Radioterapia: Principios, Tipos de Tratamiento y Equipos Utilizados

¿Qué es la Radioterapia?

A diferencia de la quimioterapia, la radioterapia es un tratamiento localizado. Aunque es conocida por sus beneficios clínicos para el cáncer, también existe la radioterapia no oncológica. Consiste en aplicar dosis de radiación ionizante para dañar el ADN de las células cancerosas, evitar que sigan reproduciéndose, reducir su tamaño y, en muchos casos, hacerlas desaparecer por completo.

Se utilizan diferentes tipos de radiación ionizante:

• Rayos X (RX)
• Rayos gamma
• Electrones de alta energía
• Partículas pesadas

Interacción de la Radiación con la Materia

La radiación interactúa con la materia, depositando energía. La forma en que esta energía afecta el proceso biológico celular determina la dosis. La interacción de la radiación con la materia se divide en cuatro etapas:

1. Física: Interacción inicial de la radiación con los átomos.
2. Físico-química: Generación de radicales libres, ionización y daño al material genético (ADN).
3. Química: Reacciones químicas posteriores que involucran radicales libres y moléculas biológicas.
4. Biológica: Manifestación del daño a nivel celular y tisular. Se evalúa el comportamiento celular post-irradiación (supervivencia y muerte celular).

Historia y Desarrollo de la Radioterapia

En 1901, Marie Curie sugirió insertar un pequeño tubo de radio en contacto con un tumor superficial. Este fue el descubrimiento de la braquiterapia y la primera vez que la radioterapia se utilizó con fines terapéuticos.

Por otro lado, el primer informe registrado de una curación mediante radioterapia data de 1899. Las bases biológicas se establecieron después de 1920.

Tipos de Tratamiento Radioterápico

Dependiendo de la ubicación del cáncer, se pueden aplicar dos tipos principales de tratamiento:

• Radioterapia Externa (Teleterapia): La fuente de radiación está fuera del cuerpo.
• Radioterapia Interna (Braquiterapia): La fuente de radiación se coloca dentro o cerca del tumor. Puede ser:
  • Temporal: (ej., Cesio).
  • Permanente: (ej., Yodo-125).

Tipos de Radiación Utilizada

• Radiación no ionizante: No puede ionizar la materia directamente, pero puede transferir energía a los átomos del medio.
• Radiación ionizante: Puede ionizar la materia.
  • Directamente ionizante: Partículas cargadas (electrones, protones, partículas alfa, iones pesados).
  • Indirectamente ionizante: Partículas neutras (fotones [rayos X, rayos gamma], neutrones).

Fuentes de Radiación de Fotones:

• Radiación característica: Transiciones electrónicas entre capas atómicas.
• Bremsstrahlung (Radiación de frenado): Interacciones electrón-núcleo.
• Rayos Gamma: Transiciones nucleares.
• Procesos de aniquilación: Aniquilación positrón-electrón.

Conceptos Físicos Clave en Radioterapia

Los procesos de pérdida de energía de las partículas cargadas se describen mediante el poder de frenado (stopping power).

Rangos de Energía de Rayos X:

• 0.1 kV – 20 kV: Baja energía.
• 20 kV – 120 kV: Rango diagnóstico.
• 120 kV – 300 kV: Ortovoltaje.
• 300 kV – 1 MV: Energía intermedia.
• > 1 MV: Megavoltaje (Terapéutica > 300 kV).

Magnitudes Dosimétricas

Fluencia: Se refiere principalmente al número de partículas que atraviesan un área determinada.

Kerma (Kinetic Energy Released per unit MAss): Medida de la energía cinética transferida por la radiación indirectamente ionizante a un material o tejido por unidad de masa. Unidad: Gray (Gy).

Dosis Absorbida: Mide la energía depositada por la radiación ionizante en el material o tejido por unidad de masa. A diferencia del Kerma (que mide la energía cinética transferida), la dosis absorbida mide la energía depositada. Unidad: Gray (Gy).

Equipos Utilizados en Radioterapia

Tipos de Equipos Emisores de Radiación:

• Máquina de rayos X superficial: 50 – 100 kVp.
• Máquina de rayos X de ortovoltaje: 80 – 350 kVp.
• Máquina de teleterapia de Cobalto-60.
• Acelerador Lineal (LINAC):
  • Rayos X de Megavoltaje: 6 – 25 MV.
  • Electrones: 6 – 30 MeV.

Calidad del Haz

El término calidad del haz se utiliza para indicar la capacidad de penetración de un haz en un maniquí (phantom) de agua, la cual depende del espectro energético del haz.

