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Pico Bragg

La curva de Bragg de partículas alfa de 5,49 MeV en el aire tiene su pico a la derecha y está sesgada hacia la izquierda, a diferencia del haz de rayos X que se muestra a contin...

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La curva de Bragg de partículas alfa de 5,49 MeV en el aire tiene su pico a la derecha y está sesgada hacia la izquierda, a diferencia del haz de rayos X que se muestra a continuación.

El pico de Bragg es un pico pronunciado en la curva de Bragg que representa la pérdida de energía de la radiación ionizante durante su recorrido a través de la materia. Para los protones , los rayos alfa y otros rayos iónicos , el pico se produce inmediatamente antes de que las partículas se detengan. Recibe su nombre de William Henry Bragg , quien lo descubrió en 1903 utilizando partículas alfa del radio, [ 1 ] [ 2 ] y escribió la primera fórmula empírica para la pérdida de energía de ionización por unidad de distancia junto con Richard Kleeman. [ 3 ]

Cuando una partícula cargada rápida se mueve a través de la materia, ioniza los átomos del material y deposita una dosis a lo largo de su trayectoria. Se produce un pico porque la sección transversal de interacción aumenta a medida que disminuye la energía de la partícula cargada. La energía perdida por las partículas cargadas es inversamente proporcional al cuadrado de su velocidad, lo que explica el pico que se produce justo antes de que la partícula se detenga por completo. [ 4 ] En la figura superior, es el pico para partículas alfa de 5,49 MeV que se mueven a través del aire. En la figura inferior, es el pico estrecho de la curva del haz de protones "nativo" que es producido por un acelerador de partículas de 250 MeV . La figura también muestra la absorción de un haz de fotones energéticos ( rayos X ) que es completamente diferente en naturaleza; la curva es principalmente exponencial .

La dosis producida por un haz de protones nativo y por un haz de protones modificado al pasar a través del tejido, en comparación con la absorción de un haz de fotones o rayos X.

Esta característica de los haces de protones fue recomendada por primera vez para su uso en la terapia del cáncer por Robert R. Wilson en su artículo de 1946, "Uso radiológico de protones rápidos". [ 5 ] Wilson estudió cómo se podía controlar la profundidad de penetración del haz de protones mediante la energía de los protones. Este fenómeno se aprovecha en la terapia de partículas para el cáncer, específicamente en la terapia de protones, para concentrar el efecto de los haces de iones ligeros en el tumor que se está tratando, minimizando al mismo tiempo el efecto sobre el tejido sano circundante. [ 6 ]

La curva azul en la figura (" haz de protones modificado ") muestra cómo el haz de protones originalmente monoenergético con un pico agudo se ensancha al aumentar el rango de energías, de modo que se puede tratar un mayor volumen tumoral. La meseta creada al modificar el haz de protones se denomina pico de Bragg extendido (SOBP, por sus siglas en inglés), que permite que el tratamiento se adapte no solo a tumores más grandes, sino también a formas 3D más específicas. [ 7 ] Esto se puede lograr utilizando atenuadores de espesor variable , como cuñas giratorias. [ 8 ] El enfriamiento por momento en instalaciones de terapia de protones basadas en ciclotrones permite una caída distal más pronunciada del pico de Bragg y el logro de altas tasas de dosis. [ 9 ]

Como se muestra en los gráficos anteriores, existe un rango limitado para las partículas en un material. La regla de Bragg-Kleeman es una forma de estimar el rango de una partícula en un medio, sirviendo como herramienta en la detección de partículas y la dosimetría . La forma básica de la regla es:

