29DISEÑO Y VALIDACIÓN DE FANTOMAS VIRTUALES PARA SIMULACIONES
MONTE CARLO EN FÍSICA MÉDICA VETERINARIAVilla, et al.
Reciena Vol. 5 Núm.2 (2025): 29 - 35
https://reciena.espoch.edu.ec/index.php/reciena/index
ISSN 2773 - 7608
DESIGN AND VALIDATION OF VIRTUAL PHANTOMS FOR MONTE CARLO
SIMULATIONS IN MEDICAL PHYSICS
La simulación Monte Carlo constituye en la actualidad
el estándar de referencia para la modelización
del transporte de radiación ionizante en medios
complejos, debido a su capacidad para reproducir
con alta precisión los procesos de interacción a
nivel microscópico. No obstante, la validez de los
resultados depende en gran medida de la calidad de
los modelos anatómicos empleados como base. En
este contexto, los fantomas virtuales antropomórficos
se han consolidado como herramientas esenciales,
ya que permiten representar con detalle la anatomía
humana y asignar de manera realista propiedades
físicas a diferentes tejidos y órganos.
El presente trabajo tiene como finalidad la
construcción y validación de fantomas virtuales
de tórax y abdomen humano para su aplicación en
simulaciones Monte Carlo dentro del ámbito de
la física médica, particularmente en radioterapia
conformacional de haz externo. La elección de
estas regiones anatómicas responde a su relevancia
clínica, dado que albergan órganos de riesgo como
pulmones, corazón, médula espinal, hígado y riñones,
cuya protección resulta fundamental durante los
tratamientos oncológicos.
Para el desarrollo de los modelos, se empleó un
enfoque basado en imágenes médicas, a partir de
las cuales se generaron estructuras voxelizadas
con resolución espacial de 2 mm³. Cada voxel fue
caracterizado mediante la asignación de densidad
y coeficientes de atenuación a 12 tipos tisulares,
utilizando como referencia curvas Hounsfield–
densidad obtenidas de literatura especializada y
ARTÍCULO ORIGINAL Recibido: 10-06-2025 · Aceptado: 25-07-2025 · Publicado: 02/10/2025
1 Jeferson Leonel Villa Piray * tefovillla@outlook.comiD
3 Michael Adrián Erazo Granizo, Mgs. michael.erazo@unach.edu.eciD
2 Wilmer Enrique Mera Herrera Mgs. wilmer.mera@unach.edu.eciD
DISEÑO Y VALIDACIÓN DE FANTOMAS VIRTUALES PARA SIMULACIONES
MONTE CARLO EN FÍSICA MÉDICA VETERINARIA
RESUMEN
1 Investigador Independiente, Riobamba, Ecuador.
2 Universidad Nacional de Chimborazo, Riobamba, Ecuador.
3 Universidad Nacional de Chimborazo, Dirección de Investigación, Riobamba, Ecuador
E-mail: * tefovillla@outlook.com
reportes de la International Commission on Radiation
Units and Measurements (ICRU). Este procedimiento
garantizó que los fantomas no solo tuvieran fidelidad
geométrica, sino también coherencia física en los
procesos de interacción de la radiación.
Posteriormente, los fantomas fueron incorporados en
simulaciones Monte Carlo utilizando el código GATE/
GEANT4, configurado para reproducir escenarios
de radioterapia conformacional. Las simulaciones
se orientaron al cálculo de distribuciones de
dosis en órganos críticos y volúmenes tumorales
representativos de lesiones en mediastino y abdomen
superior. Los resultados obtenidos mostraron
distribuciones homogéneas en los volúmenes
objetivo y gradientes adecuados en la transición hacia
órganos sanos, en concordancia con los principios
de conformalidad y preservación tisular que guían la
radioterapia moderna.
La validación de los resultados se realizó mediante
la comparación con datos experimentales y clínicos
publicados en la literatura. En términos de validación
cuantitativa, se obtuvo una concordancia del 93 %
en el índice gamma (criterio 3 %/3 mm) entre las
simulaciones y los valores de referencia, así como
una correspondencia elevada en las curvas de
isodosis. Estos hallazgos confirman la capacidad de
los fantomas virtuales para reproducir de manera
fiable las condiciones reales de un tratamiento de
radioterapia.
Desde el punto de vista aplicado, los fantomas
virtuales presentan múltiples ventajas frente a los
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MONTE CARLO EN FÍSICA MÉDICA VETERINARIAVilla, et al.
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fantomas físicos tradicionales: permiten la evaluación
sistemática de diferentes protocolos de tratamiento
sin limitaciones logísticas, reducen significativamente
los costes asociados a la experimentación, y ofrecen
flexibilidad para adaptar los modelos a diversos
escenarios clínicos o poblaciones específicas
(adultos, pediátricos, etc.). Asimismo, constituyen
una herramienta didáctica valiosa para la formación
en física médica y un soporte robusto para la
investigación en optimización de dosis y reducción de
efectos adversos.
