Modelado y evaluación de máscaras de inmovilización personalizables para radioterapia de precisión

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales
• Ingeniería biomédica
• Física de la radioterapia

Sus antecedentes:

• La inmovilización precisa del paciente es crucial en la radioterapia de cabeza y cuello (H&N) para una administración precisa de la dosis y para minimizar la irradiación de tejidos sanos.
• Las máscaras termoplásticas convencionales tienen limitaciones, como una replicación imperfecta de la superficie, debilidad mecánica, incomodidad para el paciente e ineficiencias en el flujo de trabajo.
• Las exploraciones personalizadas de TC o RM permiten la creación de máscaras de inmovilización más precisas y específicas para cada paciente.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y evaluar máscaras de inmovilización personalizables utilizando compuestos a base de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) reforzados con óxido de bismuto (Bi2O3).
• Comparar el rendimiento mecánico de estas nuevas máscaras de ABS/Bi2O3 con las máscaras termoplásticas disponibles en el mercado.
• Evaluar el potencial de mejora de la precisión de la inmovilización, la comodidad del paciente y la sostenibilidad en la radioterapia.

Principales métodos:

• Fabricación y pruebas de tracción de filamentos compuestos de ABS y ABS/Bi2O3 (5, 10, 20 % en peso).
• Análisis de elementos finitos (FEA) de máscaras virtuales específicas del paciente bajo condiciones de carga clínicamente relevantes (flexión del cuello, flexión lateral).
• Comparación de las propiedades mecánicas y el desplazamiento con dos máscaras termoplásticas comerciales.

Principales resultados:

• Los compuestos de ABS y ABS/Bi2O3 demostraron una rigidez significativamente mayor (1,7-2,5 GPa) y una resistencia a la fluencia (20-25 MPa) que los termoplásticos comerciales (0,25-0,3 GPa, ~7 MPa).
• El FEA mostró una reducción marcada del desplazamiento en las máscaras de ABS (1-5 mm con 2 mm de espesor; <1 mm con 4 mm de espesor) en comparación con las máscaras comerciales (>20 mm bajo carga lateral).
• Los diseños de máscaras híbridas con bordes reforzados mejoraron aún más la rigidez al tiempo que optimizaron el uso de materiales.

Conclusiones:

• Las máscaras de inmovilización personalizables a base de ABS ofrecen una estabilidad mecánica y un control del desplazamiento superiores a los termoplásticos convencionales.
• Estas máscaras tienen el potencial de reducir los márgenes de planificación, mejorar la precisión de la radioterapia y aumentar la comodidad del paciente.
• La reciclabilidad de las máscaras a base de ABS y los compuestos de Bi2O3 apoya las prácticas sostenibles y la reducción de residuos en la fabricación de dispositivos de radioterapia.