Electrones zombis

zombi.

(Voz, de or. africano occid.).

  1. com. Persona que se supone muerta y que ha sido reanimada por arte de brujería, con el fin de dominar su voluntad.
  2. adj. Atontado, que se comporta como un autómata.

EleKZ1-1

Aprovechando que este pasado fin de semana fue la fiesta de Halloween (a la que por cierto no puedo dejar de tener simpatías pues tengo muy buenos recuerdos de mi hija disfrutando, recorriendo el pueblo donde vivíamos disfrazada con sus amigas y otros niños) voy a contaros una historia de miedo.

Hace muuuuuchos años en erreteland, el país de la radioterapia, convivían amistosamente dos especies, los fotones y los electrones. Los primeros, más adaptables, más versátiles y más ordenados, eran por estas razones más abundantes y ocupaban prácticamente todos los hábitats. Pero eso no impedía a la especie minoritaria de los electrones aprovechar sus oportunidades y ocupar su limitado y exclusivo nicho biológico donde medraban o al menos resistían el paso del tiempo. Pero un buen día apareció en aquellas tierras un brujo que consiguió, con sus Magias, aqueLarres y heChizos que los fotones pudieran adaptarse incluso a habitar aquellas inhóspitas tierras de los electrones que hasta entonces les habían estado vedadas. Así fueron poco a poco desplazándolos y aquella renovada presión llevó a los electrones a la práctica extinción. Los pocos que sobrevivieron andaban perdidos, arrastrando sus viejas vestimentas, silenciosos y huidizos, evitando el contacto con todos los habitantes de ese mundo y con el paso de los años el imaginario popular terminó creando la leyenda de que aquellas apariciones no eran sino fantasmas que se negaban a abandonar este mundo. Y llegó el día en que ellos mismos terminaron creyéndose tan solo fantasmas.

Pero lo cierto es que hoy, nuevos brujos pretenden, con similares artes, convertir aquellos fantasmas, que no eran tales, en algo parecido a un ejército zombi dispuesto a recuperar aquellas tierras que pertenecieron a sus ancestros o, incluso, parte de aquellas otras tradicionalmente ocupadas por fotones. Y en esas andamos.

Bueno, no sé si quedó bien como historia de terror. Tiene, a mi gusto, el toque de esas historias cortas que gustábamos contar alrededor de una hoguera o una cuerva, en las noches de verano de nuestra mocedad. Valga al menos de homenaje a aquellos buenos ratos y a aquellos amigos.

Pero lo cierto es que contada en términos técnicos, no mágicos, la historia podría dar un poco de miedo, o al menos un ligero repelús. Concretaré, sin extenderme demasiado, pues quiero mejor dejar el asunto para debatirlo a través de comentarios con todos los que os animéis.

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Los haces de electrones han sido herramienta tradicional de la radioterapia. En muchos libros de texto de la especialidad, incluso los más recientes, se refiere que en torno al 20% de las fracciones de tratamiento administradas lo son de haces de electrones. Pero cualquiera que se dedique a esto sabe que esa cifra no es sino un recuerdo de un tiempo pasado y que, hoy día y desde hace ya muchos años, los electrones no suponen en término medio más de un 5% y en muchos servicios de radioterapia su uso estaría mejor definido con el término esporádico, al menos en nuestro entorno geográfico inmediato. Si preguntas a alguien la razón cada cual cargará las tintas en uno u otro detalle indeseable, pero para mi la respuesta cabe en una sola palabra: dispersión. Los electrones, como partículas cargadas, interaccionan mucho con los medios materiales mediante un gran número de interacciones. Sin entrar en detalles podemos decir que en cada una de estas interacciones el electrón pierde una pequeña, pero no despreciable, parte de su energía y cambia su dirección de movimiento (dado que su masa es pequeña en cada colisión puede salir “rebotado” en diferentes direcciones). El resultado de todo ello es que el haz de electrones, que inicialmente se encontraba formado por electrones que viajaban juntos, a igual velocidad y con la misma dirección de movimiento, comienza, al interaccionar con un medio (incluido el aire), a transformarse en un haz bien diferente, en el que cada electrón tendrá una energía diferente y una dirección de movimiento diferente. Eso es lo que llamamos dispersión del haz. Puedes imaginar, si ya es complicado hacer cálculos de dosis en un paciente con un haz en el que el orden inicial se respeta en buen grado (como ocurre con los fotones) lo complicado que será gestionar el transporte de dosis con estos “puñeteros electrones” moviéndose en casi cualquier dirección y con un espectro de energías tan cambiante. Ese comportamiento hace que la dosis depositada por los haces de electrones tenga una fuerte dependencia con los dispositivos de colimación y con las particularidades anatómicas del paciente irradiado. Además, dificulta su transporte hasta el paciente, pues el aire que encuentran en su camino es suficiente para desviarlos de su trayectoria, por lo que se hace necesario el uso de complejos sistemas de colimación, poco prácticos y versátiles, que llamamos aplicadores.

