La Física Médica es una ciencia que consiste en la aplicación de principios, conceptos, métodos y técnicas de Física en Medicina para la prevención, el diagnóstico y tratamiento de enfermedades. Desde los inicios del siglo XX, e incluso antes, ha desempeñado un papel fundamental en la medicina clínica así como en la investigación biológica y médica. Esta área incluye interesantes
subspecialidades como la radioterapia, diagnóstico por imágenes, medicina nuclear y protección radiológica. En cada una de ellas, el físico médico está fuertemente involucrado en la investigación, desarrollo e implementación de nuevas tecnologías y técnicas. En el ámbito clínico, además, este profesional participa en el diseño de instalaciones, así como en la compra y control de
calidad del equipamiento.
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Descripción
En Chile, la Física Médica es una disciplina que ha comenzado a desarrollarse recientemente. El actual Grupo de Física Médica del Instituto de Física UC, se formó en el año 2009. Cuenta con una probada trayectoria científica con publicaciones relevantes en revistas del área y con la adjudicación de proyectos de investigación con financiamiento nacional e internacional.
Asimismo, ha tenido colaboraciones con renombrados grupos internacionales de investigación en Alemania, España y Australia, entre otros; lo que muestra un favorable escenario que es único, no solo a nivel de país, sino también a nivel regional. Tal vez, el principal hito del grupo ha sido la implementación del programa de Magíster.
El grupo de Física Médica desarrolla fundamentalmente su investigación en el área de la radioterapia, con proyectos individuales también en el ámbito del radiodiagnóstico y la radioprotección. En la primera, el enfoque principal de nuestra investigación es estudiar los distintos métodos y herramientas que permiten individualizar los tratamientos con haces ionizantes de alta energía, del orden de los MeV. Esta individualización puede darse en distintos ámbitos como es la modulación individual de fluencias del haz, modificaciones en la entrega del tratamiento basadas en información obtenida de imágenes en línea, dosimetría in-vivo de la dosis recibida por el paciente en cada fracción del tratamiento, reconstrucción de la dosis entregada a partir de imágenes portales para la adaptación del plan de tratamiento, esquemas de fraccionamiento individualizados, prescripción diferenciada de dosis al tumor basado en información de imágenes funcionales y optimización de planes de tratamiento considerando la radioprotección del paciente.
Preguntas que esta línea trata de responder
Dosimetría
Una de las opciones al momento de tratar a un paciente con cáncer es el uso de radiación ionizante para eliminar las células tumorales, esta técnica es conocida como radioterapia. Uno de los aspectos más importantes en la administración del tratamiento es la determinación precisa de la energía depositada (dosis de radiación) tanto en los tejidos cancerosos como en los sanos. La determinación precisa de la dosis de radiación, es también, fundamental en aplicaciones de radiodiagnóstico, en el contexto de la radioprotección del paciente y los operadores.
El grupo de Física Médica UC realiza estudios en dosimetría en irradiaciones con fotones y neutrones en un amplio espectro de geometrías y energías. Para esto, se utilizan diversos sistemas dosimétricos, incluyendo cámaras de ionización, películas radiocrómicas, detectores semiconductores, cristales termoluminiscentes, pellets de alanina, entre otros. De forma complementaria, y debido a la naturaleza estocástica de la radiación, las simulaciones Monte Carlo proveen de una herramienta ideal para la estimación de energía depositada en los tejidos. En particular, esta técnica es utilizada como referencia en la evaluación de algoritmos analíticos de planificación de tratamientos de radioterapia y en dosimetría en situaciones no estándar.
Actualmente se trabaja en el desarrollo de nuevos detectores y la evaluación de materiales tejido-equivalentes con potencial dosimétrico. Se desarrollan, además, maniquíes antropomórficos para poder simular tratamientos en condiciones similares a las reales.
Radiobiología
Otro aspecto importante en radioterapia es el efecto biológico de la radiación ionizante en los tejidos. En el caso óptimo, se espera maximizar la destrucción del tejido canceroso, protegiendo el tejido sano. La radiobiología se ocupa de la optimización individualizada de tratamientos en función de modelos radiobiológicos de control tumoral, radio toxicidad y generación de cáncer secundario.
El grupo de Física Médica UC trabaja en la modelación del riesgo de cáncer secundario asociado a la dosis periférica de neutrones y fotones en tratamientos de radioterapia con fotones. En éste ámbito, se estudia, además, la modelación matemática del crecimiento y la respuesta de tejidos tumorales. En este contexto, se utilizan imágenes funcionales (FDG-PET, FMISO-PET, MRI), que aportan información biológica relevante para tales modelos.
Actualmente, el grupo trabaja también en el desarrollo de modelos de daño al ADN basados en técnicas Monte Carlo, para estudiar el efecto de diferentes tipos de radiación ionizante tanto células tumorales como sanas.
Un área importante de trabajo es también la radiobiología experimental, realizada en los laboratorios del grupo. En particular, se estudia la relación entre la hipoxia y la radioterapia, y la combinación de la radioterapia con la terapia fotodinámica.
Imágenes médicas
Las imágenes médicas se utilizan como herramienta de diagnóstico y estudio de patologías en radiología. Además, proveen información anatómica y funcional del paciente, utilizada para planificar distintas estrategias de tratamiento y estimar las distribuciones volumétricas de dosis sobre el paciente en el contexto de la radioterapia.
Con respecto al uso de las imágenes en radioterapia, se estudia la optimización de imágenes volumétricas con haces cónicos de kilovoltaje y el uso de imágenes portales para la reconstrucción de las dosis recibidas por los pacientes durante su tratamiento. También, se desarrollan herramientas para la generación de imágenes sintéticas de tomografía computarizada personalizadas y para la aplicación de algoritmos de aprendizaje automatizado para la predicción de respuesta a tratamiento y diagnóstico de enfermedades, basados en imágenes médicas.
Actualmente, el grupo de Física Médica UC investiga, también, el desarrollo de la función cerebral a través de imágenes de resonancia magnética nuclear. Específicamente, se estudia cómo los métodos de la Física y estadística pueden mejorar la captura de señal en estudios de resonancia magnética funcional y mitigar perturbaciones en estas señales, y de esta manera, tener un mejor entendimiento de neurocognición.
Biofotónica
Además de las radiaciones ionizantes, un área de interés en la Física Médica es la aplicación de la luz visible a las Ciencias de la Vida. Esta área es denominada Biofotónica. Entre las muchas posibilidades, se puede utilizar la luz para el diagnóstico y el tratamiento de varias enfermedades. La Terapia fotodinámica, por ejemplo, combina la luz con una molécula fotosensible, que genera especies reactivas de oxígeno, y hace que la célula muera.
La Biofotónica puede ser una herramienta importante para el tratamiento de diferentes enfermedades, incluido el cáncer y las infecciones por microorganismos. Además, existe la llamada Terapia Fototérmica, que utiliza luz y nanotecnología para producir calor, lo que también conduce a la muerte celular.
Actualmente, el grupo de Física Médica de la UC participa en proyectos que van desde estudios básicos de la interacción de la luz con diferentes fotosensibilizadores y nanopartículas, hasta la aplicación en ensayos in vitro e in vivo, llegando a ensayos clínicos.
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