Πρωτόκολλα πλάνων εξωτερικής ακτινοθεραπείας με γραμμικό επιταχυντή

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής Τομέας Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 424 ΓΣΝΕ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Τμήμα Ογκολογικής Ακτινοθεραπείας Πρωτόκολλα πλάνων εξωτερικής ακτινοθεραπείας με γραμμικό επιταχυντή Γρηγορία Χ. Τσακίρη ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ

2 2

3 Πρωτόκολλα πλάνων εξωτερικής ακτινοθεραπείας με γραμμικό επιταχυντή Γρηγορία Χ. Τσακίρη Επιβλέποντες: Επίκουρος Καθηγητής Στούλος Στυλιανός (Τμήμα Φυσικής ΑΠΘ) Σερβιτζόγλου Ναυσικά Ακτινοφυσικός, Δρ. (424 Στρατιωτικό Νοσοκομείο Θεσσαλονικής Τμήμα Ακτινοθεραπείας) 3

4 Protocols of treatment planning in external radiotherapy, carried out with linear accelerator Gregoria C. Tsakiri Supervisors: Assistant Professor Stoulos Stilianos (Department of physics AUTH) Servitzoglou Nausika Medical Phycist, Phd. (424 army general hospital Thessaloniki 4

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Ευχαριστίες... 8 Περίληψη... 9 Abstract Θεωρητικό μέρος Κεφάλαιο 1 ο : Ραδιοβιολογία-Δοσιμετρία Ραδιοβιολογία-Εισαγωγη Καθορισμένα & Στοχαστικά Φαινόμενα Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας- βιολογικής ύλης...12 a) Φυσικό στάδιο...12 b) Χημικό στάδιο...12 c) Βιολογικό στάδιο Καμπύλες επιβίωσης των κυττάρων Δοσιμετρία-Εισαγωγή Ορισμός δόσης...17 a) Απορροφούμενη Δόση...17 b) Ισοδύναμη Δόση...17 c) Ενεργός Δόση Γραμμικώς Εναποτιθέμενη Ενέργεια-LET Δοσίμετρα Θερμοφωταύγειας Κεφάλαιο 2 ο : Ακτινοθεραπεία Εισαγωγή Σκοπός της Ακτινοθεραπείας Μέθοδοι της Ακτινοθεραπείας Ακτινοθεραπεία με εξωτερική δέσμη φωτονίων Ακτινοθεραπεία με εξωτερική δέσμη ηλεκτρονίων Εκλογή της κατάλληλης τεχνικής ακτινοθεραπείας...24 a) Τεχνική ενός πεδίου b) Τεχνική πολλαπλών πεδίων...24 c) Τεχνική τρισδιάστατης σύμμορφης ακτινοθεραπείας-3-d conformal radiotherapy 25 d) Τεχνική μεταβλητής έντασης πεδίων ακτινοθεραπείας-intensity Modulated Radiation Therapy, IMRT Τύποι Ακτινοθεραπείας...26 a) Παρηγορική Ακτινοθεραπεία...26 b) Ριζική Ακτινοθεραπεία...26 c) Επικουρική Ακτινοθεραπεία 26 5

6 d) Προφυλακτική Ακτινοθεραπεία...27 Κεφάλαιο 3 ο : Πλάνο Θεραπείας Εισαγωγή Γενικά Ορισμός Όγκου (Volume)...29 a) Gross tumour volume (GTV)..29 b) Clinical target volume (CTV).29 c) Internal target volume (ITV)...30 d) Planning target volume (PTV) Όργανα σε κίνδυνο (OAR) Προδιαγραφές της δόσης Προσομοίωση θεραπείας Τοποθέτηση ασθενή & μέσα ακινητοποίησης του Κλινική μελέτη των δεσμών φωτονίων...35 a) Ισοδοσιακές καμπύλες...35 b) Σφήνες ή γωνιακά φίλτρα (Wedges) Συνδυασμός πεδίων & η κλινική τους εφαρμογή a) Βαρύτητα & κανονικοποίηση b) Πλάνο θεραπείας με την εφαρμογή ενός πεδίου...38 c) Πλάνο θεραπείας με την εφαρμογή δύο αντιπαράλληλων πεδίων...38 d) Πλάνο θεραπείας με την εφαρμογή πολλών συνεπίπεδων πεδίων...39 i. Δύο πεδία με σφήνες ii. Τέσσερα πεδία (Four-field box technique) 39 iii. Τρία πεδία (box technique)...39 e) Πλάνο θεραπείας με την εφαρμογή πολλών μη- συνεπίπεδων πεδίων...40 f) Πλάνο θεραπείας με εφαρμογή πεδίου FIF(Field in Field) 40 g) Πλάνο θεραπείας με εφαρμογή πεδίου half beam 40 h) Πλάνο θεραπείας με την τεχνική boost Υπολογισμός MU Αξιολόγηση της θεραπείας...42 a. Ισοδοσιακές καμπύλες...42 b. Στατιστικά της δόσης...42 c. Ιστόγραμμα δόσης- όγκου (DVH) d. On-line portal imaging.43 Κεφάλαιο 4 ο : Γραμμικός επιταχυντής- Αξονικός τομογράφος(εξομοιωτής) Γραμμικός επιταχυντής...45 a) Τα κύρια εξαρτήματα του γραμμικού επιταχυντή...45 b) Αρχή λειτουργίας του γραμμικού επιταχυντή...46 c) Παραγωγή κλινικής δέσμης ακτίνων Χ...47 d) Παραγωγή κλινικής δέσμης ηλεκτρονίων Αξονικός τομογράφο-εξομοιωτής...49 a. Προσομοίωση εικόνας...49 b) Ψηφιακά ανακατασκευασμένες ακτινογραφίες (DRR)...50 c) Οπτική της δέσμης (Beam s Eye View).51 d) Η διαδικασία της CT προσομοίωσης...51 Πειραματικό μέρος 52 Εισαγωγή.52 6