El asunto del cálculo de la dosis depositada en los medios heterogéneos, como es la anatomía humana, fue un importante impedimento para el uso generalizado de los haces de electrones pues los modelos de cálculo convencionales, semiempíricos y basados en el uso de tablas, funcionan mal. Pero en el año 1984 Hogstrom y sus colaboradores propusieron el algoritmo de haz pincel. El algoritmo resuelve la problemática de ese “caos” introducido por la dispersión haciendo uso de ciertas propiedades estadísticas que esa dispersión tiene y que eran conocidas desde hacía muchos años, aunque no habían sido aplicadas hasta entonces y no lo fueron aun por unos años, pues para ello había que disponer en los hospitales de ordenadores capaces de realizar los cálculos necesarios. Pero aquel algoritmo y sus posteriores variantes supusieron, para la terapia con haces de electrones, una revolución… fallida. A pesar de que esos nuevos métodos de cálculo rebajaban las incertidumbres de esos tratamientos a valores compatibles con los existentes en el caso de fotones, esto no se tradujo en un mayor ni mejor uso. Incluso hoy, que disponemos de planificadores basados en simulación Monte Carlo, que reproducen con total fidelidad la distribución de dosis en el paciente, el uso de estos haces no hace sino reducirse cada día más.

Y es que las dificultades de tipo práctico relacionadas con la conformación del haz o su adaptación a las particularidades anatómicas apenas han sido solventadas en todos estos años, y solo en ciertas prácticas muy particulares, donde es posible resolver estas dificultades razonablemente (radioterapia intraoperatoria) o en las que su relevancia en la calidad del tratamiento no es tan crítica (irradiación total de piel), su uso ha vivido un auge reciente o al menos se ha continuado sin apenas merma.

El brujo Hogstrom, y otros, siguen empeñados en despertar a ese ejército de zombis. Han ideado nuevas magias, por ejemplo un colimador multilámina controlado por ordenador similar al MLC de la terapia con fotones, y otros hechizos con los que recuperar las tierras de los antepasados. Y ahí siguen, cantando sus canciones ancestrales, pero con nuevos instrumentos, saltando y danzando alrededor de sus hogueras, esperando que sus hechizos den a esos electrones una vida nueva para, esta vez sí, dominar su dispersa voluntad en nuestro propio beneficio. Esperemos que se trate de zombis realmente terribles, capaces de hacer cuanto se les ordene, zombis ágiles, astutos, como los de Walking Dead, guerra mundial Z o Yo soy leyenda, y no de esos zombis que marchan con los brazos estirados, incapaces de lograr el menos exigente de los objetivos, lentos, torpes, patéticos zombis de serie B.

CODA TÉCNICA:

Entre los hechizos utilizados en estos vudús podemos destacar:
  • planificación Monte Carlo que reproduce con gran realismo las distribuciones de dosis en situaciones clínicas
  • el uso de cabezales de acelerador sellados y al vacío (o llenados con helio) para reducir la dispersión del haz en su camino hasta el paciente
  • el uso de globos de helio para interponerlos entre el cabezal y el paciente para reducir la dispersión fuera del cabezal
  • el uso de MLC diseñados específicamente para uso de electrones, que se sitúan en proximidad a la superficie del paciente
  • modulación de energía que permite seleccionar la composición más adecuada de energías para realizar un tratamiento dado, sin la limitación de un número discreto de selecciones (la combinación de MLC y modulación de energía permitiría realizar una modulación de intensidad tridimensional, seleccionando para cada región del haz de tratamiento la energía e intensidad óptimas para lograr el objetivo terapéutico)
  • sustituir el MLC por un haz barrido que permitiera una modulación dinámica, más rápida y versátil, si bien este es un objetivo que está lejos con la tecnología actual.

