Física médica

Imagen médica, radioterapia, dosimetría clínica, ultrasonidos, resonancia y seguridad radiológica.

Idea general del tema

La física médica aplica los principios de la física nuclear, las radiaciones ionizantes y no ionizantes, la acústica y el electromagnetismo a la medicina: diagnóstico por imagen de alta resolución y terapia oncológica de precisión. Combina la interacción microscópica de la radiación con la materia biológica con algoritmos avanzados de procesamiento de señales y reconstrucción tomográfica.

Este nodo agrupa la interacción de fotones y partículas cargadas con la materia (efecto fotoeléctrico, Compton, producción de pares, frenado de Bethe-Bloch), dosimetría de radiación, tomografía computerizada (CT), imagen por resonancia magnética (MRI), medicina nuclear (PET/SPECT) y radioterapia externa.

Que vas a comprender de verdad

Comprenderás el pico de Bragg que exhiben los haces de protones y iones pesados en comparación con los fotones X: los protones depositan la mayor parte de su energía ionizante destructiva a una profundidad milimétrica precisa en el tumor, respetando los tejidos sanos circundantes.

Aprenderás a aplicar la transformada de Radon y el algoritmo de retroproyección filtrada (FBP) para reconstruir imágenes 3D de secciones transversales a partir de proyecciones radiográficas de rayos X.

Ruta didáctica recomendada

1. Interacción radiación-tejido: atenuación de rayos X, sección eficaz de Compton, efecto fotoeléctrico y poder de frenado de Bethe-Bloch.
2. Dosimetría y radioprotección: dosis absorbida ($D$ en Gray), dosis equivalente ($H$ en Sievert), factor de ponderación biológica $W_R$ y cámaras de ionización.
3. Imagen diagnóstica avanzada: física del tubo de rayos X, transformada de Radon en CT, resonancia magnética nuclear (tiempos de relajación $T_1, T_2$) y detección PET por aniquilación de positrones.
4. Radioterapia y protonterapia: aceleradores lineales médicos (LINAC), colimadores multiláminas (MLC), radioterapia de intensidad modulada (IMRT) y protonterapia con pico de Bragg.

Criterio físico que debes adquirir

Comprender la diferencia física y biológica entre la dosis absorbida puramente física (energía en julios por kilogramo de masa) y la dosis biológica efectiva que tiene en cuenta el daño celular relativo según el tipo de radiación ionizante (fotones vs neutrones vs partículas alfa).

Conexión con problemas reales

• Planificación de tratamientos oncológicos en hospitales y clínicas de radioterapia.
• Control de calidad y calibración de escáneres CT, resonancias magnéticas y aceleradores lineales.
• Desarrollo de radiofármacos teranósticos para medicina nuclear personalizada.

Meta final del tema

Dominar la física de la radiación, las técnicas de formación de imágenes médicas y la dosimetría clínica para aplicaciones biomédicas y de radioprotección hospitalaria.