Radiochromic film dosimetry for monitoring preclinical FLASH protontherapy experiments

Abstract

In this work FLASH radiotherapy has been studied in a theoretical and experimental way. First, this work is based on a bibliographic research of the current state of the art. Secondly, the study is particularized on FLASH protontherapy. In this second part of the work, I conducted the dosimetry of a preclinical experiment made by the Group of Nuclear Physics (GFN) of Universidad Complutense de Madrid (UCM). In this experiment different samples were exposed to 3-MeV protons delivered with FLASH and conventional irradiation rates. The dosimetry of the experiment was performed with radiochromic (RC) films. This process required a prior calibration of the RC film to allow measurement of absolute dose during the experiment. The experiment also included characterization of the beam lateral spread. Furthermore, we conducted a theoretical study of the RC film dose response as a function of the linear energy transfer of protons, concluding that RC films show a dose under response in the proximity of Bragg peak (quenching effect). This theoretical study was verified with the measured beam profiles and a Monte Carlo simulation using TOPAS.

En este trabajo se ha realizado un estudio de la radioterapia FLASH tanto de forma teórica como de manera experimental. En primer lugar, el trabajo se centra en un estudio bibliográfico del estado del arte de la radioterapia FLASH. En segundo lugar, particularizando para protonterapia FLASH, se ha llevado a cabo la dosimetría de un experimento preclínico realizado por el Grupo de Física Nuclear (GFN) de la Universidad Complutense de Madrid (UCM). En este experimento distintas muestras fueron expuestas a protones de 3 MeV mediante irradiación FLASH y convencional. La dosimetría de dicho experimento, realizada en este trabajo, se lleva a cabo empleando películas radiocrómicas. En el proceso de dosimetría se ha realizado una calibración de las películas radiocrómicas que permite la posterior obtención de la dosis impartida a las distintas muestras del experimento. Además, las radiocrómicas también se han empleado para realizar medidas del perfil del haz. A su vez, se ha llevado a cabo un estudio teórico de la respuesta de las radiocrómicas en función del LET (transferencia lineal de energía) de los protones, concluyendo que estas realizan una subestimación de la dosis en las proximidades del pico de Bragg debido al efecto de quenching, Este estudio teórico se ha comprobado mediante los resultados experimentales obtenidos de las medidas de perfiles del haz y una simulación de Monte Carlo realizada con TOPAS.