Simulador de radiocirugía craneal

Recrea de forma interactiva un plan de radiocirugía craneal de isocentro único. Sobre una cabeza humana 3D con el encéfalo en su posición anatómica, decenas de haces convergentes entran por la bóveda —evitando la cara y las órbitas— y se cruzan en el isocentro: cada haz aporta poca dosis a su paso, pero la suma en el blanco es alta. Es el principio físico de toda la radiocirugía.

Los deslizadores permiten variar el plan y ver, en tiempo real, sus consecuencias dosimétricas:

• Dosis y fraccionamiento → la dosis biológica efectiva (BED) sobre el tumor y sobre el tejido tardío.
• Diámetro del blanco y del colimador → la conformidad (índice de Paddick, CI) y la cobertura.
• Número de haces → el gradiente de dosis (GI), es decir, qué tan rápido cae la dosis fuera del blanco.

El plan calcula además la probabilidad de control tumoral (TCP) y la dosis que reciben tres órganos en riesgo —tronco encefálico, quiasma óptico y cóclea— comparándola con su tolerancia. Es una herramienta para enseñar: hace visible el compromiso permanente de la radiocirugía entre cubrir el tumor, ser conforme y respetar lo sano.

La radiocirugía

El término “radiocirugía estereotáctica” lo acuñó el neurocirujano sueco Lars Leksell en 1951: irradiar un blanco intracraneal con precisión estereotáctica, en una sola sesión, sin abrir el cráneo. En 1967–68 construyó la primera Gamma Knife (fuentes de cobalto-60 enfocadas a un punto). Hoy el mismo principio se aplica con aceleradores lineales, arcos dinámicos y sistemas robóticos.

Modelo lineal-cuadrático y BED

La dosis física en Gray no basta para comparar esquemas distintos: 18 Gy en una fracción no equivalen biológicamente a 18 Gy en tres. El modelo lineal-cuadrático (formalizado por Fowler y otros en los años 80) resume el efecto en la dosis biológica efectiva (BED):

BED = n · d · ( 1 + d / (α/β) )

El cociente α/β describe la sensibilidad del tejido: ≈10 Gy para el tumor y los efectos tempranos, ≈2 Gy para el tejido tardío (el que limita la seguridad). Por eso el simulador muestra dos cifras: BED₁₀ (tumor) y BED₂ (tejido tardío). Concentrar la dosis en una sola fracción (SRS) dispara ambas; fraccionar (SRT) baja mucho más la BED₂ que la BED₁₀ —protege lo sano— a costa de algo de eficacia por sesión.

Nota: a dosis por fracción muy altas (>8–10 Gy) la validez del modelo lineal-cuadrático se discute, y se han propuesto alternativas (curva de supervivencia universal). Aun así, la BED sigue siendo el lenguaje común para comparar esquemas.

Índice de conformidad de Paddick (2000)

Ian Paddick propuso un índice que, a diferencia de los anteriores (como el de la RTOG), penaliza a la vez la dosis derramada fuera del tumor y la falta de cobertura dentro:

CI = (TV ∩ PIV)² / (TV · PIV)

donde TV es el volumen del tumor y PIV el volumen cubierto por la isodosis de prescripción. Vale 1 en el plan perfecto y baja si el cono es más chico (no cubre) o más grande (irradia de más) que el blanco.

Índice de gradiente (Paddick y Lippitz, 2006)

La conformidad no dice qué pasa afuera del blanco. El índice de gradiente mide la caída de dosis:

GI = V₅₀% / V₁₀₀%

el volumen que recibe la mitad de la dosis dividido por el que recibe el 100 %. Cuanto menor, más abrupto el gradiente y más protegido el tejido vecino. Sumar haces convergentes es la principal palanca para apretarlo.

Dosis por tamaño y control tumoral

Las dosis de referencia por tamaño provienen del ensayo RTOG 90-05 (Shaw y col., 2000), que definió las máximas dosis toleradas en fracción única: 24 Gy (≤20 mm), 18 Gy (21–30 mm) y 15 Gy (31–40 mm). La probabilidad de control sigue una curva sigmoidea sobre la BED: más dosis biológica, más control, hasta saturar.

Al pie del modelo 3D, la “escala de referencia (orientativa)” traduce los índices del plan a barras con hitos, para darles intuición:

• La barra CI ubica la conformidad frente a 0.60 (pobre) y 0.85 (excelente). Un plan clínico busca acercarse a 1.
• La barra Tronco compara la dosis estimada al tronco encefálico con su tolerancia de 15 Gy en fracción única: mientras el indicador quede en verde, hay margen; si entra en rojo, el plan excede el límite.