Agradecimiento: A Carlos Pino por “poner cara” con sus ilustraciones a estos electrones zombis

Referencias:

http://medicalphysicsweb.org/cws/article/opinion/53380

http://iopscience.iop.org/0031-9155/51/13/R25

http://amos3.aapm.org/abstracts/pdf/68-19700-237350-85416.pdf

http://www.jacmp.org/index.php/jacmp/article/download/4506/pdf_19

15 Respuestas a “Electrones zombis

  1. Qué tienen en común los electrones usados en EBRT y los SPC sin correcciones por heterogeneidades de BT? Que debido a la poca casuística y por simplicidad , no vale la pena complicarse. Aunque debo decir que tener un cálculo verz es importante, seguro que los radiofísicos retocaríamos las dosimetrías, que de otra forma las daríamos por válidas.

  2. Pues sí Xavi, eso creíamos, que sería cuestión de tener un cálculo veraz, pero creo que hoy es evidente que eso no era suficiente. Necesitamos alguna brujería nueva. El debate que pretendía incitar es si creéis que hay realmente lugar para unos electrones “astutos”, o si ya no merece la pena realizar ese esfuerzo.

  3. Muy buena la historia de Halloween, aunque a mí no me parece que los tratamientos con electrones estén tan muertos, simplemente un poco “pasados de moda”.

    Nosotros (y creo que todavía bastante gente) los usamos con frecuencia para tumores superficiales y para el boost de mama cuando no es muy profundo. Es verdad que si tuviéramos braquiterapia los usaríamos mucho menos, pero el cálculo de dosis que hacen los planificadores comerciales para braquiterapia tampoco es mucho mejor, y creo que si los electrones tienden a abandonarse es sobre todo por otras razones de índole práctica.

    Pero nunca se sabe por dónde van a discurrir las cosas: hace no mucho la arcoterapia era una técnica prácticamente abandonada (salvo para radiocirugía) y ahora casi nadie se plantearía comprar un nuevo acelerador sin “arcoterapia volumétrica”. También parecía que la radioterapia superficial con rayos X era algo casi extinto cuando hace unos años aparecieron nuevos equipos en el mercado, y ahora una de las grandes empresas del sector vende un equipo para tratar cáncer de piel que publicita como braquiterapia electrónica pero que en realidad es casi lo mismo.

    En cuanto a los aceleradores con haces barridos que mencionas como una de las “brujerías” propuestas para revivir los electrones, ya hubo precedentes hace tiempo pero tenía entendido que dejaron de fabricarse a raíz del accidente que ocurrió en nuestro país en 1990. Parece que en ese caso el hecho de que los haces de electrones fueran barridos (en vez de usar láminas dispersoras para ensanchar el haz) contribuyó a que el desajuste de la energía tuviera consecuencias más graves, y es que a veces las soluciones sofisticadas y muy buenas sobre el papel no son las más “a prueba de fallos”.

    En el congreso de la ESTRO del año pasado hubo un debate sobre los electrones, aquí hay un resumen interesante: http://medicalphysicsweb.org/cws/article/opinion/53380

  4. Gracias por participar Pedro. Y gracias por el link ¡aunque ya estaba incluido en la lista de links del post! :-)

    Bueno, sin duda he exagerado, y lo he hecho a conciencia, para excitar los ánimos (en el buen sentido, que no tengo edad para otras cosas). Como dices, de eso se trata… ¿veremos otro “renacer” con los electrones? ¿alguien puede cerrar esa posibilidad definitivamente?…

