Los dosímetros de gel se fabrican a partir de sustancias químicas sensibles a la radiación que, al ser irradiadas con radiación ionizante, experimentan un cambio fundamental en sus propiedades en función de la dosis de radiación absorbida.
Durante muchos años, las personas se han esforzado por medir las distribuciones de dosis de radiación absorbida utilizando geles. Ya en 1950, el cambio de color inducido por la radiación en los tintes se utilizó para investigar las dosis de radiación en los geles. [1] Además, en 1957 se investigaron las dosis de profundidad de fotones y electrones en geles de agar mediante espectrofotometría. [2] Sin embargo, la dosimetría de gel actual se basa principalmente en el trabajo de Gore et al, quienes en 1984 [3] demostraron que los cambios debidos a la radiación ionizante en las soluciones de dosimetría de Fricke, [4] desarrolladas en la década de 1920, podían medirse utilizando materiales magnéticos nucleares. resonancia ( RMN ).
Los dosímetros de gel generalmente constan de dos tipos; Los dosímetros de gel de polímero y fricción se evalúan o "leen" generalmente mediante resonancia magnética ( MRI ), tomografía computarizada (TC) óptica, TC de rayos X o ecografía .
Desde 1999, la serie de conferencias DosGel e IC3DDose sobre dosimetría en gel se ha celebrado en varios lugares internacionales.
Dosímetros de gel de fricción
Gore et al investigaron [5] las propiedades de relajación por resonancia magnética nuclear (RMN) de las soluciones de dosimetría de sulfato ferroso o Fricke irradiadas [6] mostrando que los cambios inducidos por la radiación, en los que los iones ferrosos (Fe 2+ ) se convierten en férricos (Fe 3) + ) iones, podrían cuantificarse usando mediciones de relajación de RMN. En 1986, Appleby et al [7] informaron que las soluciones de dosimetría de Fricke dispersas en una matriz de gel podrían usarse para obtener información de dosis espacial tridimensional (3D) usando imágenes de resonancia magnética (MRI). Posteriormente se demostró que los dosímetros de gel de tipo Fricke irradiados no retuvieron una distribución de dosis espacialmente estable debido a la difusión de iones dentro de los dosímetros irradiados. [8] Se investigaron las soluciones Fricke con varios agentes gelificantes como gelatina, agarosa, sephadex y alcohol polivinílico (PVA) junto con agentes quelantes como el xilenol naranja (XO) para reducir la difusión. Posteriormente, numerosos autores publicaron los resultados de su trabajo para inhibir la difusión de iones con un éxito limitado y que fueron resumidos por Baldock et al en 2001. [9] A principios de la década de 1990, el problema de la difusión se consideraba importante en el avance de la dosimetría en gel. .
Dosímetros de gel de polímero
Los sistemas de polímeros para el uso de la dosimetría de radiación se propusieron por primera vez en 1954, donde Alexander et al [10] discutieron los efectos de la radiación ionizante sobre el polimetilmetacrilato. Después de esto, Hoecker et al [11] en 1958 investigaron la dosimetría de la polimerización inducida por radiación en líquidos, y en 1961 Boni [12] utilizó poliacrilamida como dosímetro gamma. Mucho más tarde, en 1991, Audet et al [13] informaron cambios en las mediciones de relajación transversal por RMN del óxido de polietileno irradiado. En 1992, Kennan et al [14] informaron sobre estudios de relajación longitudinal de RMN realizados en una solución acuosa irradiada de N, N'-metilen-bis-acrilamida y agarosa, que mostraron que las tasas de relajación aumentaban con la dosis absorbida.
