Estrategias para la integración de la ecuación de Bethe-Bloch en protón-terapia

Abstract

The strength of propton-therapy relies in the radiobiological and physical properties of these particles, which can penetrate tissues with limited diffusion and reach the maximum deposit of energy just before stopping. This feature allows the definition of the precise region to be irradiated. Therapy with protons allows a better control of deposit of radiation than conventional radiation therapies. Thus, by using these charged particles, a tumor might be irradiated with less damage to the surrounding tissue, which is the case of conventional radiation with X-rays. When a charged particle breaks through an absorbing medium, it experiences a continuous loss of energy by ionization and excitation processes it produces inside the medium. Given that the energy of the charged particle is larger than the average ionization and excitation energy of atoms in the medium, such a particle, upon drifting a certain distance, losses totally its energy. Thus, the continuous loss of energy of the incident particle is called the stopping power, which is defined as the energy loss of that particle along its trajectory. Hence, the physics of proton radiation is based on the notion of energy loss of a charged particle entering in a tissue. In the continuous-slowing-down approximation (CSDA), the Bragg-Kleenman rule provides a relation (empirically determined) between the penetration distance RCSDA and the energy of the incident beam E0. CSDA only considers the energy transferred from the projectile (proton, electron, particle) to the medium by continuous damping of the particle motion; nevertheless, the Bragg- Kleeman rule does not consider the residual energy E(z) or the stopping power dE(z)=dz at the position z inside the medium. BE.

La fuerza de la protón-terapia yace en las propiedades radiobiológicas y físicas de dichas partículas, ya que pueden penetrar tejidos con una difusión límite y alcanzar su energía máxima poco antes de frenar. Estas características permiten la definición precisa de la región para ser más específicos irradiando. La terapia de protones permite el depósito de radiación que es mejor controlada que en la terapia de radiación convencional. Así, usando estas partículas cargadas, el tumor puede ser irradiado con menor daño al tejido sano circundante, que es el caso convencional de los rayos X. Cuando una partícula cargada atraviesa un medio absorbente, sufre una pérdida continua de energía por los procesos de ionización y excitación que produce. Dado que la energía de la partícula cargada es mayor en comparación con la energía media de ionización y excitación de los átomos del medio, dicha partícula, al recorrer una cierta distancia, perderá el total de su energía. Entonces, la pérdida continua de energía de la partícula incidente que atraviesa un medio se llama poder de frenado, que se define como la pérdida de energía que la partícula incidente experimenta a lo largo de su trayectoria. Así, la física de la radiación por protones se basa en la noción de pérdida de energía de una partícula cargada (haz) al entrar en el tejido. En la aproximación de continua ralentización (ACR), la regla de Bragg-Kleeman proporciona una relación (determinada empíricamente) entre la distancia de penetración RACR y la energía del haz incidente E0. La ACR sólo considera la energía transferida de la partícula proyectil (protón, electrón, partícula) al medio homogéneo por un frenado o desaceleramiento continuo del movimiento de la partícula; sin embargo, la regla de Bragg-Kleeman no considera a la energía residual E(z) o al poder de frenado dE(z)=dz a la profundidad z dentro del tejido.