadores, incluyendo regresión logística, arboles de decisión, maquinas desoporte vectorial, clasificador bayesiano y vecinos cercanos, con el objetivo de predecir la respuesta tumoral. El desempeño de los modelos se evaluó mediante una validación cruzada con k=2 y 100 repeticiones. Al comparar la segmentación manual y semiautomática del tumor se obtuvo un valor promedio del coeficiente de Dice de 0.635 [0.402-0.857]. Se identificaron un total de 16 características con diferencias significativas, las cuales incluyeron características radiómicas, cinéticas y de subtipo molecular. Estas características no presentaron correlaciones significativas entre sí y obteniéndose un valor máximo de AUC de 0.825. Del análisis de rendimiento de los modelos multivariados, se encontró que el modelo basado en el algoritmo de Vecinos Cercanos (KNN), utilizando la combinación de características: Correlation (Lesión), Skewness (Lesión), Idmn (Lesión), Kurtosis (Peak Enhancement), Kurtosis (Wash-In-Slope) y HER2, presentó el mejor rendimiento en términos de la métrica AUC, obteniéndose un valor de 0.951 [0.890-0.994] para el entrenamiento y en la validacion interna AUC de 0.984. En la validación externa del algoritmo con un cohorte independiente de 81 pacientes, se obtuvo un valor de AUC de 0.955 en la predicción de la respuesta tumoral. Estos resultados demuestran la capacidad de generalización y reproducción del modelo en un conjunto de pacientes independiente.
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    Development and application of a dose verification tool using a small field model for TomoTherapy
    (2015) Caprile Etchart, Paola F.; Dörner Yaksic, Edgardo Andrés
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    Dosimetría cardiaca y correlación con peor sobrevida en pacientes con cáncer de mama
    (2024) Montoya Janampa, Julio Manuel; Caprile Etchart, Paola F.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
    La radioterapia (RT) es una herramienta fundamental para combatir el cáncer de mama (CM). Para el año 2020 en Chile, la mayoría de los tratamientos de CM incluyeron RT (Sung et al., 2021). Sin embargo, evidencia reciente sugiere que las altas dosis administradas al corazón y sus subestructuras están asociadas a posibles cardiopatías y pueden resultar en un exceso de mortalidad (Díaz-Gavela et al., 2021; Banfill et al., 2021). El objetivo es estudiar la correlación entre la dosis administrada a diferentes subestructuras cardíacas y la supervivencia en el tiempo, e identificar umbrales de dosis predictivos de mortalidad temprana en una cohorte local de pacientes con CM tras la RT.Se empleó un programa open source (Finnegan et al., 2017) para segmentar automáticamente el corazón, sus cavidades, los grandes vasos, sus válvulas, las arterias coronarias y los nodos de conducción en imágenes CT de planificación para 188 pacientes control y 53 pacientes fallecidas, quienes fueron tratadas con RT curativa para CM en la Red de Salud UC-Christus. Se obtuvieron la dosis media y máxima, equivalente en fracciones de 2 Gy (EQD2), y el histograma de dosis-volumen para cada subestructura y regiones cardíacas combinadas. Además, el score de calcio se estimó utilizando un método de umbralizado (Agatston et al., 1990). Se realizaron análisis de supervivencia usando el score de calcio, la información clínica y los parámetros dosimétricos de las regiones cardíacas.El análisis de regresión multivariado mostró que la dosis máxima en la región cardíaca combinada que incluye los ventrículos bilaterales (Gy), el score de calcio (CAC), la etapa del cáncer T (I/II vs III/IV) y la quimioterapia (sí vs no) fueron factores significativos asociados con la supervivencia a través del tiempo en nuestra cohorte, con hazard ratios de 1,02 (95% CI 1,00-1,03; p = 0,0195), 1,05 (95% CI 1,02-1,07; p < 0,001), 4,66 (95% CI 2,51-8,64; p < 0,001) y 2,31 (95% CI 1,08-4,93; p = 0,0309), respectivamente, mientras que la dosis media cardíaca, V5 y V30 no mostraron significancia. Además, se trazaron curvas de supervivencia Kaplan-Meier para un seguimiento de 5 años, demostrando que la cohorte que recibió una EQD2 máxima en la región combinada superior a 30 Gy mostró una supervivencia más baja (log-rank p = 0,0062).La aplicación de esta metodología en pacientes con CM valida a la dosis máxima en los ventrículos bilaterales como importante predictor de muerte prematura. Se obtuvo una EQD2 máxima de 30 Gy como límite de dosis para futuras investigaciones.Palabras clave: Cáncer de mama, Radioterapia, Cardiotoxicidad
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    Dosimetría pre-tratamiento con dispositivos electrónicos de imagen portal (EPID)
    (2022) López Espinoza, Analiz; Espinoza Bornscheuer, Ignacio Guillermo; Caprile Etchart, Paola F.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
    Una de las principales ventajas de los dispositivos electrónicos de imagen portal (EPID) es que tienen una muy buena resolución espacial (0.25 mm/píxel). Si bien su uso fue primeramente para verificación del posicionamiento del paciente antes de su sesión de radioterapia, hoy en día es un elemento importante en la verificación de las dosis de tratamiento a ser administradas al paciente. El objetivo de este trabajo fue examinar las características dosimétricas de estos dispositivos, e implementar un modelo matemático que permita obtener dosis absorbida en un plano de un fantoma homogéneo de agua sólida, a partir de imágenes de transmisión de planes pre- tratamiento. Luego de una amplia búsqueda bibliográfica, se usó como referencia el trabajo de Wendling et al (2006), al cual se le agregaron las siguientes modificaciones: una corrección por sensibilidad de píxeles de la imagen PSM, el cálculo del factor de dispersión del paciente que llega al EPID y la ecuación del kernel de dispersión en el plano del fantoma homogéneo. Los resultados de dosis absorbida obtenidos fueron satisfactorios, con un error porcentual de 1.53% como máximo en el eje central, y en la comparación de perfiles de campos cuadrados (no modulados) pasaron el criterio Gamma del 3% de dosis y 3 mm en DTA en el 100% de puntos evaluados. Sin embargo, en la verificación de planes de tratamiento los resultados no fueron satisfactorios, pero nos permitió establecer las calibraciones físicas que deben realizarse al panel para utilizarlo con fines dosimétricos, no solo la dosimetría absoluta y relativa del haz de tratamiento, además de la importancia en la configuración correcta del modo de adquisición de imágenes para emplearlas con fines dosimétricos. Ya que los resultados para campos cuadrados tuvieron resultados aceptables, podemos sugerir que este modelo sirve para realizar controles de calidad diarios del linac donde, se emplean campos estáticos no modulados, con cierta UM y tasa de dosis fija.