    Los aceleradores de haz barrido existieron, en efecto, y la ventaja buscada y lograda era la de buscar una degradación mínima del haz (nadie pretendía entonces modular el haz), pero no dejaron de usarse a raíz del accidente, pues ya para esas fechas era una tecnología en desuso, sino por los problemas técnicos que implicaba (es mucho más difícil asegurar la planitud y estabilidad de un haz así que la del haz dispersado por una lámina “pasiva”), ¡y la medida!, pues los efectos de recombinación de iones en las cámaras son más intensos (dado que cada pulso de corriente queda limitado en el espacio. Es cierto que en el accidente el hecho de que el barrido no se realizara con una intensidad de campo magnético adecuada agudizó el problema, pero si lo piensas esto hubiera pasado también con un haz de hoja dispersora. La hoja seleccionada para baja energía, por ejemplo 6 MeV, es muy delgada (en algunos aceleradores, inexistente), si en esa situación lanzamos un haz de alta energía, ese haz apenas sufrirá dispersión y concentrará la dosis que se debía repartir en un campo extenso, en una zona mucho más reducida, exactamente igual que en el caso de haz barrido. Creo no equivocarme en esa apreciación.

  5. Vaya! no había visto que ya habías puesto el mismo enlace XD
    Gracias por tus siempre sabias explicaciones, ¿crees, entonces, que los aceleradores con haz barrido de los 80 eran demasiado “adelantados a su tiempo”?

    Supongo que todo lo que se hace con electrones se puede hacer igual o mejor con braquiterapia o radioterapia superficial o IMRT/VMAT o similar… pero lo siento, yo lo que sigo sin ver es lo de tratar las lesiones pequeñas de piel con fotones de alta energía de un acelerador lineal y un bolus grueso o de alta densidad: por mucho bolus que pongamos, al final siempre se va a irradiar mucho tejido que no necesita ser irradiado.

    • Olvidé comentar antes que años después de que aquellos cayeran en desuso, los suecos (no diré marcas) seguían apostando por estos “hechizos” y fabricaban aceleradores (microtrones) de haz barrido, con cabezales sellados rellenos de helio, capaces de dar terapia de electrones empleando el mismo MLC que se empleaba en fotones. Ese concepto, concretado en el MM50 no llegó a imponerse en el mercado pero no deja de ser interesante (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7565367)

      Desde luego la disponibilidad actual de técnicas es muy grande y existen alternativas. Solo planteo si los electrones no deberían seguir siendo una de ellas, o que debemos hacer para que sigan siéndolo.

      Aquí otra referencia interesante
      http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:143583/FULLTEXT01.pdf

  6. electrones zombis…anda que!!!
    bueno. como medico: los linfomas cutaneos primarios no son enfermedades dermatologicas frecuentes, aunque tampoco representan una rareza. Su incidencia anual se estima en 1/100.000. Entre los tratamientos (muy variados) se encuentra la radioterapia.
    en mi practica asistencial cotidiana los veo con cierta frecuencia y los electrones son usados para ellos.
    Los canceres de piel no melanoma también continúan tratandose con radioterapia ‘radical’ o complementaria a cirugía incompleta. otras patologias ‘benignas’ como keloides también tienen buenos resultados. Para estos ultimos me falta el cacharro de 50 KV que al servicio que lo tenia le hacia un ‘gran apaño’.

    A mi si me conviene seguir teniendo electrones sean zombis o venidos de Andrómeda como aquella amenaza.

    ah!, buena historieta!!

    • jaja, ¿no te gustó la forma de presentar el asunto?… de saberlo habría titulado, “El Dr. Wals y el ataque de los zombi-electrones”

      Yo tuve hace muchos años uno de esos cacharros de 50 kV que calibrábamos periódicamente (de hecho lo calibrábamos más veces que las que lo utilizabamos, aunque sí que se usaba).

      La cuestión es, conociendo como conoces las nuevas técnicas de IMRT ¿hay en tu opinión futuro para los electrones? ¿merece la pena la complicación técnica necesaria? (cada energía implica añadir complejidad a todo el proceso de generación del haz, su propio conjunto de parámetros y tolerancias, su dosimetría, sus controles periódicos, y encarece el acelerador)

  7. Pero en algunos casos las técnicas de IMRT no pueden sustituir a los electrones! O al menos no son una sustitución óptima y sería como matar una mosca a cañonazos. Por mucho que queramos domesticar fotones de megavoltaje mediante la tecnología, no podemos modificar sus propiedades físicas.