7 Οργανολογία- Μεθοδολογία...52 Κεφαλή- τράχηλος Πνεύμονας...61 Μαστός...64 Μαστός- Υπερκλείδιοι αδένες...66 Κύστη...69 Προστάτης...72 Παράρτημα OAR...76 Βιβλιογραφία

8 Ευχαριστίες Στο σημείο αυτό θα ήθελα να ευχαριστήσω όλους αυτούς, που συνέβαλαν στην πραγματοποίηση της πτυχιακής αυτής εργασίας. Αρχικά θα ήθελα να ευχαριστήσω τους γονείς μου, για την ψυχολογική και οικονομική υποστήριξη, που μου προσέφεραν απλόχερα, όλα αυτά τα χρόνια των σπουδών μου. Ιδιαίτερες ευχαριστίες οφείλω στον επιβλέπων καθηγητή μου Κ. Στούλο Στυλιανό για την καθοδήγηση και την βοήθεια του. Ακόμα θέλω να ευχαριστήσω την κ. Τερζούδη Ελένη, ακτινοφυσικό και υπεύθυνη του τμήματος Ακτινοθεραπείας στο 424 ΓΣΝΕ, που μου έδωσε την ευκαιρία να παρακολουθήσω πως λειτουργεί ένα σύγχρονο τμήμα Ακτινοθεραπείας και να μάθω τόσα για την εξωτερική ακτινοθεραπεία, που παίζει σημαντικό ρόλο στη καταπολέμηση του καρκίνου, σήμερα. Πολλά ευχαριστώ στον Κ. Φωτιάδη Χάρη, τεχνολόγο, ο οποίος μου πρόσφερε γνώσεις του, στο κομμάτι της τοποθέτησης του ασθενή στα μηχανήματα προσομοιώσης και θεραπείας, και όχι μόνο. Όπως επίσης και στο υπόλοιπο προσωπικό του τμήματος για την ευγενική τους μεταχείριση. Τέλος θα ήθελα να ευχαριστήσω, από καρδιάς, την Δρ. Σερβιτζόγλου Ναυσικά, ακτινοφυσικό του τμήματος Ακτινοθεραπείας στο 424 ΓΣΝΕ, για την αμέριστη βοήθεια και υπομονή της. Η εκπόνηση της εργασίας αυτής βασίστηκε, εξ ολοκλήρου στην καθοδήγηση και στις γνώσεις της. 8

9 Περίληψη Το αντίκειμενο της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι η μελέτη και η παρουσίαση των βασικών πρωτοκόλλων, βάσει των οποίων πραγματοποιείται ο σχεδιασμός των πλάνων ακτινοθεραπείας. Η εργασία χωρίζεται σε δύο μέρη. Το πρώτο μέρος είναι θεωρητικό και αποτελείται από τέσσερα κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο περιγράφονται, εν συντομία, οι συνέπειες της αλληλεπίδρασης της ακτινοβολίας με την βιολογική ύλη και παρατίθενται οι βασικοί ορισμοί της δόσης της ακτινοβολίας. Το δεύτερο κεφάλαιο εστιάζει στην ακτινοθεραπεία, όπου διατυπώνονται οι τύποι και οι τεχνικές της. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το πλάνο θεραπείας. Εδώ περιγράφονται μεγέθη και διαδικασίες, που παίζουν σημαντικό ρόλο στη σχεδίαση του πλάνου, όπως: ο ορισμός των όγκων, η προσομοίωση του ασθενή, τα χαρακτηριστικά των πεδίων, που χρησιμοποιούνται περισσότερο και η αξιολόγηση της θεραπείας. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφονται τα μηχανήματα, που χρησιμοποιούνται, στην ακτινοθεραπεία. Πιο συγκεκριμένα, δίνεται έμφαση στη λειτουργία και τη χρησιμότητα του γραμμικού επιταχυντή και του αξονικού τομογράφου. Το δεύτερο μέρος περιέχει την πειραματική εργασία η οποία συντελέστηκε στο 424 ΓΣΝΕ Θεσσαλονίκης, στο τμήμα της Ακτινοθεραπείας. Το μέρος αυτό χωρίζεται στα εξής κομμάτια: Το πρώτο κομμάτι εισάγει τον αναγνώστη στον σκοπό της ερευνητικής αυτής εργασίας. Στο δεύτερο κομμάτι γίνεται η περιγραφή των μεθόδων και των υλικών, που χρησιμοποιήθηκαν για την συλλογή των δεδομένων καθώς και η επεξεργασία τους. Τέλος στο τρίτο κομμάτι παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά των πλάνων θεραπείας και τα αποτελέσματα τους. 9

