CONICET | Buscador de Institutos y Recursos Humanos

La hadronterapia es la técnica de radioterapia que emplea haces de iones pesados como radiación ionizante. En contraste con la distribución de dosis depositada por fotones y electrones, utilizados en radioterapia convencional, los iones depositan baja dosis en superficie, presentando un máximo agudo (pico de Bragg) a una determinada profundidad que depende de la energía inicial de la partícula. Luego del pico de Bragg la dosis cae abruptamente a cero (para el caso de protones) o a valores despreciables en relación al máximo, para iones de carbono utilizados también en hadronterapia. La alta precisión balística y eficacia biológica de este tipo de haces permite concentrar altas dosis en la zona tumoral preservando el tejido sano y órganos vecinos. Luego, errores en la administración de la dosis representan serios riesgos en la salud del paciente (protocolos actuales recomiendan errores menores al 5 %). \\ \\ La dosimetría de hadrones se basa en la determinación de dosis absorbida en profundidad en agua (principal componente del tejido vivo), a partir del porcentaje de ionización que ocurre cuando el haz atraviesa cámaras de ionización que contienen aire. Tanto la calibración de los equipos como el subsiguiente cálculo de dosis a ser suministrada al paciente dependen de diversos parámetros físicos que intervienen en esta conversión, siendo el cociente de poderes de frenado agua-aire (SPR) el que aporta la mayor fuente de incerteza. El protocolo de dosimetría utilizado actualmente (IAEA, TRS-398)[1] propone una ley semiempírica para el cálculo de SPR para protones (obtenida a partir del ajuste de valores calculados con el código Monte Carlo Petra). Para el caso de iones de carbono, debido a la complejidad teórica que representa abordar los procesos multielectrónicos que ocurren en la región del pico de Bragg, dicho protocolo propone un valor constante de 1.13 con una incerteza estimada del 2%. En una publicación reciente los autores proponen una expresión analítica para SPR (aplicable a iones de diversos estados de carga) obtenida a partir de simulaciones realizadas con un código Montecarlo en el que se considera el transporte del haz primario únicamente [2]. Sin embargo, los resultados de estos estudios dependen fuertemente de la elección de los potenciales de ionización del agua y del aire. Para minimizar esta dependencia otros autores realizan mediciones indirectas de este factor para el caso de iones de carbono, basándose en la medición de espesores de agua equivalentes a diferentes espesores de aire en función de la energía de haces de iones de carbono [3]. En otros trabajos se considera también el rol de la fragmentación nuclear [4] y de la cascada de electrones secundarios (rayos delta) [5]. \\ \\ En el presente trabajo se realiza un recorrido por los últimos avances en el cálculo teórico y experimental del cociente de poderes de frenado agua-aire. Poderes de frenado de H+ y C6+ sobre aire (Sa) y agua líquida (Sw) se calculan teóricamente utilizando un modelo mecánico-cuántico de onda distorsionada para describir el proceso de ionización. Comparaciones con datos recomendados por ICRU [6] muestran buen acuerdo. Sin embargo, SPR calculados (primera aproximación) como cocientes entre valores teóricos de Sw y Sa presentan diferencias mayores al 5% respecto del mismo cociente realizado con valores recomendados, demostrando la sensibilidad de este factor. Utilizando picos de Bragg medidos en la facilidad del Centro Nacional de Hadronterapia Oncológica de Italia (CNAO), se determinan rangos prácticos y residuales de protones e iones, lo que nos permite calcular SPR aplicando los modelos semiempíricos descriptos previamente para protones e iones de carbono. Si bien el protocolo de dosimetría propone un valor constante SPR=1.13 para C6+, desviaciones importantes respecto a este valor se observan en la región del pico de Bragg.