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La radioterapia usa radiación ionizante (fotones X, electrones, protones o iones pesados) para destruir células tumorales mediante daño al ADN. El mecanismo central son las roturas de doble cadena (DSB) del ADN: las DSB no reparadas producen muerte celular en la mitosis siguiente. El modelo lineal-cuadrático (LQ) cuantifica la supervivencia celular: el término lineal ·d representa las DSB directas (reparación imposible); el término cuadrático ·d² representa las DSB por interacción de dos lesiones subletales.

El cociente / es el parámetro tisular clave del modelo LQ: tejidos de respuesta tardía (médula espinal, pulmón, riñón) tienen / 3 Gy y son más sensibles a dosis grandes por fracción; tumores y tejidos de respuesta rápida tienen / 10 Gy. Esta diferencia justifica el fraccionamiento convencional (1.82 Gy/fracción): protege los tejidos normales tardíos más que el tumor. La radioterapia hipofraccionada (SBRT: 520 Gy/fracción) explota el bajo / de ciertos tumores (próstata: / 1.5 Gy) para equivaler en 5 fracciones al tratamiento convencional de 39 fracciones.

La TCP (probabilidad de control tumoral) se calcula con estadística de Poisson: si queda incluso una célula clonogénica, el tumor puede recidivar. Para obtener TCP = 0.95 con N = 10 células clonogénicas iniciales, se necesita SF 5×10¹, lo que equivale a una BED de ~80100 Gy (/ = 10). La NTCP (complicación en tejidos normales) debe mantenerse < 5% (TD, m de cada órgano de riesgo).

El efecto de oxígeno (OER 2.53) explica por qué los tumores hipóxicos (pO < 5 mmHg) son radiorresistentes: el O fija las lesiones del ADN inducidas por la radiación ('fixation hypothesis'). La hipoxia intratumoral puede requerir un 2.53× mayor dosis para el mismo control tumoral. Estrategias para superar la radioresistencia hipóxica incluyen: radiosensibilizadores hipóxicos (nimorazol), hipofractionamiento (supera parcialmente la reparación), y terapia con iones pesados (menor dependencia del O).

La distribución de dosis en el volumen irradiado se calcula por convolución del kernel de deposición de energía K(r) con la fluencia del haz (r). Los sistemas de planificación modernos (TPS) calculan el plan óptimo (IMRT, VMAT) que maximiza la TCP mientras mantiene la NTCP de cada órgano de riesgo por debajo del límite de tolerancia. La tomografía de planificación 4D-CT y los sistemas de verificación online permiten corregir en tiempo real los cambios anatómicos durante el tratamiento.

ID:('ky', 56)

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$SF_{frac}=e^{-\alpha d_{eff}-\beta_{eff}d_{eff}^2}$

Variables

$SF_{frac}$

Supervivencia por fracción

$1$

$d_{eff}$

Dosis efectiva por oxígeno

$Gy$

$alpha$

Parámetro lineal LQ

$1/Gy$

ID:('gm', 540)

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$SF_{total}=\prod_{i=1}^{n_{frac}}SF_{frac,i}$

Variables

$n_{frac}$

Número de fracciones

$1$

$SF_{frac}$

Supervivencia por fracción

$1$

$SF_{total}$

Supervivencia total

$1$

ID:('gm', 541)

Storyboard

$BED=D_{total}(1+d/(\alpha/\beta))$

Variables

$alpha/eta$

Cociente radiobiológico

$Gy$

$BED$

Dosis biológica equivalente

$Gy$

$d$

Dosis por fracción

$Gy$

$D_{total}$

Dosis total acumulada

$Gy$

ID:('gm', 542)

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$TCP=e^{-N_0SF_{total}}$

Variables

$N_0$

Células clonogénicas iniciales

$1$

$TCP$

Control tumoral

$1$

$SF_{total}$

Supervivencia total

$1$

ID:('gm', 543)

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$NTCP=\frac12\left[1+\operatorname{erf}\left(\frac{D_{oar}-TD_{50}}{m_{LKB}\sqrt2,TD_{50}}\right)\right]$

Variables

$NTCP$

Complicación tejido normal

$1$

$m_{LKB}$

Pendiente Lyman

$1$

$TD_{50}$

Dosis 50% complicación

$Gy$

$D_{oar}$

Dosis órgano de riesgo

$Gy$

ID:('gm', 544)

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$OER=1+(OER_{max}-1)\frac{K_{O2}}{K_{O2}+pO_2}(1-0.75,sensitizer)$

Variables

$OER_{max}$

OER máximo

$1$

$OER$

Oxygen enhancement ratio

$1$

$sensitizer$

Radiosensibilizador

$1$

$pO_2$

Presión parcial de oxígeno

$Pa$

$K_{O2}$

Semisaturación oxígeno

$Pa$

ID:('gm', 545)

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$d_{eff}=\frac{d,fluence}{OER}$

Variables

$fluence$

Fluencia relativa

$1$

$OER$

Oxygen enhancement ratio

$1$

$d_{eff}$

Dosis efectiva por oxígeno

$Gy$

$d$

Dosis por fracción

$Gy$

ID:('gm', 546)

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$D(x)=d,fluence,e^{-(x-x_{target})^2/(2\sigma_{kernel}^2)}$

Variables

$fluence$

Fluencia relativa

$1$

$sigma_{kernel}$

Ancho kernel de dosis

$m$

$x_{target}$

Centro del blanco

$m$

$x$

Posición espacial

$m$

$d$

Dosis por fracción

$Gy$

ID:('gm', 547)

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$D_{oar}=\sum d,fluence,oarFactor,e^{-(x_{oar}-x_{target})^2/(2\sigma_{kernel}^2)}$

Variables

$oarFactor$

Factor dosis órgano riesgo

$1$

$fluence$

Fluencia relativa

$1$

$n_{frac}$

Número de fracciones

$1$

$sigma_{kernel}$

Ancho kernel de dosis

$m$

$x_{target}$

Centro del blanco

$m$

$x_{oar}$

Posición órgano de riesgo

$m$

$D_{oar}$

Dosis órgano de riesgo

$Gy$

$d$

Dosis por fracción

$Gy$

ID:('gm', 548)