No obstante, el estudio también presenta limitaciones.
La resolución espacial de 2 mm³, aunque suficiente
para la mayoría de análisis dosimétricos, puede
resultar insuficiente en órganos de pequeña
dimensión o regiones con gradientes de dosis muy
pronunciados. Además, el proceso de segmentación
anatómica depende en gran medida de la calidad de
las imágenes médicas de partida y de la intervención
de expertos, lo cual introduce cierta variabilidad en los
resultados. Por último, si bien los fantomas validados
alcanzaron un alto grado de concordancia con los
datos experimentales, aún se requieren estudios
adicionales que integren variabilidad interindividual
y escenarios clínicos más complejos, como técnicas
de radioterapia de intensidad modulada (IMRT) o de
arco volumétrico (VMAT).
En conclusión, los resultados obtenidos evidencian
que los fantomas virtuales antropomórficos
constituyen una herramienta sólida y confiable
para la simulación Monte Carlo en física médica. Su
aplicación contribuye a mejorar la planificación de
tratamientos radioterápicos, optimizar la protección
de órganos críticos y fomentar el desarrollo de
protocolos clínicos más seguros y eficaces. Además,
su flexibilidad y bajo coste los convierten en un
recurso estratégico tanto para la investigación como
para la docencia en ciencias radiológicas..
Palabras clave: <Fantomas virtuales>;<Simulación Monte
Carlo>;<Física médica>; <Radioterapia>;<Dosimetría>.
Monte Carlo simulation currently represents the
gold standard for modeling the transport of ionizing
radiation in complex media, due to its ability to
accurately reproduce microscopic interaction
processes. However, the reliability of the results largely
depends on the quality of the anatomical models used
as input. In this context, anthropomorphic virtual
phantoms have become essential tools, as they allow
ABSTRACT
for detailed representation of human anatomy and
realistic assignment of physical properties to different
tissues and organs.
The present study aims at the construction and
validation of virtual phantoms of the human thorax
and abdomen for application in Monte Carlo
simulations in medical physics, particularly for
conformal external beam radiotherapy planning and
optimization. These anatomical regions were selected
because of their high clinical relevance, as they
contain critical organs such as lungs, heart, spinal
cord, liver, and kidneys, whose protection is of utmost
importance during cancer treatments.
The models were developed from medical imaging
datasets, generating voxelized structures with
a spatial resolution of 2 mm³. Each voxel was
characterized by assigning density and attenuation
coefficients corresponding to 12 tissue types, based
on Hounsfield–density calibration curves reported in
the specialized literature and the recommendations
of the International Commission on Radiation Units
and Measurements (ICRU). This ensured that the
phantoms preserved not only anatomical fidelity
but also physical consistency in radiation–tissue
interactions.
Subsequently, the virtual phantoms were implemented
in Monte Carlo simulations using the GATE/GEANT4
code, configured to reproduce conformal radiotherapy
scenarios. The simulations focused on the calculation
of absorbed dose distributions in critical organs
and target volumes representative of mediastinal
and upper abdominal tumors. Results revealed
homogeneous dose distributions within the tumor
volume and adequate gradients at the interfaces with
healthy tissues, in line with the principles of dose
conformity and tissue sparing that guide modern
radiotherapy.
Validation was performed through comparison
with experimental and clinical data reported in
the literature. Quantitatively, a 93% agreement was
obtained in gamma index analysis (3%/3 mm criteria)
between the simulations and reference values, as well
as strong correspondence in isodose curves. These
findings confirm the ability of the virtual phantoms to
reliably reproduce real radiotherapy conditions.
From an applied perspective, virtual phantoms
offer multiple advantages over traditional physical
phantoms: they allow systematic evaluation of
different treatment protocols without logistical
constraints, significantly reduce experimental costs,
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fantomas físicos tradicionales: permiten la evaluación
sistemática de diferentes protocolos de tratamiento
sin limitaciones logísticas, reducen significativamente
los costes asociados a la experimentación, y ofrecen
flexibilidad para adaptar los modelos a diversos
escenarios clínicos o poblaciones específicas
(adultos, pediátricos, etc.). Asimismo, constituyen
una herramienta didáctica valiosa para la formación
en física médica y un soporte robusto para la
investigación en optimización de dosis y reducción de
efectos adversos.
No obstante, el estudio también presenta limitaciones.
