DISEÑO Y VALIDACIÓN DE FANTOMAS VIRTUALES PARA SIMULACIONES MONTE CARLO EN FÍSICA MÉDICA VETERINARIA

Resumen

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 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 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.