En 1992, Maryanski et al , [15] propusieron una nueva formulación de dosimetría en gel basada en la polimerización de monómeros de acrilamida y N, N'-metilen-bis-acrilamida (bis) infundidos en una matriz acuosa de agarosa. Este sistema recibió el acrónimo BANANA debido al uso de los componentes químicos (bis, acrilamida, óxido nitroso y agarosa). [16] Este tipo de dosímetro de gel no tenía el problema de difusión asociado de los geles de Fricke y se demostró que tiene una distribución de dosis posterior a la irradiación relativamente estable. La reacción de polimerización se produjo por reticulación de los monómeros inducida por los productos de radicales libres de la radiólisis del agua. En 1994 se refinó la formulación de BANANA [17] reemplazando la agarosa con gelatina y se le dio el acrónimo BANG (bis, acrilamida, nitrógeno y gelatina acuosa), la primera de una serie de nuevas formulaciones de gel de polímero. En 1994, esta formulación fue patentada [18] y estuvo disponible comercialmente a través de MGS Research Inc. como BANG® . Posteriormente, debido al nombre del producto comercial, PAG [19] se convirtió en el acrónimo de dosímetro de gel de polímero de elección para la mayoría de los autores. Posteriormente, numerosos autores publicaron resultados de trabajos de investigación de diferentes composiciones y formulaciones de dosímetros de gel de polímero que fueron resumidos por Lepage et al . [20]
Aunque los dosímetros de tipo polímero no tenían las limitaciones de difusión de los dosímetros de gel de tipo Fricke, existía otra limitación significativa en su uso. Debido a la naturaleza de su química de radicales libres, los dosímetros de gel de polímero eran susceptibles a la inhibición del oxígeno atmosférico de los procesos de polimerización. Como resultado, estos dosímetros de gel tuvieron que fabricarse en un ambiente libre de oxígeno, [21] [22] como en una caja de guantes bombeada con gas nitrógeno. Junto con el uso de sustancias químicas potencialmente tóxicas, [23] esta fue una limitación significativa en la introducción de la dosimetría en gel en la clínica.
Durante este período se llevaron a cabo varios estudios para investigar las aplicaciones clínicas de los dosímetros de gel de polímero de tipo PAG radiológico equivalente [24] [25] [26] mediante resonancia magnética. [27] [28] [29] [30] [31] De Deene et al [32] llevaron a cabo una investigación sobre la precisión general de un maniquí de dosimetría de gel de polímero antropomórfico para la verificación de tratamientos de radioterapia conformada. Se estableció que los problemas importantes relacionados con la precisión de esta técnica de dosimetría eran el resultado de la inhibición del oxígeno en el gel de polímero y los artefactos de imágenes de resonancia magnética.
Los autores continuaron investigando los aspectos clínicos de la dosimetría en gel de polímero mediante resonancia magnética, incluida la terapia conformal, IMRT e IMAT, [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] radiocirugía estereotáctica, [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] braquiterapia, [48] [49] rayos X de baja energía, [50] terapia de protones y LET alta, [51] [52] [53 ] [54] terapia de neutrones de captura de boro [55] [56] y falta de homogeneidad de los tejidos. [57] [58]
Dosímetros de gel de polímero normóxico
Un desarrollo significativo en el campo de la dosimetría en gel se produjo cuando Fong et al publicaron los resultados del uso de una formulación alternativa de dosímetro de gel de polímero en 2001. [59] Este nuevo tipo de dosímetro de gel de polímero, conocido como gel MAGIC, unió oxígeno atmosférico en un complejo metaloorgánico eliminando así el problema de la inhibición del oxígeno y permitiendo la fabricación de geles poliméricos en el laboratorio. Esto creó lo que se iba a conocer como dosímetro de gel normóxico, en comparación con la formulación anterior de PAG que posteriormente se conoció como dosímetro de gel hipóxico. La formulación de gel de