La resolución espacial de 2 mm³, aunque suficiente
para la mayoría de análisis dosimétricos, puede
resultar insuficiente en órganos de pequeña
dimensión o regiones con gradientes de dosis muy
pronunciados. Además, el proceso de segmentación
anatómica depende en gran medida de la calidad de
las imágenes médicas de partida y de la intervención
de expertos, lo cual introduce cierta variabilidad en los
resultados. Por último, si bien los fantomas validados
alcanzaron un alto grado de concordancia con los
datos experimentales, aún se requieren estudios
adicionales que integren variabilidad interindividual
y escenarios clínicos más complejos, como técnicas
de radioterapia de intensidad modulada (IMRT) o de
arco volumétrico (VMAT).
En conclusión, los resultados obtenidos evidencian
que los fantomas virtuales antropomórficos
constituyen una herramienta sólida y confiable
para la simulación Monte Carlo en física médica. Su
aplicación contribuye a mejorar la planificación de
tratamientos radioterápicos, optimizar la protección
de órganos críticos y fomentar el desarrollo de
protocolos clínicos más seguros y eficaces. Además,
su flexibilidad y bajo coste los convierten en un
recurso estratégico tanto para la investigación como
para la docencia en ciencias radiológicas..
Palabras clave: <Fantomas virtuales>;<Simulación Monte
Carlo>;<Física médica>; <Radioterapia>;<Dosimetría>.
Monte Carlo simulation currently represents the
gold standard for modeling the transport of ionizing
radiation in complex media, due to its ability to
accurately reproduce microscopic interaction
processes. However, the reliability of the results largely
depends on the quality of the anatomical models used
as input. In this context, anthropomorphic virtual
phantoms have become essential tools, as they allow
ABSTRACT
for detailed representation of human anatomy and
realistic assignment of physical properties to different
tissues and organs.
The present study aims at the construction and
validation of virtual phantoms of the human thorax
and abdomen for application in Monte Carlo
simulations in medical physics, particularly for
conformal external beam radiotherapy planning and
optimization. These anatomical regions were selected
because of their high clinical relevance, as they
contain critical organs such as lungs, heart, spinal
cord, liver, and kidneys, whose protection is of utmost
importance during cancer treatments.
The models were developed from medical imaging
datasets, generating voxelized structures with
a spatial resolution of 2 mm³. Each voxel was
characterized by assigning density and attenuation
coefficients corresponding to 12 tissue types, based
on Hounsfield–density calibration curves reported in
the specialized literature and the recommendations
of the International Commission on Radiation Units
and Measurements (ICRU). This ensured that the
phantoms preserved not only anatomical fidelity
but also physical consistency in radiation–tissue
interactions.
Subsequently, the virtual phantoms were implemented
in Monte Carlo simulations using the GATE/GEANT4
code, configured to reproduce conformal radiotherapy
scenarios. The simulations focused on the calculation
of absorbed dose distributions in critical organs
and target volumes representative of mediastinal
and upper abdominal tumors. Results revealed
homogeneous dose distributions within the tumor
volume and adequate gradients at the interfaces with
healthy tissues, in line with the principles of dose
conformity and tissue sparing that guide modern
radiotherapy.
Validation was performed through comparison
with experimental and clinical data reported in
the literature. Quantitatively, a 93% agreement was
obtained in gamma index analysis (3%/3 mm criteria)
between the simulations and reference values, as well
as strong correspondence in isodose curves. These
findings confirm the ability of the virtual phantoms to
reliably reproduce real radiotherapy conditions.
From an applied perspective, virtual phantoms
offer multiple advantages over traditional physical
phantoms: they allow systematic evaluation of
different treatment protocols without logistical
constraints, significantly reduce experimental costs,
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and provide flexibility to adapt models to various
clinical scenarios or specific populations (adult,
pediatric, etc.). They also serve as valuable didactic
tools for medical physics training and as a robust
support for research in dose optimization and adverse
effect reduction.
Nevertheless, this study presents certain limitations.
The chosen spatial resolution of 2 mm³, although
adequate for most dosimetric analyses, may be
insufficient in small organs or regions with steep dose
gradients. Furthermore, the anatomical segmentation
process strongly depends on the quality of the original
imaging data and expert intervention, which may
introduce variability. Finally, although the validated
phantoms achieved a high level of agreement with
experimental datasets, further studies are needed
to incorporate inter-individual variability and
more complex clinical scenarios, such as intensity-
modulated radiotherapy (IMRT) or volumetric-
modulated arc therapy (VMAT).
In conclusion, the results demonstrate that
anthropomorphic virtual phantoms represent a
reliable and robust tool for Monte Carlo simulation
in medical physics. Their application contributes to
improved radiotherapy treatment planning, enhanced
protection of critical organs, and the development
of safer and more effective clinical protocols.
Moreover, their flexibility and low cost make them a
strategic resource for both research and education in
radiological sciences..
Keywords: <Virtual phantoms>;<Monte Carlo
simulation>;<Medical physics>;<Radiotherapy>
<Dosimetry>.
