Propiedades de los haces de protones

Los protones acelerados por ciclos o sincrotrones hasta el 60% de la velocidad de la luz (180.000 km/s correspondientes a 250 MeV de energía cinética) penetran unos 38 cm en el cuerpo. Al principio, liberan relativamente poca energía a las nubes de electrones moleculares atravesadas (bajo grado de ionización), pero se ralentizan, ver Figura 1.

Cuanto más lentas se vuelven las partículas, mayor es la producción de energía y la desaceleración. Esto conduce a una “explosión de energía” al final de la trayectoria de la partícula, que en el caso de las partículas monoenergéticas conduce característicamente a una profundidad de tejido de 1 a 4 milímetros, llamada pico Bragg. A diferencia de la radiación de rayos X, la dosis de protones antes del tumor es menor y no mayor, detrás del tumor el paciente permanece libre de radiación! Al ajustar la profundidad del pico de Bragg influyendo en la velocidad de partícula generada, este fenómeno físico permite dirigir la dosis de profundidad “tridimensionalmente” al tumor con una precisión milimétrica y con la ventaja de invertir la relación radiación útil/daño. El pico Bragg es tan agudo que tiene que ser “tachado” del tumor variando la velocidad de las partículas. La figura 2 muestra la distribución de dosis resultante para un tumor extenso: Incluso entonces, la reducción de la dosis administrada antes de que el tumor se mantenga, después de que el tumor de nuevo no ocurre radiación.

La Figura 3 es una comparación directa de una distribución de dosis local de protones con la distribución de dosis local de rayos X de la Figura 4.

Los protones que penetran en el tejido liberan -al final de su profundidad de penetración en el pico Bragg- cantidades similares de energía a las moléculas -en su mayoría al hidrógeno del agua celular- como fotones (rayos X). El efecto es el mismo en ambos casos: la eliminación de electrones. El tejido entonces “olvida” la razón – protón o fotón (rayos X) – de la división y la ionización resultante. La ionización, que es idéntica para ambas radiaciones pero mejor “dirigida” a los protones, actúa como un veneno celular, como se muestra en la Figura 5. La identidad de los efectos biológicos de ambos tipos de radiación permite el uso de todo el empirismo clínico para los rayos X a partir de más de 100 años de experiencia en radioterapia y permite la transferencia de la experiencia clínica en cuanto a la dosis de rayos X a los protones.

Mediante el uso de haces de protones en lugar de rayos X, las dosis terapéuticas del tumor limitadas por los efectos secundarios se pueden aumentar al mismo tiempo que se pueden reducir las dosis de daño en el tejido sano. La posibilidad deargetabilidad de los rayos con protones, que ya no es bidimensional (por agrupación lateral) sino tridimensional, llevó en la práctica clínica a una reducción de la dosis de daño en los tejidos sanos de, por ejemplo, el 43-78 %, dependiendo de la geometría del tumor.

Las Figuras 6 y 7 muestran comparaciones de las distribuciones de dosis en el mismo paciente. A la izquierda se muestra la irradiación de rayos X convencional y a la derecha el plan de irradiación con protones. La fina línea interna define el área objetivo, es decir, el tumor; los colores expresan la dosis local depositada.

Rayos X

Protones

Columna izquierda (Rayos X):

Se muestran dos perspectivas diferentes de un plan de terapia de rayos X para un tumor nasofaríngeo recurrente con irradiación desde varias direcciones de irradiación. La radioterapia convencional con rayos X da como resultado una carga de dosis inaceptable para el tejido sano. Aquí, las glándulas salivales están gravemente dañadas.

Columna derecha (Protones):

Comparado con el plan de rayos X, el plan de terapia de protones que se muestra demuestra la superioridad de laargetabilidad tridimensional de nuestro método. Se minimiza la carga sobre el ambiente sano del tumor, lo que permite el tratamiento con una dosis alta en el tumor y por lo tanto la curación del paciente.

Rayos X

Protones

Columna izquierda (Rayos X):

Se muestran tres perspectivas diferentes de un plan de terapia de rayos X para un paciente con un tumor pulmonar. La irradiación se realiza desde varias direcciones. Ambos pulmones están muy cargados con terapia de rayos X.

Columna derecha (Protones):

Comparado con el plan de rayos X, el plan de terapia de protones que se muestra demuestra la superioridad de laargetabilidad tridimensional de nuestro método. La profundidad de penetración ajustable de los haces de protones permite proteger el corazón y el pulmón sano.