polímero MAGIC consistía en ácido metacrílico, ácido ascórbico, gelatina y cobre. El principal detrás del gel MAGIC está en el eliminador de oxígeno del ácido ascórbico. El ácido ascórbico une el oxígeno libre contenido dentro de la matriz de gelatina acuosa en complejos metaloorgánicos y este proceso se inicia con sulfato de cobre. Posteriormente, De Deene et al demostraron en 2002 que se podían utilizar otros antioxidantes en la fabricación de geles normóxicos [60], incluido el cloruro de tetrakis (hidroximetil) fosfonio, que Billingham sugirió por primera vez a Baldock en 1996. [61] Numerosos autores Posteriormente publicó los resultados del trabajo que investigaba diferentes composiciones y formulaciones de dosímetros de gel de polímero normóxico y fueron resumidos por Senden. [62] Otro trabajo también ha incluido el desarrollo de geles poliméricos menos tóxicos. [63]
La ciencia fundamental que sustenta la dosimetría de gel de polímero se revisó junto con las diversas técnicas de "lectura" y evaluación y aplicaciones de dosimetría clínica en la publicación de 2010 Topical Review de Baldock et al . [64]
Serie de conferencias DosGel e IC3DDose
En junio de 1995, mientras asistían a la reunión anual de la Asociación Estadounidense de Físicos en Medicina (AAPM) en Boston, EE. UU., Clive Baldock y L. John Schreiner discutieron la conveniencia de organizar algún tipo de reunión o taller de especialistas sobre dosimetría en gel. En septiembre de 1996, Clive Baldock y Lars Olsson, mientras asistían a la reunión anual de la Sociedad Europea de Radioterapia y Oncología (ESTRO) en Viena, Austria iniciaron la organización de la serie de conferencias internacionales sobre dosimetría en gel que comenzó como DosGel 99 , el primer taller internacional sobre radiación. Dosimetría en gel de terapia celebrada en Lexington, Kentucky en 1999 y organizada por Geoff Ibbott. Desde 1999, las siguientes conferencias de DosGel se llevaron a cabo en Brisbane, Australia (2001), Gante, Bélgica (2004) , Sherbrooke, Canadá (2006) y Creta, Grecia (2008) . En 2010, la conferencia se llevó a cabo en Hilton Head, Carolina del Sur, EE. UU. Y se cambió de nombre a IC3DDose . Las conferencias IC3DDose posteriores se llevaron a cabo en Sydney, Australia (2012) , Ystad, Suecia (2014) , Galveston, Texas, EE. UU. (2016) y Kushan, China (2018).
El primer taller tuvo como objetivo reunir a personas, tanto investigadores como usuarios, interesados en la aplicación de técnicas de dosimetría de radiación tridimensional en el tratamiento del cáncer , con una combinación de presentaciones desde la ciencia básica hasta las aplicaciones clínicas. Este ha sido un objetivo para todas las conferencias. Se afirmó que una de las razones de DosGel 99 apoyaba la creciente implementación clínica de la dosimetría en gel, ya que la técnica parecía, en ese momento, dejar los laboratorios de los entusiastas de la dosimetría en gel y entrar en la práctica clínica. Claramente, al etiquetar el primer taller como el primero, hubo una visión de una serie continua, que se ha cumplido. Por otro lado, la expectativa de un uso clínico generalizado de la dosimetría en gel quizás no ha sido lo que se esperaba y anticipaba. No obstante, la demanda en rápido aumento de tecnologías y técnicas de radioterapia 3D de alta precisión ha continuado a buen ritmo. La necesidad de métodos de dosimetría 3D prácticos y precisos para el desarrollo y la garantía de calidad no ha hecho más que aumentar. En la sexta reunión, celebrada en Carolina del Sur en 2010, el Comité Científico de la Conferencia reconoció los desarrollos más amplios en los sistemas y métodos 3D y decidió ampliar el alcance, manteniendo el mismo rango desde la ciencia básica hasta las aplicaciones. Esto fue señalado por un cambio de nombre de DosGel a IC3DDose , un nombre que ha continuado hasta la última conferencia, la décima conferencia IC3DDose , celebrada en septiembre de 2018, Kunshan, China.
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