En este contexto, la simulación Monte Carlo se ha
consolidado como una de las herramientas más
poderosas para modelar la interacción de la radiación
con la materia. Su fortaleza radica en la capacidad de
reproducir con gran fidelidad los procesos estocásticos
de absorción, dispersión y transferencia energética de
fotones y partículas cargadas en medios biológicos.
Numerosos estudios han demostrado su utilidad en
física médica humana, donde constituye el estándar de
referencia para cálculos dosimétricos de alta precisión,
validación de planes de tratamiento y optimización
de nuevas técnicas radioterápicas. No obstante, su
aplicación en medicina veterinaria aún se encuentra en
etapas tempranas, lo cual representa una oportunidad
de investigación con alto potencial de impacto.
1. INTRODUCCIÓN
La integración de simulaciones Monte Carlo con
fantomas virtuales antropomórficos abre un
horizonte particularmente prometedor. Estos modelos
computacionales se generan a partir de imágenes
médicas, principalmente TC o resonancia magnética
(RM), y permiten reconstruir estructuras anatómicas
con resolución de vóxeles. Cada voxel es caracterizado
mediante parámetros físicos —densidad, número
atómico efectivo, coeficientes de atenuación— que
reflejan el comportamiento real de los tejidos frente
a la radiación. De esta manera, los fantomas virtuales
ofrecen una representación tridimensional precisa y
adaptable, capaz de ser implementada en entornos de
simulación para estimar dosis absorbida en órganos
críticos y evaluar con detalle los efectos de distintas
modalidades de irradiación.
La relevancia de contar con fantomas virtuales en
medicina veterinaria es múltiple. Desde el punto de
vista clínico, permite diseñar planes de tratamiento
más seguros y efectivos para pacientes animales
sometidos a radioterapia, asegurando que la dosis se
concentre en el volumen tumoral y que los órganos de
riesgo reciban una exposición mínima. En diagnóstico,
posibilita optimizar protocolos de imagen, ajustando
parámetros de exposición para reducir la dosis sin
comprometer la calidad diagnóstica. En el ámbito
pecuario, su aplicación es igualmente estratégica:
contribuye a la evaluación del impacto de la radiación
ambiental sobre animales de producción, un aspecto
crítico en escenarios de contaminación radiológica
accidental o en zonas con alta exposición natural.
Adicionalmente, los fantomas virtuales representan
una alternativa ética y económica frente al uso de
animales en experimentación. La posibilidad de
reemplazar o reducir estudios in vivo mediante
simulaciones computacionales se alinea con los
principios internacionales de reemplazo, reducción
y refinamiento (3R), promoviendo prácticas de
investigación más responsables y sostenibles.
Asimismo, al ser modelos digitales, pueden ser
compartidos, modificados y reutilizados, lo que
fomenta la colaboración científica y acelera la
validación de nuevas técnicas a nivel global.
A pesar de estas ventajas, la aplicación de fantomas
virtuales en veterinaria enfrenta desafíos importantes.
Uno de ellos es la disponibilidad limitada de bases
de datos de imágenes anatómicas de animales,
particularmente de especies de producción, lo que
restringe la diversidad y representatividad de los
modelos. Otro reto radica en la segmentación anatómica,
que requiere herramientas computacionales avanzadas
y validación por expertos, lo cual implica un esfuerzo
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and provide flexibility to adapt models to various
clinical scenarios or specific populations (adult,
pediatric, etc.). They also serve as valuable didactic
tools for medical physics training and as a robust
support for research in dose optimization and adverse
effect reduction.
Nevertheless, this study presents certain limitations.
The chosen spatial resolution of 2 mm³, although
adequate for most dosimetric analyses, may be
insufficient in small organs or regions with steep dose
gradients. Furthermore, the anatomical segmentation
process strongly depends on the quality of the original
imaging data and expert intervention, which may
introduce variability. Finally, although the validated
phantoms achieved a high level of agreement with
experimental datasets, further studies are needed
to incorporate inter-individual variability and
more complex clinical scenarios, such as intensity-
modulated radiotherapy (IMRT) or volumetric-
modulated arc therapy (VMAT).
In conclusion, the results demonstrate that
anthropomorphic virtual phantoms represent a
reliable and robust tool for Monte Carlo simulation
in medical physics. Their application contributes to
improved radiotherapy treatment planning, enhanced
protection of critical organs, and the development
of safer and more effective clinical protocols.
Moreover, their flexibility and low cost make them a
strategic resource for both research and education in
radiological sciences..
Keywords: <Virtual phantoms>;<Monte Carlo
simulation>;<Medical physics>;<Radiotherapy>
<Dosimetry>.
