Esta disertación explora diferentes técnicas para mejorar la calidad de las imágenes obtenidas con cámaras Compton. Tal mejora es una de las necesidades principales que obstaculizan la aplicación de cámaras Compton como herramientas para la verificación en tiempo real de terapia hadrónica, a través de la obtención de imágenes de distribuciones espaciales de emisión rápida de rayos gamma emitidos como subproductos de las interacciones de estos hadrones en el paciente. Esta aplicación presenta importantes dificultades, pues requiere medir rayos gamma de energías relativamente altas emitidos en un rango de energías amplio y junto a otras partículas no deseadas. Además, la cámara Compton debe soportar tasas de emisión muy altas durante tiempos de detección cortos. A cambio de tales dificultades, las potenciales ventajas de desarrollar un método de verificación del rango en tiempo real son prometedoras, pues éste permitiría explotar los beneficios dosimétricos de la terapia hadrónica frente a la más convencional radioterapia, mejorando así la calidad de vida de los pacientes tratados con este tipo de terapia. Los modelos analíticos, estrategias de recuperación y modificaciones de los algoritmos de reconstrucción propuestos en esta disertación han sido evaluados experimentalmente con MACACO, la cámara Compton en desarrollo en el grupo IRIS del IFIC (Valencia, España) con el propósito principal de actuar como una herramienta para la verificación del rango en tiempo real en terapia hadrónica. Como prototipo, MACACO ha sido sometido a una evolución continua, que ha permitido la obtención de imágenes de distribuciones de rayos gamma en escenarios de complejidad creciente. Sin embargo, el prototipo no ha alcanzado todavía el rendimiento necesario para su aplicación clínica. Un paso importante en esta dirección es el completo aprovechamiento de las capacidades del prototipo para la obtención de la mejor imagen final posible, lo cual constituye un tema central en esta disertación. Con este fin, se ha desarrollado un modelo de la Matriz del Sistema y de la sensibilidad que permite la obtención de la imagen con eventos de tres interacciones, y se han implementado modificaciones sobre los modelos ya existentes en el grupo para integrar los diferentes canales de información disponibles en MACACO o para mejorar su exactitud. Además, se ha propuesto una modificación del algoritmo de reconstrucción de la imagen para integrar estos canales de información en un único proceso de reconstrucción. Como resultado, se ha encontrado una mejora notable en la calidad y robustez de las imágenes obtenidas. Con todas las mejoras propuestas, el prototipo ha demostrado ser capaz de detectar experimentalmente desplazamientos del rango de hasta 2 mm en maniquíes irradiados con haces de protones para energías clínicas. Futuros pasos en el desarrollo de los aspectos de instrumentación de MACACO aspiran a mejorar la eficiencia de detección y sus parámetros temporales con el fin de soportar las altas tasas de emisión de rayos gamma anteriormente mencionadas que se esperan en el escenario clínico, combinadas con los bajos tiempos de detección. En la actualidad también se están adoptando medidas para mejorar el porcentaje de señal relativo al total de eventos detectados lo cual, en casos como la identificación de eventos que sufren el escape de partículas secundarias, debe estar asociado a un tratamiento adecudo en los modelos analíticos para la reconstrucción de la imagen, extremo también discutido en esta disertación. La optimización de estos parámetros será esencial para en la evaluación de la idoneidad de MACACO, y de las cámaras Compton en general, como herramientas para la verificación del rango en terapia hadrónica.