R1R2=ρ2A1ρ1A2{\displaystyle {\frac {R_{1}}{R_{2}}}={\frac {\rho _{2}{\sqrt {A_{1}}}}{\rho _{1}{\sqrt {A_{2}}}}}}

donde R 1 y R 2 son los rangos de dos partículas, ρ 1 y ρ 2 son las densidades de los medios que atraviesan, y A 1 y A 2 son los pesos atómicos de las partículas. [ 10 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Charlie Ma, CM; Lomax, Tony (2012). Terapia con iones de protón y carbono . Boca Raton: CRC Press. pág.  4. ISBN 9781439816073.
  2. ↑ Bragg, WH (1904). "LXXIII. Sobre la absorción de rayos α y sobre la clasificación de los rayos α del radio" . The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science . 8 (48): 719– 725. doi : 10.1080/14786440409463245 .
  3. ↑ Bragg, William Henry; Kleeman, Richard (1905). "XXXIX. Sobre las partículas α del radio y su pérdida de alcance al pasar a través de diversos átomos y moléculas" (PDF) . The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science . 10 (57): 318– 340. doi : 10.1080/14786440509463378 .
  4. ↑ "Curvas y picos de Bragg" . Laboratorio Nacional de Brookhaven . Consultado el 27 de enero de 2016 .
  5. ↑ Wilson, Robert R. (1946-11-01). "Uso radiológico de protones rápidos" . Radiology . 47 (5): 487– 491. doi : 10.1148/47.5.487 . ISSN 0033-8419 . PMID 20274616 .  
  6. ↑ Trikalinos, TA; et al. (2009). "Resultados". Terapias de radiación con haces de partículas para el cáncer [ Internet ] . Informes técnicos sobre eficacia comparativa, n.° 1. Rockville (MD): Agencia para la Investigación y la Calidad de la Atención Médica (EE. UU.). págs. ES1– ES5.  
  7. ↑ Jette, D.; Chen, W. (2011). "Creación de un pico de Bragg extendido en haces de protones" . Física en Medicina y Biología . 56 (11): N131-8. Bibcode : 2011PMB....56N.131J . doi : 10.1088/0031-9155/56/11/N01 . PMID 21558588. S2CID 37517481 .  
  8. ^ Paganetti, Harald; Bortfeld, Thomas. "Radioterapia con haz de protones: lo último en tecnología1" (PDF) . AAPM . pag. 16 . Consultado el 27 de enero de 2016 . 
  9. ↑ Maradia, V., Meer, D., Dölling, R. et al. Demostración del enfriamiento del momento para mejorar el potencial del tratamiento del cáncer con terapia de protones. Nat. Phys. (2023). https://doi.org/10.1038/s41567-023-02115-2 .
  10. ↑ Ulmer, W. (2007-07-01). "Aspectos teóricos de las relaciones energía-alcance, poder de frenado y dispersión de energía de protones" . Radiation Physics and Chemistry . 76 (7): 1089– 1107. Bibcode : 2007RaPC...76.1089U . doi : 10.1016/j.radphyschem.2007.02.083 . ISSN 0969-806X . 
  • Wagenaar, Douglas (1995). "7.1.3 La curva de Bragg" . Principios de física de la radiación . Archivado del original el 1 de marzo de 2016. Recuperado el 27 de enero de 2016 .
  • "Pico Bragg" . Oxford Reference . Oxford University Press . Consultado el 27 de enero de 2016 .
  • Hojo, Hidehiro (3 de julio de 2017). "Diferencia en la efectividad biológica relativa y los procesos de reparación del daño del ADN en respuesta a la terapia con haz de protones según las posiciones del pico de Bragg extendido" . Oncología Radioterápica . 12 (1): 111. doi : 10.1186/s13014-017-0849-1 . PMC 5494883. PMID 28673358 .  
  • Endo, Masahiro (20 de octubre de 2017). "Robert R. Wilson (1914–2000): el primer científico en proponer la terapia de partículas: uso de haces de partículas para el tratamiento del cáncer" . Radiological Physics and Technology . 11 (1): 1– 6. doi : 10.1007/s12194-017-0428-z . PMID 29058267. S2CID 3526846 .  
  • Grun, Rebecca (10 de enero de 2017). "Sistemática de las mediciones de efectividad biológica relativa para la radiación de protones a lo largo del pico de Bragg extendido: validación experimental del modelo de efecto local" . Física en Medicina y Biología . 62 (3): 890– 908. Bibcode : 2017PMB....62..890G . doi : 10.1088/1361-6560/62/3/890 . PMID 28072575. S2CID 24855475. Recuperado el 19 de marzo de 2021 .