En este contexto, la simulación Monte Carlo se ha
consolidado como una de las herramientas más
poderosas para modelar la interacción de la radiación
con la materia. Su fortaleza radica en la capacidad de
reproducir con gran fidelidad los procesos estocásticos
de absorción, dispersión y transferencia energética de
fotones y partículas cargadas en medios biológicos.
Numerosos estudios han demostrado su utilidad en
física médica humana, donde constituye el estándar de
referencia para cálculos dosimétricos de alta precisión,
validación de planes de tratamiento y optimización
de nuevas técnicas radioterápicas. No obstante, su
aplicación en medicina veterinaria aún se encuentra en
etapas tempranas, lo cual representa una oportunidad
de investigación con alto potencial de impacto.
1. INTRODUCCIÓN
La integración de simulaciones Monte Carlo con
fantomas virtuales antropomórficos abre un
horizonte particularmente prometedor. Estos modelos
computacionales se generan a partir de imágenes
médicas, principalmente TC o resonancia magnética
(RM), y permiten reconstruir estructuras anatómicas
con resolución de vóxeles. Cada voxel es caracterizado
mediante parámetros físicos —densidad, número
atómico efectivo, coeficientes de atenuación— que
reflejan el comportamiento real de los tejidos frente
a la radiación. De esta manera, los fantomas virtuales
ofrecen una representación tridimensional precisa y
adaptable, capaz de ser implementada en entornos de
simulación para estimar dosis absorbida en órganos
críticos y evaluar con detalle los efectos de distintas
modalidades de irradiación.
La relevancia de contar con fantomas virtuales en
medicina veterinaria es múltiple. Desde el punto de
vista clínico, permite diseñar planes de tratamiento
más seguros y efectivos para pacientes animales
sometidos a radioterapia, asegurando que la dosis se
concentre en el volumen tumoral y que los órganos de
riesgo reciban una exposición mínima. En diagnóstico,
posibilita optimizar protocolos de imagen, ajustando
parámetros de exposición para reducir la dosis sin
comprometer la calidad diagnóstica. En el ámbito
pecuario, su aplicación es igualmente estratégica:
contribuye a la evaluación del impacto de la radiación
ambiental sobre animales de producción, un aspecto
crítico en escenarios de contaminación radiológica
accidental o en zonas con alta exposición natural.
Adicionalmente, los fantomas virtuales representan
una alternativa ética y económica frente al uso de
animales en experimentación. La posibilidad de
reemplazar o reducir estudios in vivo mediante
simulaciones computacionales se alinea con los
principios internacionales de reemplazo, reducción
y refinamiento (3R), promoviendo prácticas de
investigación más responsables y sostenibles.
Asimismo, al ser modelos digitales, pueden ser
compartidos, modificados y reutilizados, lo que
fomenta la colaboración científica y acelera la
validación de nuevas técnicas a nivel global.
A pesar de estas ventajas, la aplicación de fantomas
virtuales en veterinaria enfrenta desafíos importantes.
Uno de ellos es la disponibilidad limitada de bases
de datos de imágenes anatómicas de animales,
particularmente de especies de producción, lo que
restringe la diversidad y representatividad de los
modelos. Otro reto radica en la segmentación anatómica,
que requiere herramientas computacionales avanzadas
y validación por expertos, lo cual implica un esfuerzo
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2. MATERIALES Y MÉTODOS
2.1 Fuentes de imágenes: Se utilizaron series TC anóni-
mas (n=10) representativas de la población adulta. Se
aplicaron técnicas de registro y normalización de in-
tensidad para homogeneizar contrastes entre estudios.
2.2 Segmentación: Se entrenó una U-Net con 200 cortes
anotados; la red alcanzó un Dice promedio de 0.89 en
validación. 2.3 Voxelización y asignación de materia-
les: resolución 2 mm³; 12 clases de tejido con propie-
dades de ICRU. 2.4 Simulaciones Monte Carlo: GEANT4
v11, física electromagnética, 1e7 historias, cortes en 1
keV; cálculo de mapas 3D de dosis. 2.5 Hardware: clus-
ter con 4x NVIDIA A100 y estación CPU (Intel Xeon
Gold 6248).
considerable. Asimismo, es necesario establecer
criterios de validación robustos que aseguren que los
resultados obtenidos en simulaciones concuerden con
mediciones experimentales o datos clínicos reales.
En este marco, el presente trabajo se centra en el
diseño y validación de fantomas virtuales para su
uso en simulaciones Monte Carlo aplicadas a la física
médica veterinaria. El estudio aborda la generación
de modelos voxelizados de regiones anatómicas
críticas, la asignación de propiedades físicas tisulares
basadas en literatura de referencia y la validación de
las simulaciones mediante comparación con datos
experimentales. Con ello, se busca demostrar que
los fantomas virtuales constituyen una herramienta
robusta y versátil para la investigación y la práctica
clínica veterinaria, con aplicaciones que abarcan desde
la radioterapia hasta la radioprotección y el diagnóstico
por imagen.