    En esos casos los electrones quizá podrían sustituirse por braquiterapia, o para cáncer de piel por equipos de RX de baja energía. Lo que me pregunto es qué será más costo-efectivo: ¿adquirir la opción de electrones al comprar un acelerador lineal, o un equipo de RX superficiales o de braquiterapia?. Supongo que la respuesta dependerá de las circunstancias de cada centro. Si ya tienes un equipo de braqui y no se utiliza a pleno rendimiento lo lógico sería aprovecharlo al máximo, pero ¿y si ya lo usas casi a pleno rendimiento? ¿y si es un centro pequeño (con un sólo acelerador)?

    Aunque desde luego lo que no parece viable es mantener aceleradores con cada vez más modos y energías y opciones de modulación (dos energías de fotones con filtro aplanador, dos de fotones sin filtro aplanador, varias de electrones, cuñas dinámicas…etc, etc, etc) porque la cantidad de cosas a controlar y a ajustar se dispara.

    • Pues ese es el dilema, Pedro. Aunque me temo que no todo el mundo está de acuerdo con tu premisa (yo me inclino más a aceptarla que a rechazarla, pero no tengo una opinión cerrada). Pero algo puedo decirte, todos esos nuevos “gadgets” de los que hablan los “vudús” significan una mayor complejidad de los equipos que tenemos que pensar si creemos realmente necesaria.

  8. Pues lo que dice Pedro, Manolo, posiblemente te pueda venir mejor el ‘cacharro de 50 Kv’ o una braqui. y liberas el ALE de problemas.
    Por otro lado, arreglar con fotones lo que se consigue relativamente bien con electrones no se. (no soy radiofísico). Pero en vez de empeñarnos en tener una navaja suiza, puedes tener un ALE básico, con energias de electrones. si eres un centro de referencia o con carga asistencial importante.

    • No creo que los rayos X de ortovoltaje sean exactamente equivalentes a electrones, ni la braquiterapia, pero estoy de acuerdo en que disponer de electrones en todos los centros o máquinas puede ser un exceso. Pero creo que se ha optado demasiado pronto por darlos por finiquitados.

      • claro que no. los he nombrado por el ‘parecido’ uso que pueden hacer en lesiones superficiales. Estoy contigo en que mejor no darles el finiquito por ahora.
        saludos

  9. Los electrones están en desuso y esto es un hecho. Personalmente a mi me da mucha pena y me generan dudas la consecuencia de su posible desaparición.
    Durante mi residencia y primeros años de adjunto, digamos que hacia el cambio de milenio, llegué a encariñarme con ellos, tenía la impresión de que la dosis si era con electrones “cundía” más. La respuesta apreciable desde el punto de vista clínico en tumores cutáneos o ulcerados era mayor que para las mismas dosis “fotónicas”. Entonces gente que sabía (y sabe) mucho más que yo me explicaron que los electrones eran muy impredecibles y difíciles de cuantificar y controlar con las herramientas de entonces. Me cuesta creer que a día de hoy no hayamos desarrollado esas herramientas para tener a los electrones de nuestro lado en el tratamiento de determinadas indicaciones.

    Cada vez que veo una recidiva local en casos en los que antes empleaba total o parcialmente electrones y ahora empleo IMRT, por ejemplo tumores parotídeos o de vulva, no puedo evitar pensar. “Esto con los electrones no pasaba”.
    Quizás es que me estoy haciendo mayor y es la memoria lo que me falla pero mi percepción es esa.

  10. Bueno, pues parece que no estoy solo es esta percepción. Realmente, Vitor, era algo realmente espectacular, la respuesta visible de esos casos que comentas. Y sí, claro que tenemos medios para evaluar con muchas más garantías las dosis administradas en estos casos, y si la demanda fuera mayor no dudes que los eMLC serían hoy un accesorio común pues su precio y tamaño se habría reducido considerablemente. Incluso el uso de accesorios, tales como bloques conformadores o mallas moduladoras,
    http://www.uwlax.edu/uploadedFiles/Academics/Graduate_Programs/Medical_Dosimetry/Mobile%20Keitt.pdf
    http://iopscience.iop.org/0031-9155/54/8/010/pdf/pmb9_8_010.pdf

    ya se habría incorporado a la planificación

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