Radioterapia

Fundamentos físicos de deposición, atenuación y distribución de dosis ionizante en tejidos.

Contexto conceptual

La radioterapia utiliza radiación ionizante para depositar energía en tejidos con una distribución espacial cuidadosamente controlada. La pregunta física central no es solo cuánta energía transporta el haz, sino dónde queda esa energía. Al entrar en el cuerpo, el haz interacciona con la materia, genera partículas secundarias y pierde $I$. Por eso la $D$ no suele ser máxima exactamente en la superficie: puede crecer durante una región inicial de acumulación, alcanzar una $D_max$ en una $z_max$ y descender después. Comprender esta forma permite separar tres ideas distintas: deposición local, atenuación en el tejido y dilución geométrica del haz.

🟢 Nivel esencial

La $D$ mide cuánta $E_d$ recibe cada unidad de masa local. No es lo mismo que la intensidad del haz: la primera describe energía retenida localmente, mientras que la segunda describe energía que todavía atraviesa una superficie.

Al aumentar la $z$, la radiación primaria se atenúa, pero cerca de la entrada también aparecen electrones secundarios que transportan energía hacia regiones de mayor profundidad. Esa competencia produce una zona de acumulación, una $z_max$ y una posterior disminución de la $D$. La forma exacta depende de la energía del haz, el tejido, el tamaño del campo y la geometría. La $PDD$ permite comparar distintos puntos del perfil respecto de la dosis pico de referencia. La idea clave es leer la curva como un balance espacial entre creación de partículas secundarias, transporte de energía y pérdida progresiva del haz primario, un balance que decide dónde el tratamiento resulta más eficaz y dónde el tejido sano queda mejor protegido.

🔵 Nivel formal

Fórmulas básicas

La definición básica relaciona la $D$, la $E_d$ y la $m$:

Dosis absorbida

La rapidez de administración se describe mediante la $\dot{D}$, el $\delta_{D}$ y el $\delta_{t}$:

Tasa media de dosis

Ambas relaciones son estrictamente locales: describen lo que ocurre en un punto concreto del tejido, no la dosis total recibida por todo el volumen tratado.

Preguntas reales del alumno

¿Cuál es la diferencia física entre el coeficiente de atenuación lineal y el coeficiente efectivo? El primero describe la probabilidad de interacción de los fotones primarios del haz por unidad de longitud, mientras que el segundo resume de forma empírica la disminución conjunta de la dosis absorbida debido a la atenuación del haz primario, la dispersión Compton y la divergencia geométrica tras el máximo.

¿Por qué la dosis máxima no se localiza en la superficie de la piel? Debido al efecto de acumulación o build-up. Los fotones incidentes de alta energía transfieren su energía a electrones secundarios mediante interacciones de ionización. Estos electrones recorren una cierta distancia antes de depositar su energía cinética, acumulando la dosis hasta que se alcanza el equilibrio electrónico a la profundidad máxima.

¿Cómo afecta la distancia fuente-superficie a la dosis administrada? La dosis disminuye con la distancia debido a la expansión geométrica del haz, lo que se modela cuantitativamente mediante la ley del inverso del cuadrado de la distancia.

¿Por qué es útil trabajar con la dosis porcentual? Porque simplifica la comparación de diferentes perfiles y haces de tratamiento de forma independiente de la calibración absoluta de la máquina.

Síntesis final

La radioterapia externa es un proceso de transferencia de energía espacial y temporalmente controlado. El perfil de dosis en el tejido, caracterizado por la región de acumulación, la dosis máxima y el decaimiento exponencial postmáximo, es el resultado del equilibrio físico entre fotones primarios atenuados y electrones secundarios depositando energía. Su modelado preciso garantiza la efectividad del tratamiento oncológico y la protección de los tejidos sanos circundantes.