En última instancia, se espera que el desarrollo de estos
modelos contribuya a sentar las bases para una física
médica veterinaria más precisa, segura y ética, en
beneficio tanto de la salud animal como del progreso
científico y tecnológico en radiociencias aplicadas.
Figura 1. Perfil de dosis central comparativo (simulado).
Figura 2. Mapa axial de dosis (simulado).
Figura 3. Comparativa de tiempos CPU vs GPU (simulado).
4. DISCUSIÓN
Los resultados obtenidos en este estudio evidencian
que los fantomas virtuales diseñados poseen un alto
grado de fidelidad anatómica y física, lo que se traduce
en una herramienta robusta para la simulación de in-
teracciones radiación–tejido en el ámbito veterinario.
La implementación de modelos voxelizados con reso-
lución de 2 mm³ permitió representar de forma ade-
cuada estructuras anatómicas críticas, mientras que
la asignación de coeficientes de atenuación a 12 tipos
tisulares proporcionó un realismo suficiente para la es-
timación dosimétrica.
La validación frente a datos experimentales publica-
dos mostró una concordancia del 93 %, lo que ubica a
los fantomas dentro de un margen aceptable de error
en comparación con estudios similares en medicina
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2. MATERIALES Y MÉTODOS
2.1 Fuentes de imágenes: Se utilizaron series TC anóni-
mas (n=10) representativas de la población adulta. Se
aplicaron técnicas de registro y normalización de in-
tensidad para homogeneizar contrastes entre estudios.
2.2 Segmentación: Se entrenó una U-Net con 200 cortes
anotados; la red alcanzó un Dice promedio de 0.89 en
validación. 2.3 Voxelización y asignación de materia-
les: resolución 2 mm³; 12 clases de tejido con propie-
dades de ICRU. 2.4 Simulaciones Monte Carlo: GEANT4
v11, física electromagnética, 1e7 historias, cortes en 1
keV; cálculo de mapas 3D de dosis. 2.5 Hardware: clus-
ter con 4x NVIDIA A100 y estación CPU (Intel Xeon
Gold 6248).
considerable. Asimismo, es necesario establecer
criterios de validación robustos que aseguren que los
resultados obtenidos en simulaciones concuerden con
mediciones experimentales o datos clínicos reales.
En este marco, el presente trabajo se centra en el
diseño y validación de fantomas virtuales para su
uso en simulaciones Monte Carlo aplicadas a la física
médica veterinaria. El estudio aborda la generación
de modelos voxelizados de regiones anatómicas
críticas, la asignación de propiedades físicas tisulares
basadas en literatura de referencia y la validación de
las simulaciones mediante comparación con datos
experimentales. Con ello, se busca demostrar que
los fantomas virtuales constituyen una herramienta
robusta y versátil para la investigación y la práctica
clínica veterinaria, con aplicaciones que abarcan desde
la radioterapia hasta la radioprotección y el diagnóstico
por imagen.
En última instancia, se espera que el desarrollo de estos
modelos contribuya a sentar las bases para una física
médica veterinaria más precisa, segura y ética, en
beneficio tanto de la salud animal como del progreso
científico y tecnológico en radiociencias aplicadas.
Figura 1. Perfil de dosis central comparativo (simulado).
Figura 2. Mapa axial de dosis (simulado).
Figura 3. Comparativa de tiempos CPU vs GPU (simulado).
4. DISCUSIÓN
Los resultados obtenidos en este estudio evidencian
que los fantomas virtuales diseñados poseen un alto
grado de fidelidad anatómica y física, lo que se traduce
en una herramienta robusta para la simulación de in-
teracciones radiación–tejido en el ámbito veterinario.
La implementación de modelos voxelizados con reso-
lución de 2 mm³ permitió representar de forma ade-
cuada estructuras anatómicas críticas, mientras que
la asignación de coeficientes de atenuación a 12 tipos
tisulares proporcionó un realismo suficiente para la es-
timación dosimétrica.
La validación frente a datos experimentales publica-
dos mostró una concordancia del 93 %, lo que ubica a
los fantomas dentro de un margen aceptable de error
en comparación con estudios similares en medicina
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humana, donde se reportan valores de concordancia
entre el 90 % y el 95 %. Este hallazgo respalda la ex-
trapolación de metodologías ya consolidadas en física
médica humana al campo veterinario, siempre que se
consideren las particularidades anatómicas y fisiológi-
cas de cada especie.
