Longitud del camino de máxima pérdida de energía de la radiación ionizante
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. En el caso de los protones , los rayos α y otros rayos iónicos , el pico se produce inmediatamente antes de que las partículas se detengan. Recibe su nombre en honor a 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 distancia junto con Richard Kleeman. [3]
Cuando una partícula cargada rápidamente se mueve a través de la materia, ioniza átomos del material y deposita una dosis a lo largo de su camino. 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 se produce 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 .
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 la profundidad de penetración del haz de protones podría ser controlada por la energía de los protones. Este fenómeno se explota en la terapia de partículas del cáncer, específicamente en la terapia de protones, para concentrar el efecto de los haces de iones ligeros en el tumor que se está tratando mientras se minimiza el efecto en el tejido sano circundante. [6]
La curva azul de la figura (" haz de protones modificado ") muestra cómo el haz de protones originalmente monoenergético con el pico agudo se ensancha al aumentar el rango de energías, de modo que se puede tratar un volumen tumoral mayor. La meseta creada al modificar el haz de protones se conoce como pico de Bragg extendido o SOBP, 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 las instalaciones de terapia de protones basadas en ciclotrones permite una caída distal más pronunciada del pico de Bragg y la obtención de tasas de dosis altas. [9]
^ Charlie Ma, CM; Lomax, Tony (2012). Terapia con iones de carbono y protones . Boca Raton: CRC Press. p. 4. ISBN 9781439816073.
^ Bragg, WH (1904). "LXXIII. Sobre la absorción de rayos α y sobre la clasificación de los rayos α del radio". Revista filosófica y revista científica de Londres, Edimburgo y Dublín . 8(48): 719–725. doi :10.1080/14786440409463245.
^ Bragg, William Henry; Kleeman, Richard (1905). "XXXIX. Sobre las partículas α del radio y su pérdida de alcance al pasar a través de varios átomos y moléculas" (PDF) . The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science . 10:57: 318-340. doi :10.1080/14786440509463378.
^ "Curvas y picos de Bragg". Brookhaven National Laboratory . Consultado el 27 de enero de 2016 .
^ Wilson, Robert R. (1 de noviembre de 1946). "Uso radiológico de protones rápidos". Radiología . 47 (5): 487–491. doi :10.1148/47.5.487. ISSN 0033-8419. PMID 20274616.
^ Trikalinos, TA; et al. (2009). Terapias de radiación con haz de partículas para el cáncer [Internet]. Resúmenes técnicos de eficacia comparativa, n.º 1. Rockville (MD): Agencia para la investigación y la calidad de la atención sanitaria (EE. UU.). págs. ES1–ES5.
^ Jette, D.; Chen, W. (2011). "Creación de un pico de Bragg disperso en haces de protones". Física en Medicina y Biología . 56 (11): N131-8. doi :10.1088/0031-9155/56/11/N01. PMID 21558588. S2CID 37517481.
^ Paganetti, Harald; Bortfeld, Thomas. "Radioterapia con haz de protones: lo último en tecnología1" (PDF) . AAPM . pag. 16 . Consultado el 27 de enero de 2016 .
^ Maradia, V., Meer, D., Dölling, R. et al. Demostración del enfriamiento por 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.
Enlaces externos
Wagenaar, Douglas (1995). "7.1.3 La curva de Bragg". Principios de física de la radiación . Archivado desde el original el 1 de marzo de 2016. Consultado el 27 de enero de 2016 .
"Pico Bragg". Referencia de Oxford . Oxford University Press . Consultado el 27 de enero de 2016 .
Hojo, Hidehiro (3 de julio de 2017). "Diferencia en la eficacia 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 con 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. doi :10.1088/1361-6560/62/3/890. PMID 28072575. S2CID 24855475 . Consultado el 19 de marzo de 2021 .