Un factor que limita el ámbito de aplicación de la terapia hadrónica es la falta de un sistema fiable de monitorización en tiempo real. Entre otros posibles métodos que están siendo investigados, las cámaras Compton son un candidato para lograr dicha monitorización. En el marco del proyecto MACACO, el grupo IRIS ha desarrollado un prototipo de cámara Compton compacta y reconfigurable, que consta de dos o tres planos detectores basados en cristales centelleadores de LaBr3 acoplados a matrices de SiPMs. Esta tesis recoge mi investigación llevada a cabo dentro del proyecto MACACO, al cual he contribuido principalmente en dos aspectos: la evaluación del funcionamiento del dispositivo experimental y el desarrollo del software de reconstrucción empelado para el análisis y la reconstrucción de imágenes a partir de los datos medidos. Un aspecto tratado en esta tesis ha sido la caracterización del prototipo experimental desarrollado por el grupo IRIS y la evaluación de sus capacidades de imagen. En ese sentido, se ha demostrado que el sistema es capaz de posicionar correctamente fuentes radiactivas en su campo de visión. Los resultados con dos planos en el laboratorio confirman que fuentes de fotones con energías de emisión en el rango entre 511 y 1836 keV son reconstruidas con éxito. Respecto a la resolución de la imagen, en ese rango de energías los mejores resultados fueron obtenidos para los fotones de más alta energía. En el estudio con distintas distancias relativas entre la fuente y los planos se obtuvieron imágenes con mejor resolución para mayores separaciones entre planos y para menores distancias entre fuente y primer plano. En el modo de operación con tres planos, se demostró que la energía inicial del fotón puede extraerse de las medidas experimentales sin conocimiento previo, lo cual permitió la reconstrucción de imágenes de todas las fuentes medidas. El sistema también fue probado con fotones de 4.4 MeV en el centro HZDR de Dresde. Aunque la estadística acumulada en el tiempo de medida era insuficiente para la reconstrucción con coincidencias triples, imágenes del blanco en tres posiciones diferentes fueron reconstruidas con éxito con todas las combinaciones de pares de detectores, demostrando que el sistema es capaz de recuperar imágenes a esta energía. Respecto al proceso de reconstrucción de imagen, un modelo físico completo de la formación de la señal ha sido derivada para cámaras Compton de dos planos y fuentes monocromáticas de energía conocida. El modelo ha sido validado a través de comparaciones con simulaciones de Monte Carlo, donde se vio una excelente compatibilidad, y empleado para deducir una expresión para las matrices del sistema y de sensibilidad. El impacto de la matriz de sensibilidad en las imágenes reconstruidas también ha sido evaluado. En un estudio de comparación frente a otros modelos de sensibilidad utilizados en la literatura, el modelo derivado en este trabajo ha demostrado producir mejores imágenes, especialmente en la recuperación de regiones de actividad situadas fueras de la superficie del detector. El modelo físico ha sido extendido para incluir fuentes emisoras de energía desconocida, que a su vez ha sido empleado en la implementación de un código de reconstrucción espectral. El código de reconstrucción espectral es capaz de recuperar simultáneamente la distribución espacial y la emisión espectral de diversas fuentes sin conocimiento previo sobre la energía de los fotones emitidos. La evaluación del código con fuentes simuladas ha demostrado que fuentes complejas pueden ser reconstruidas con éxito cuando se utilizan datos ideales. El estudio con simulaciones también mostró que el espectro reconstruido se degrada cuando se consideran datos realistas, principalmente debido a la energía perdida, transportada por los electrones de retroceso que escapan del detector. Finalmente, la aplicación del código de reconstrucción espectral a medidas experimentales ha permitido encontrar tanto la posición como la emisión espectral de fuentes puntuales en todo el rango de energías probado. Los resultados obtenidos en este trabajo han ayudado a identificar las limitaciones actuales y a definir las líneas futuras del proyecto. Futuros desarrollos incluyen mejoras en los componentes del prototipo experimental y en los programas de reconstrucción. Además de nuevos componentes electrónicos, que permitirán mejorar la resolución temporal, se está considerando la inclusión de un sistema para medir los electrones de retroceso que escapen de los detector, motivado en parte por los resultados obtenidos con el código de reconstrucción espectral. El código de reconstrucción implementado también servirá de base para mejoras futuras. En particular, el modelo físico derivado para cámaras Compton de dos planos puede ser extendido a sistemas con tres planos y, con el objetivo de explotar al máximo el potencial del sistema experimental, un método de reconstrucción de imagen empleando todas las coincidencias dobles y triples puede ser desarrollado. En conclusión, la investigación llevada a cabo en esta tesis ha supuesto avances significativos en el proyecto MACACO, cuya aplicabilidad en monitorización del tratamiento en terapia hadrónica será determinada en los próximos años.