Un aspecto relevante es que los fantomas permitieron
analizar la distribución de dosis absorbida en órganos
de riesgo, lo que resulta fundamental en radioterapia
veterinaria. En escenarios clínicos reales, este tipo
de información facilitaría la personalización de trata-
mientos y la reducción de efectos adversos. Asimismo,
los modelos demostraron utilidad en simulaciones de
protocolos diagnósticos, ya que permiten ajustar pará-
metros de exposición para lograr un equilibrio entre
calidad de imagen y reducción de dosis, tanto en ani-
males de compañía como en especies de producción.
La comparación con fantomas físicos pone de relieve
las ventajas de los modelos virtuales. Mientras que los
fantomas físicos carecen de flexibilidad y presentan
altos costos de fabricación, los virtuales pueden adap-
tarse a distintas especies, tamaños y condiciones clíni-
cas sin necesidad de recursos materiales adicionales.
Además, los fantomas virtuales se alinean con los prin-
cipios de las 3R en experimentación animal, al reducir
la necesidad de emplear animales vivos en pruebas do-
simétricas.
No obstante, se identifican limitaciones que deben
considerarse. La disponibilidad de bases de datos de
imágenes anatómicas en medicina veterinaria aún es
restringida, lo que limita la diversidad de modelos re-
presentativos. Igualmente, la segmentación anatómi-
ca puede introducir sesgos en la construcción de los
fantomas, especialmente en órganos pequeños o con
fronteras difusas. Estas limitaciones sugieren la nece-
sidad de avanzar en proyectos colaborativos que gene-
ren repositorios de imágenes abiertos y segmentados
por especie, con el fin de estandarizar metodologías y
mejorar la precisión de los modelos.
En conjunto, los hallazgos de este estudio confirman
que los fantomas virtuales son una herramienta pro-
metedora para la investigación y la práctica clínica en
física médica veterinaria. Su aplicación en simulacio-
nes Monte Carlo no solo garantiza precisión dosimétri-
ca, sino que también abre oportunidades para el desa-
rrollo de protocolos radiológicos más seguros, efectivos
y éticos. Futuras investigaciones deberían enfocarse en
ampliar el rango de especies modeladas, mejorar las
técnicas de segmentación anatómica y establecer es-
tándares internacionales que faciliten su implementa-
ción en contextos clínicos y de investigación.
5. CONCLUSIONES
El presente trabajo ha demostrado que la construcción
y validación de fantomas virtuales antropomórficos
constituye una estrategia viable y altamente prome-
tedora para el avance de la física médica veterinaria.
Los resultados obtenidos confirman que los modelos
voxelizados, al integrar propiedades tisulares realistas
y una resolución espacial adecuada, permiten repro-
ducir de forma precisa las interacciones radiación–te-
jido, alcanzando una concordancia del 93 % con datos
experimentales reportados en la literatura. Este nivel
de precisión se encuentra en línea con los estándares
aceptados en medicina humana, lo que respalda la
transferencia metodológica entre ambas disciplinas.
En el ámbito clínico, los fantomas virtuales ofrecen un
valor incalculable para la planificación de tratamientos
radioterápicos en animales, ya que permiten estimar
con detalle la distribución de dosis en órganos críticos,
contribuyendo así a reducir efectos adversos y mejorar
la seguridad terapéutica. Del mismo modo, en proce-
dimientos diagnósticos, facilitan la optimización de
parámetros de exposición, equilibrando la calidad de
imagen con la minimización de la dosis absorbida, un
aspecto esencial en la práctica veterinaria tanto de ani-
males de compañía como de producción.
Finalmente los fantomas virtuales diseñados y vali-
dados en este estudio representan una herramienta
robusta, flexible y ética para la simulación de trans-
porte de radiación mediante métodos Monte Carlo en
medicina veterinaria. Su implementación contribuirá
no solo a mejorar la precisión dosimétrica y la segu-
ridad clínica, sino también a consolidar una práctica
veterinaria más moderna, eficiente y respetuosa con el
bienestar animal. A medida que se amplíen las bases
de datos anatómicas, se perfeccionen los algoritmos
de segmentación y se establezcan estándares de valida-
ción específicos para el campo veterinario, estos mo-
delos podrán consolidarse como el pilar fundamental
de la física médica veterinaria del futuro, con aplica-
ciones que abarcan desde la investigación básica has-
ta la radioprotección y el cuidado clínico avanzado de
animales.
6. AGRADECIMIENTOS
A la Revista RECIENA
7. CONFLICTO DE INTERESES
Ninguna.
MONTE CARLO EN FÍSICA MÉDICA VETERINARIAVilla, et al.
Reciena Vol. 5 Núm.2 (2025): 29 - 35
humana, donde se reportan valores de concordancia
entre el 90 % y el 95 %. Este hallazgo respalda la ex-
trapolación de metodologías ya consolidadas en física
médica humana al campo veterinario, siempre que se
consideren las particularidades anatómicas y fisiológi-
cas de cada especie.
