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Medicina

La fructífera relación entre Física y Medicina

Desde el descubrimiento de los rayos X en 1895, los principales avances de la Física se utilizan para mejorar las técnicas de diagnóstico y terapia en Medicina. En 1954 se utilizaron por primera vez partículas pesadas (protones) para tratar tumores. Si los rayos X revolucionaron el estudio del cuerpo, las técnicas de detección de partículas permitieron el desarrollo de la imagen PET, que, junto con el TAC, es uno de los métodos diagnósticos más precisos utilizados hoy día.

En el mundo hay 10.000 aceleradores de partículas para radioterapia, una de las formas más extendidas de luchar contra el cáncer, 238 de los cuales se encuentran en hospitales españoles. La instrumentación médica incorpora continuamente avances en detección de radiación y en producción y modulación de partículas desarrollados en los laboratorios de Física Nuclear y Física de Partículas.

Diagnóstico por imágen

El diagnóstico por imagen tiene un papel fundamental en el estudio de las enfermedades cardiovasculares, cáncer, Alzheimer o Parkinson. En este campo, los grupos de investigación del CPAN trabajan para mejorar las técnicas existentes:

Varios grupos españoles participan en Medipix, una colaboracion científica internacional para desarrollar detectores de píxeles de silicio para mejorar las técnicas de imagen en Medicina. Estos microchips se basan en los detectores instalados en los experimentos de física de partículas como ATLAS o CMS del LHC.

Imagen PET (CNA)

La imagen PET (Tomografía por Emisión de Positrones) ha tenido un desarrollo exponencial, y es una herramienta de diagnóstico cada vez más importante. Se basa en el estudio de los rayos gamma emitidos cuando un positrón colisiona con su antipartícula, el electrón, obteniendo así imágenes del funcionamiento de distintos órganos y partes del cuerpo. Para ello hay que fabricar radioisótopos, elementos radioactivos que emiten radiación, en aceleradores de partículas como el ciclotrón del Centro Nacional de Aceleradores (CNA), que dispone de un servicio de diagnóstico por imagen experimental donde colaboran, entre otros, el Hospital Universitario Virgen del Rocío de Sevilla.

Un ejemplo de aplicación comercial surgida de la investigación en imagen PET es este dispositivo para realizar mamografías desarrollado por la compañía ONCOVISION (GEM Imaging SA), empresa creada a partir de una spin-off de un grupo del CPAN.

Por su parte, la tecnología GRID, que distribuye, almacena y analiza los datos producidos en los experimentos del LHC, se ha utilizado también para crear una base de datos con imágenes de mamografías en toda Europa. Esta herramienta, llamada MammoGrid, fue desarrollada entre 2002 y 2005 por varios centros de investigación (entre ellos el CERN) dentro del 5º Programa Marco Europeo. Premite a los profesionales acceder a una base de datos con 30.000 imágenes de mamografías, y extraer así valiosa información para comparar con casos clínicos.

Radioterapia

Las radiaciones ionizantes se han utilizado desde su descubrimiento hace más de cien años en el tratamiento de tumores. La radioterapia dirige estos haces de radiación hasta las zonas que se quieren eliminar, minimizando el daño al tejido sano. Es uno de los métodos más extendidos para tratar el cáncer, solo o combinado con quimioterapia, un campo de investigación pluridisciplinar en el que físicos nucleares, médicos e ingenieros desarrollan herramientas para producir radiación, modularla, dirigirla a las zonas deseadas, planificar el tratamiento y medir y verificar las dosis suministradas.

Imagen de Radiance (GMV)

Un ejemplo es RADIANCE, el primer sistema de planificación de radioterapia intraoperatoria del mundo, que mejora la seguridad de la técnica al permitir la visualización simulada del resultado del tratamiento, posibilitando ajustar los parámetros para conseguir el resultado previsto sin tener que decidir bajo presión durante la operación. Ha sido desarrollado por la compañía GMV en colaboración con otras empresas y universidades españolas, entre ellas grupos del CPAN.

Terapia con partículas pesadas (Hadronterapia)

Además de la radioterapia convencional presente en la mayoría de los hospitales (que está basada en la radiación con fotones), el uso de partículas más pesadas como los protones tiene ventajas para tratar tumores bien localizados, cercanos a órganos críticos o en niños. Esto se explica por el "pico de Bragg", que muestra cómo la dosis de energía depositada en el cuerpo incide directamente en el tumor, no afectando tejidos sanos.

Hay una intensa investigación en este campo para desarrollar herramientas para la terapia con partículas pesadas, desde la producción de los haces de partículas con la energía necesaria como para evaluar el proceso. El CERN coordina una iniciativa europea en este sentido denominada ENLIGHT, que abarcar varias líneas de investigación. Dentro de este ámbito, un grupo de investigación del CPAN ha desarrollado un nuevo sistema para monitorizar la terapia con partículas pesadas en tiempo real.

En el mundo existe medio centenar de instalaciones que realizan terapia de partículas, tratando a unos 100.000 enfermos. En España, el Instituto de Física Médica (IFIMED) en Valencia nace con la vocación de convertirse en una instalación de referencia para la investigación en imagen y aceleradores aplicados a la Medicina.

Para saber más sobre la relación entre Física y Medicina, lee este artículo publicado en la revista de la Real Sociedad de Física (RSEF) y el artículo ganador de nuestro IV concurso de divulgación.