¿Cómo hace el médico que realiza la terapia de protones para que el protón alcance cierta profundidad antes de liberar la radiación?

Cuando los rayos gamma interactúan con la materia, la dosis administrada al objetivo es más alta cerca de la superficie del objetivo, y luego disminuye lentamente con la profundidad. Los haces de protones , por otro lado, se comportan de manera diferente. Exhiben algo llamado pico de Bragg, que es cuando administran una dosis relativamente baja hasta que alcanzan una cierta profundidad en el objetivo, en cuyo punto descargan esencialmente toda su energía restante en un volumen objetivo muy pequeño. La diferencia en los comportamientos se muestra muy bien aquí:

(Fuente)

La profundidad a la que se descarga la energía es una función de la energía del haz de protones incidente: un haz de energía más alto penetrará más profundamente. Por lo tanto, para apuntar a una ubicación en particular, simplemente necesita ajustar la energía del haz de manera adecuada. Simple, verdad?

No, realmente no. El ajuste preciso de la energía de un haz de protones no es una tarea trivial. Dejando de lado la dificultad de acelerar los protones hasta las energías necesarias en primer lugar, maniobrándolos en la sala de tratamiento y sabiendo exactamente qué energía deben tener los protones (los pacientes tienden a moverse, o al menos respirar, por lo que la profundidad puede ser variable ), el ajuste necesario al final del proceso es bastante difícil. Actualmente hay dos técnicas generales para lograrlo, llamadas modulación de energía activa y pasiva.

La modulación pasiva es la técnica dominante hoy en día, porque es más simple desde un punto de vista técnico. Se trata de la tecnología más baja posible: cuando trabajé en este problema, me referí a ella como la técnica Put-Shit-In-The-Way . Esencialmente, una pieza 3D de lucita está diseñada con precisión en una especie de molde de alivio del tumor, y luego se coloca entre el paciente y el haz. A medida que el rayo pasa sobre diferentes partes del bloque de lucita, su grosor varía y la energía del rayo resultante varía junto con él. Esto permite a los médicos variar espacialmente la energía del haz, apuntando a los bordes del tumor. Por supuesto, esto es muy costoso, consume mucho tiempo, es impreciso (ya que los tumores pueden crecer y encogerse en el tiempo que lleva fabricar el bloque) y produce una pulverización de radiación secundaria, lo que puede ser motivo de preocupación.

La modulación activa es más difícil técnicamente, pero escapa a la mayoría de las trampas de la técnica pasiva. En lugar de un bloque físico de lucita, una cavidad del acelerador de radiofrecuencia en la boquilla del haz usa ondas electromagnéticas estacionarias para aumentar o disminuir la energía del haz (esto ya es más agradable, porque la lucita solo puede disminuir la energía del haz). Luego, se puede usar un imán de flexión para apuntar el rayo en la dirección transversal, produciendo un sistema de orientación completamente en 3D. ¡Pero hay más! Dependiendo de la fase de la onda electromagnética cuando el haz entra en la cavidad, el grupo de protones puede comprimirse o extenderse, permitiendo que la distribución de las energías de protones se amplíe. Esto nos permite pintar con pincel fino o ancho, según las circunstancias.

Como puede ver, soy un fanático de la modulación activa. Como era de esperar, mi trabajo fue escribir simulaciones por computadora de las cavidades del acelerador y del campo magnético para demostrar la eficacia del enfoque. La terapia de protones está comenzando a despegar en los EE. UU., Pero su marcha es lenta: la construcción de aceleradores de partículas y los sistemas de transporte necesarios para acelerar los haces de protones es extremadamente difícil si el hospital ya existe. Pero el trabajo realizado hasta ahora muestra una gran promesa: esperamos que pronto se convierta en una herramienta aún más valiosa en la caja de herramientas de oncólogos radioterapeutas.

Además, a la mierda el cáncer.

Esto se hace mediante una cuidadosa elección de la energía del haz de protones. La principal ventaja de la terapia de protones es que la parte principal de la energía es depositada por el protón cerca del punto de parada y esta profundidad de penetración depende de la energía inicial del haz de protones.

Hay dos tipos principales de aceleradores utilizados para la terapia de protones. Uno es de tipo ciclotrón, da un haz de protones con energía fija. Por lo tanto, se requiere moderación de energía para controlar la profundidad de penetración. Se realiza con losas de material. Otro tipo es sincrotrón, da un haz de protones de energía variable.

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