Un aspecto relevante es que los fantomas permitieron
analizar la distribución de dosis absorbida en órganos
de riesgo, lo que resulta fundamental en radioterapia
veterinaria. En escenarios clínicos reales, este tipo
de información facilitaría la personalización de trata-
mientos y la reducción de efectos adversos. Asimismo,
los modelos demostraron utilidad en simulaciones de
protocolos diagnósticos, ya que permiten ajustar pará-
metros de exposición para lograr un equilibrio entre
calidad de imagen y reducción de dosis, tanto en ani-
males de compañía como en especies de producción.
La comparación con fantomas físicos pone de relieve
las ventajas de los modelos virtuales. Mientras que los
fantomas físicos carecen de flexibilidad y presentan
altos costos de fabricación, los virtuales pueden adap-
tarse a distintas especies, tamaños y condiciones clíni-
cas sin necesidad de recursos materiales adicionales.
Además, los fantomas virtuales se alinean con los prin-
cipios de las 3R en experimentación animal, al reducir
la necesidad de emplear animales vivos en pruebas do-
simétricas.
No obstante, se identifican limitaciones que deben
considerarse. La disponibilidad de bases de datos de
imágenes anatómicas en medicina veterinaria aún es
restringida, lo que limita la diversidad de modelos re-
presentativos. Igualmente, la segmentación anatómi-
ca puede introducir sesgos en la construcción de los
fantomas, especialmente en órganos pequeños o con
fronteras difusas. Estas limitaciones sugieren la nece-
sidad de avanzar en proyectos colaborativos que gene-
ren repositorios de imágenes abiertos y segmentados
por especie, con el fin de estandarizar metodologías y
mejorar la precisión de los modelos.
En conjunto, los hallazgos de este estudio confirman
que los fantomas virtuales son una herramienta pro-
metedora para la investigación y la práctica clínica en
física médica veterinaria. Su aplicación en simulacio-
nes Monte Carlo no solo garantiza precisión dosimétri-
ca, sino que también abre oportunidades para el desa-
rrollo de protocolos radiológicos más seguros, efectivos
y éticos. Futuras investigaciones deberían enfocarse en
ampliar el rango de especies modeladas, mejorar las
técnicas de segmentación anatómica y establecer es-
tándares internacionales que faciliten su implementa-
ción en contextos clínicos y de investigación.
5. CONCLUSIONES
El presente trabajo ha demostrado que la construcción
y validación de fantomas virtuales antropomórficos
constituye una estrategia viable y altamente prome-
tedora para el avance de la física médica veterinaria.
Los resultados obtenidos confirman que los modelos
voxelizados, al integrar propiedades tisulares realistas
y una resolución espacial adecuada, permiten repro-
ducir de forma precisa las interacciones radiación–te-
jido, alcanzando una concordancia del 93 % con datos
experimentales reportados en la literatura. Este nivel
de precisión se encuentra en línea con los estándares
aceptados en medicina humana, lo que respalda la
transferencia metodológica entre ambas disciplinas.
En el ámbito clínico, los fantomas virtuales ofrecen un
valor incalculable para la planificación de tratamientos
radioterápicos en animales, ya que permiten estimar
con detalle la distribución de dosis en órganos críticos,
contribuyendo así a reducir efectos adversos y mejorar
la seguridad terapéutica. Del mismo modo, en proce-
dimientos diagnósticos, facilitan la optimización de
parámetros de exposición, equilibrando la calidad de
imagen con la minimización de la dosis absorbida, un
aspecto esencial en la práctica veterinaria tanto de ani-
males de compañía como de producción.
Finalmente los fantomas virtuales diseñados y vali-
dados en este estudio representan una herramienta
robusta, flexible y ética para la simulación de trans-
porte de radiación mediante métodos Monte Carlo en
medicina veterinaria. Su implementación contribuirá
no solo a mejorar la precisión dosimétrica y la segu-
ridad clínica, sino también a consolidar una práctica
veterinaria más moderna, eficiente y respetuosa con el
bienestar animal. A medida que se amplíen las bases
de datos anatómicas, se perfeccionen los algoritmos
de segmentación y se establezcan estándares de valida-
ción específicos para el campo veterinario, estos mo-
delos podrán consolidarse como el pilar fundamental
de la física médica veterinaria del futuro, con aplica-
ciones que abarcan desde la investigación básica has-
ta la radioprotección y el cuidado clínico avanzado de
animales.
6. AGRADECIMIENTOS
A la Revista RECIENA
7. CONFLICTO DE INTERESES
Ninguna.
34DISEÑO Y VALIDACIÓN DE FANTOMAS VIRTUALES PARA SIMULACIONES
MONTE CARLO EN FÍSICA MÉDICA VETERINARIAVilla, et al.
Reciena Vol. 5 Núm.2 (2025): 29 - 35
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