Detección y localización acústica del pico de Bragg para monitorización en hadronterapia

[ES] En la última década, la terapia con haces de partículas pesadas (hadrones) ha sido una de las líneas de investigación con mayores estudios y avances en medicina nuclear. El número de centros de terapia con haces de partículas pesadas y los resultados en tratamiento especializado en tumores en la infancia cuando la cirugía no es el método más seguro, revelan una mejora sustancial frente a la radiación clásica con electrones y fotones. Así, el uso de protones como uno de los principales candidatos en hadronterapia, plantea retos importantes en la monitorización y localización de la deposición de energía durante la sesión de radiación en el paciente, pues implica procesos complejos de simulación y localización de las partículas al final de su recorrido. El objetivo de esta tesis es, por tanto, evaluar el conjunto de herramientas necesarias para estudiar los procesos de generación del haz, de su comportamiento en el medio, y la localización de este por medio de tecnologías basadas en métodos analíticos, numéricos y experimentales sobre el efecto termoacústico. Para ello se plantean cuatro capítulos que describen cada uno de los métodos que intervienen en el objetivo de localización y un capítulo final que resume un caso específico en la detección y localización del pico de Bragg. El capítulo I presenta un análisis del estado del arte sobre las estadísticas mundiales de la enfermedad del cáncer, de su implicación en la sociedad, de los métodos actuales de diagnóstico, tratamiento y monitorización que desvelan la necesidad de estudiar nuevas técnicas en terapia de hadrones. Se presenta, además, la hadronterapia desde un punto de vista tecnológico, donde se definen los sistemas de generación, emisión y posicionamiento del haz. El capítulo II enmarca los aspectos físicos que describen los procesos que dan lugar al modelo analítico del pico de Bragg, de su implicación en los modelos termoacústicos y una comparativa de resultados experimentales con simulaciones basadas e
[CA] En les últimes dècades, la teràpia amb feixos de partícules pesades (hadrones) ha sigut una de les línies d'investigació amb majors estudis i avanços en medicina nuclear. El número de centres de teràpia amb feixos de partícules pesades i els resultats en tractament especialitzat en tumors infantils quan la cirurgia no és el mètode mes segur, revelen una majoria substancial front a la radiació clàssica amb electrons i fotons. L'ús de protons com un dels principals candidats en hadronterapia, planteja reptes importants en la monitorització i localització de la deposició d' energia durant la sessió de radiació en el pacient, ja que implica processo complexos de simulació i localització de deposició de les partícules al final del seu recorregut. L'objectiu d'aquesta tesi és avaluar el conjunt de ferramentes necessàries per a estudiar els processos de generació del feix, del seu comportament al medi i la localització d'aquest mitjançant tecnologies basades en mètodes analítics, numèrics i experimentals sobre l'efecte termoacustic. Per això, es plantejant quatre capítols que descriuen cadascun dels mètodes que intervenen en l'objectiu de localització i un capítol final que resumeix un cas específic en la detecció i localització del pic de Bragg. A capítol I es presenta un anàlisi de l'estat de 'art sobre les estadístiques mundials d'infermetat del càncer, de la seua implicació en la societat, dels mètodes actuals de diagnòstic, tractament i monitorització que mostren la necessitat d'estudiar noves tècniques en teràpia d'hadrons. A més, es presenta l'adronterapia des d'un punt de vista tecnològic, on es defineixen els sistemes de generació, emissió i posicionament del feix. El capítol II emmarca els aspectes físics que descriuen els processos que duen al model analític del pic de Bragg, de la seua implicació en els models termoacústic i iuan comparativa de resultats experimentals amb simulacions basades en la desratització del model analític i models Monte Carlo. Així
[EN] In the last decade, heavy particle beam therapy (hadrons) has been one of the main lines of research with the most studies and advances in nuclear medicine. The number of heavy particle beam therapy centres and the results of specialized treatment for childhood tumours when surgery is not the safest method, reveal a substantial improvement over classical radiation with electrons and photos. Thus, the use of protons as one of the main candidates in hadrontherapy, poses significant challenges in monitoring and locating energy deposition during the radiation session in the patient, as it involves complex simulation processes and the localization of the particles at the end of their way. The aim of this thesis is, to evaluate the set of tools necessary to study the bem generation processes, their behaviour in the medium, and its localization by means of analytical, numerical and experimental methods on the thermoacoustic effect. To do this, four chapters are presented. Each one of these, describes methods involved in the localization objective and a final chapter that summarized a specific case in the detection and localization od the Bragg Peak. Chapter I presents a state-of-the-art analysis of global cancer disease statistics, their involvement in society, current diagnostic, treatment and monitoring methods that reveal the need to study new technologies in hadrontherapy. It is presented from a technology point of view, where the beam generation, emission and positioning system are defined. Chapter II frames the physical aspects that describe the processes that give rise to the analytical model of the Bragg Peak, its involvements in thermoacoustic models and a comparison of experimental results with simulations based on the discretization of the analytical model and Monte Carlo models. Thus, Chapter III defines the piezoelectric effect and its implication in the optimization of piezoelectric ceramics. For this, this thesis bases the results on the behaviour of th