Índices de Calidad del Haz:

• Espectro completo de rayos X: Difícil de medir directamente con certeza, aunque se realizan controles de calidad.
• Capa Hemirreductora (HVL – Half-Value Layer): Grosor de material que atenúa la intensidad del haz a la mitad. Se utiliza principalmente para haces de kilovoltaje (kV).
• Energía efectiva: Para un haz de rayos X heterogéneo, es la energía de un haz monoenergético que tendría la misma HVL.
• Relación Tejido-Fantoma (TPR – Tissue-Phantom Ratio): Utilizada para caracterizar la energía de haces de fotones de alta energía.
• Porcentaje de Dosis en Profundidad (PDD – Percent Depth Dose): También utilizada para caracterizar la energía de haces de fotones de alta energía.
• PDD(10): Medida del PDD en agua a 10 cm de profundidad en el eje central del haz, para un campo de 10×10 cm² y una distancia fuente-superficie (SSD) de 100 cm.
• TPR_20,10: Relación de dosis en el eje central del haz a profundidades de z = 20 cm y z = 10 cm en agua, obtenida a una distancia fuente-eje (SAD) de 100 cm y un tamaño de campo de 10×10 cm².

Componentes de Equipos Específicos

Máquina de Rayos X de Radioterapia

Componentes Principales:

• Tubo de rayos X.
• Soporte (de techo o suelo) para el tubo de rayos X.
• Sistema de refrigeración del blanco (ánodo).
• Consola de control.
• Generador de alta tensión.

Máquina de Teleterapia (ej., Cobalto-60)

Componentes Principales:

• Fuente radiactiva (Co-60).
• Cabezal blindado: Contiene la fuente, el colimador del haz y el mecanismo de movimiento de la fuente (asegura protección contra fugas de radiación).
• Pórtico (Gantry) y soporte.
• Mesa de tratamiento (soporte del paciente).
• Consola de control (determina el tiempo de irradiación).

Acelerador Lineal (LINAC)

Características Generales:

• Emiten haces de electrones y rayos X de alta energía (megavoltaje).
• Permiten tasas de dosis absorbida mayores que las unidades de Co-60.
• Producen un haz de fotones más definido (penumbra más pequeña) debido a un menor tamaño del foco efectivo.
• Suelen ofrecer múltiples energías de rayos X (ej., 6 MV y 15-23 MV) y electrones (ej., 6-30 MeV).

Componentes Principales:

• Estativo (Stand)
• Brazo (Gantry)
• Cabezal (contiene los sistemas de generación y conformado del haz)
• Modulador (suministra potencia eléctrica pulsada de alto voltaje)
• Mesa de tratamiento
• Consola de control (Pupitre)

Sistema de Generación del Haz:

• Fuente de Radiofrecuencia (RF): Genera microondas de alta potencia para acelerar los electrones. Utiliza dispositivos como:
  • Magnetrón: Generador de microondas de alta potencia (usado típicamente para energías más bajas, ej., hasta 6 MV). Genera pulsos de RF (ej., 3000 MHz, potencia pico ~2 MW).
  • Klystrón: Amplificador de RF (usado para energías más altas, ej., >10-15 MV). Requiere una fuente de RF de baja potencia para amplificar. Opera a voltajes más altos que el magnetrón y necesita aislamiento (ej., tanque de aceite).
• Sistema de Conducción de Microondas: Guía las microondas (RF) desde la fuente (magnetrón o klystrón) hasta la estructura aceleradora mediante una guía de ondas.
• Sistema de Inyección de Electrones: Genera e inyecta electrones en la estructura aceleradora (Cañón de electrones).
• Estructura Aceleradora: Tubo de vacío con cavidades resonantes donde los electrones son acelerados por el campo electromagnético de las microondas. Las cavidades acoplan y distribuyen la energía de microondas y suministran el campo eléctrico para acelerar los electrones. En las estructuras de onda progresiva, los electrones ganan energía hasta velocidades cercanas a la de la luz, recorriendo distancias variables según la energía final (ej., ~30 cm para energías bajas).
• Sistema de Transporte del Haz: Guía el haz de electrones acelerado hacia el blanco o el sistema de colimación.
• Blanco (Target): Material de alto número atómico donde impactan los electrones para producir rayos X por Bremsstrahlung.
• Sistemas de Conformado del Haz: Incluyen colimadores, filtros aplanadores (rayos X), láminas dispersoras (electrones), cámaras de ionización monitoras y colimadores multiláminas (MLC).