Medições acústico-elásticas da dose absorvida emdosímetro de gel polimérico como material simulador de tecido

Abstract

Accurate absorbed dose dosimetry is a key factor for the effectiveness and safety of radiotherapy treatments, particularly when three-dimensional dose verification is required. In this context, polymer gel dosimeters stand out for their ability to record volumetric dose distributions, traditionally read using magnetic resonance imaging, a high-cost technique with limited clinical availability. This study investigates the applicability of an ultrasonic system as an alternative method for reading MAGIC-F polymer gel dosimeters used in radiotherapy. Initially, the system was calibrated using homogeneous gelatin-based samples with different concentrations, evaluating the response of ultrasonic velocity, attenuation coefficient, and elastic moduli. Subsequently, the methodology was applied to MAGIC-F gel samples irradiated with absorbed doses ranging from 0 to 40 Gy. Longitudinal ultrasonic velocity and attenuation coefficient were experimentally determined using the transmission–reception technique, while elasticmoduli were estimated based on empirical relations supported by the literature. The results indicate an approximately linear attenuation behavior between 0 and 30 Gy, with a more pronounced variation at higher doses, suggesting distinct material response regimes. A systematic increase in mechanical stiffness with dose was also observed, as evidenced by the increase in Young’s modulus. These findings demonstrate the potential of ultrasound as a complementary tool for three-dimensional absorbed dose readout in polymer gel dosimetry.

La dosimetría precisa de la dosis absorbida es uno de los factoresdeterminantes para la eficacia y seguridad de los tratamientos en radioterapia, especialmente cuando se requiere la verificación tridimensional de la distribución de dosis. En este contexto, los dosímetros de gel polimérico se destacan por permitir el registro volumétrico de la dosis, siendo tradicionalmente leídos mediante resonancia magnética, una técnica de alto costo y limitada disponibilidad clínica. Este estudio investiga la aplicabilidad de un sistema ultrasónico como método alternativo para la lectura de dosímetros de gel polimérico MAGIC-F utilizados en radioterapia. Inicialmente, se realizó la calibración del sistema mediante muestras homogéneas a base de gelatina bovina con diferentes concentraciones, evaluando la respuesta de la velocidad ultrasónica, el coeficiente de atenuación y los módulos elásticos. Posteriormente, la metodología se aplicó a muestras de gel MAGIC-F irradiadas con dosis absorbidas entre 0 y 40 Gy. La velocidad ultrasónica longitudinal y el coeficiente de atenuación se determinaron experimentalmente mediante la técnica de transmisión–recepción, mientras que los módulos elásticos se estimaron a partir de relaciones empíricas fundamentadas en la literatura. Los resultados indican un comportamiento aproximadamente lineal de la atenuación en el intervalo de 0 a 30 Gy, con una variación más pronunciada a dosis elevadas, lo que sugiere la existencia de regímenes distintos de respuesta del material. Asimismo, se observó un aumento sistemático de la rigidez mecánica con la dosis, evidenciado por el incremento del módulo de Young. Estos hallazgos demuestran el potencial del ultrasonidocomo herramienta complementaria para la lectura tridimensional de la dosis absorbida en dosimetría con geles poliméricos.