La frase del escenario arma el relato clínico con los valores actuales: el tamaño de la lesión “junto al tronco encefálico”, si el colimador cubre el margen, la conformidad lograda, el control esperado y cómo queda el órgano en riesgo más comprometido. Son equivalencias orientativas —puntos de referencia para leer la simulación, no la medición de un caso real.

La seguridad de la radiocirugía no está solo en cuánta dosis se da, sino en dónde cae. Cada estructura crítica tiene una dosis de tolerancia; superarla eleva el riesgo de daño (neuropatía óptica, lesión del tronco, hipoacusia). El simulador usa valores de referencia de fracción única, tomados del consenso de AAPM TG-101 y de QUANTEC:

• Tronco encefálico: ~15 Gy (dosis máxima puntual) en fracción única.
• Vía óptica (nervios y quiasma): ~8 Gy —de las estructuras menos tolerantes, por eso las lesiones cercanas suelen fraccionarse.
• Cóclea: ~4 Gy de media para preservar la audición útil.

Estas cifras no son fijas: al fraccionar, el tejido tardío (α/β≈2) repara entre sesiones y la dosis total tolerada sube. El simulador recalcula la tolerancia de cada órgano según el número de fracciones —por eso, con SRT, el mismo órgano admite más dosis acumulada—. Cuando un órgano supera su límite, se enciende con un halo rojo y encabeza la lectura del plan.

El estándar internacional para prescribir y reportar estos tratamientos con campos pequeños es el Informe ICRU 91, que unifica cómo se define la dosis al margen, la cobertura y los gradientes.

• Hace visible el gradiente. En la clínica, la caída de dosis vive en curvas de isodosis y en el histograma dosis-volumen; aquí se ve directamente cómo la nube de dosis se aprieta alrededor del blanco.
• Enseña el triple compromiso: cubrir el tumor, ser conforme (CI→1) y respetar los órganos en riesgo casi nunca se optimizan a la vez —mover un deslizador mejora uno y empeora otro.
• Muestra por qué convergen los haces: se comprende de un vistazo que más entradas reparten el daño de tránsito y aprietan el gradiente (GI↓), protegiendo lo vecino.
• Conecta dosis física con efecto biológico: el modelo BED explica por qué fraccionar cambia el balance entre control y seguridad, algo que la dosis en Gray por sí sola oculta.
• El poder y el límite de un número: CI, GI y BED resumen un plan en pocas cifras —sin la anatomía real ni el histograma dosis-volumen completo—. Entender qué capturan y qué dejan afuera es, en sí, parte de la enseñanza.
• Sustituye lo no medible: el efecto biológico dentro del tejido no se mide en el paciente; los modelos son la forma de estimarlo y de razonar sobre él antes de tratar.

• Planificación adaptativa y guiada por imagen: equipos de resonancia-acelerador (MR-linac) que ajustan el plan a la anatomía del día.
• Inteligencia artificial: autocontorneo de blanco y órganos en riesgo y autoplanificación, que acortan de horas a minutos el diseño del plan y reducen la variabilidad entre operadores.
• Radiobiología personalizada: ir más allá de un α/β poblacional hacia parámetros por paciente y por tumor, e incluso “dose painting” —depositar más dosis donde la imagen funcional muestra más actividad o hipoxia—.
• FLASH: tasas de dosis ultra-altas que, en modelos, dañan menos el tejido sano a igual efecto tumoral —una posible reescritura de las tolerancias—.
• Radiómica y predicción de desenlace: combinar imagen, dosimetría y datos clínicos para anticipar control y toxicidad antes de tratar.

• AAPM — Task Group 101 (dosimetría y tolerancias de SRS/SBRT): informe TG-101
• QUANTEC — tolerancias de tejidos normales (vía óptica): nervios ópticos y quiasma
• RTOG 90-05 (Shaw y col.) — dosis máximas toleradas por tamaño: informe final
• Índice de gradiente de Paddick (J Neurosurg, 2006): artículo original
• ICRU Report 91 — prescribir y reportar tratamientos estereotácticos con campos pequeños: resumen
• ISRS — International Stereotactic Radiosurgery Society: isrs.org
• NRG Oncology (continuadora de la RTOG) — ensayos clínicos: nrgoncology.org