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    EFFECTS OF HEATING RATE AND DOSE ON TRAPPING PARAMETERS OF TLD-100 CRYSTALS
    (2013) Caprile Etchart, Paola F.; Sánchez Nieto, Beatriz; Pino Verdugo, Alejandro Matías.; Delgado Viteri, Juan Fernando.
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    Evaluación dosimétrica de tratamientos con Leksell gamma knife en presencia de inhomogeneidades
    (2018) Elgueda Farías, Susan Pamela; Caprile Etchart, Paola F.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
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    Implementación de un sistema de dosimetría alanina/resonancia paramagnética electrónica para aplicaciones en radioterapia
    (2023) Rodríguez Valencia, Hernán Manuel; Caprile Etchart, Paola F.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
    La dosimetría por Espectrometría Paramagnética Electrónica (EPR) se basa en la cuantificación de radicales formados en una muestra de alanina tras exposición a radiaciones ionizantes. Este trabajo pretende la caracterización e implementación de un protocolo de alanina/EPR aplicable en radioterapia (RT) con haces de fotones (dosis de 5 a 20 Gy) para aseguramiento de la calidad (QA) de la entrega de dosis en tratamientos clínicos y con posibles aplicaciones en auditorías dosimétricas postales.El trabajo se enfoca en optimizar los parámetros operacionales del espectrómetro EPR, crear una curva de calibración de dosímetros irradiados en una unidad de Co-60 en un rango de dosis absorbida en agua de 5 Gy a 20 Gy, validar esta curva en un haz de fotones de 6 MV y evaluar la respuesta energética en rangos de MV y kV. La estimación de incertidumbre del sistema de dosimetría alanina/EPR en RT también es un componente importante de este trabajo.Uno de los resultados principales, fue la validación del sistema de medición alanina/EPR en RT, mediante comparación con las dosis medidas con cámara de ionización o valores reportados del planificador, determinando una máxima incertidumbre de 2.4% (k=1) para dosis de 5 Gy y una incertidumbre mínima de 1.10% (k=1) para dosis de 15 Gy. Esta incertidumbre, menor al 3%, permitiría su uso en QA de tratamientos de RT, así como en programas de auditoría postal.
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    Implementación de una herramienta de verificación de tratamiento de radioterapia basado en EPID y simulaciones Monte Carlo
    (2022) Lenis Gil, Bladimir; Caprile Etchart, Paola F.; Dörner Yaksic, Edgardo Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
    Se implementó una herramienta de verificación de tratamiento de radioterapia, por medio de una interfaz gráfica de usuario, que toma imágenes portales, realiza correcciones por diferentes efectos, convierte a fluencia de energía y codifica la información de las partículas en un archivo binario en formato EGSnrc. El archivo sirve como entrada a la rutina de Monte Carlo DOSXYZnrc para realizar la reconstrucción de dosis de planes IMRT sobre fantomas de CT y posteriormente realizar la verificación por evaluación gamma.
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    Predicción semiautomatizada de respuesta a quimioterapia neoadyuvante en pacientes con cáncer de mama: protocolo de segmentación y modelo radiómico-clínico con imágenes de resonancia magnética
    (2023) Ramírez Bunster, María Belén; Caprile Etchart, Paola F.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
    Anticipar el resultado de la respuesta tumoral a quimioterapia neoadyuvante podría implicar cambios en la planificación del tratamiento para conducir a mejores resultados clínicos y cambios en la calidad de vida del paciente.En este trabajo se desarrolló un código computacional en lenguaje Python para construir modelos de predicción de la respuesta patológica del tumor (pCR / no-pCR) en base a información clínica y radiómica extraída de imágenes MRI de 59 pacientes con cáncer de mama sometidas a NACT. Específicamente, se utilizaron las secuencias de imágenes T1w y DCE, elaborando un protocolo de segmentación semiautomatizado del tumor y del parénquima de la mama lesionada para el posterior análisis y selección de atributos (features).Se construyeron modelos uni- y multi-variados basados en Machine Learning utilizando distintos algoritmos supervisados de clasificación y, mediante la técnica de validación cruzada k-fold estratificada con repetición con k=3 y n=500 repeticiones, se evaluaron las métricas AUC y Accuracy para analizar el rendimiento de éstos como predictores de pCR del tumor a la terapia neoadyuvante en la cohorte de pacientes con cáncer de mama.
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