10 Abstract The subject of this Diploma Thesis is the study and presentation of the basic protocols of treatment planning in external radiotherapy. The thesis is divided in two parts. The first part is theoretical and is consisted of four chapters. -In chapter one, I give a brief description of the interaction between radiation and biological matter and I present the basic definitions of the radiation dose. -The Second chapter focuses on radiotherapy, where the types and techniques of it are set forth. -In chapter three, the treatment plan is presented. I describe sizes and procedures, which play an important role in the design of the treatment plan like, the definition of volumes, the simulation of the patient, the characteristics of the fields, which are used the most, and the evaluation of plan. -In chapter four the machines, used in radiotherapy, are described. More specifically, I emphasize in the functions and usefulness of the linear accelerator and CT. The second part contains my experimental work at 424 general army hospital in the radiation therapy department. I have organized this part in the following way: -In segment 1, I give an introduction and the aim of my work, in the radiation therapy department. -In segment 2, I describe the methods and the materials that I used as a part of the data collection and the analysis procedure followed. -In the last segment, I describe the characteristics of the treatment plans, I worked on, and their results. 10

11 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο: ΡΑΔΙΟΒΙΟΛΟΓΙΑ-ΔΟΣΙΜΕΤΡΙΑ ΡΑΔΙΟΒΙΟΛΟΓΙΑ 1.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ακτινοβολία επηρεάζει την ύλη (ζώσα ή μη), εφ όσον αλληλεπιδράσει με αυτή, προκαλώντας είτε διεγέρσεις, είτε ιονισμούς των ατόμων. Δεν προκαλούνται αποτελέσματα από την ακτινοβολία, όταν αυτή διαπερνά ένα βιολογικό στόχο χωρίς να αποθέσει ενέργεια μέσα σε αυτόν. Η απόθεση της ενέργειας γίνεται κυρίως από άμεση δημιουργία ζευγών ιόντων. Οι ιονισμοί σπάνια παράγονται κατά μονάδες αλλά σαν διπλά ή τριπλά γεγονότα, που είναι γνωστά σαν συσσωματώματα. Αυτά τα γεγονότα είναι η βασική αιτία των αποτελεσμάτων της ακτινοβολίας στην ζώσα ύλη. Ο ιοντισμός της οργανικής ύλης προκαλεί μεταβολές, έστω και παροδικές, στα άτομα και τα μόρια των χημικών ενώσεων, με αποτέλεσμα μερικές φορές την εμφάνιση βλαβών στα κύτταρα. Εάν η βλάβη δεν επιδιορθωθεί, εμποδίζει την επιβίωση ή την αναπαραγωγή του κυττάρου, ή μπορεί να οδηγήσει σε βιώσιμο αλλά τροποποιημένο κύτταρο. Τα δύο αυτά αποτελέσματα από την ακτινοβόληση του κυττάρου, έχουν διαφορετικές επιδράσεις στον οργανισμό. 1.2 ΚΑΘΟΡΙΣΜΕΝΑ & ΣΤΟΧΑΣΤΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ Τα περισσότερα όργανα και ιστοί, αντέχουν ακόμη και σε μεγάλες απώλειες του αριθμού των κυττάρων τους, αλλά εάν ο αριθμός αυτός καταστεί αρκετά μεγάλος τότε παρατηρείται βλάβη οφειλόμενη σε απώλεια της λειτουργικότητας του ιστού. Η πιθανότητα τέτοιου τύπου βλάβης, είναι σχεδόν μηδενική σε μικρές δόσεις ακτινοβολίας, αλλά πάνω από μια τιμή δόσεως την δόση κατωφλιού, η πιθανότητα αυξάνει γρήγορα προς την τιμή της μονάδος(100%). Για τιμές μεγαλύτερες της δόσεως κατωφλιού, η βαρύτητα του αποτελέσματος αυξάνει με την δόση. Τα βιολογικά αποτελέσματα αυτής της μορφής ονομάζονται καθορισμένα η ντετερμινιστικά. Εάν η ακτινοβόληση έχει οδηγήσει σε βιώσιμα αλλά τροποποιημένα σωματικά κύτταρα, τότε οι κυτταρικοί κλώνοι τους, παρά τους αποτελεσματικούς αμυντικούς μηχανισμούς που υπάρχουν, σε ένα απώτερο χρονικό διάστημα, την λανθάνουσα περίοδο, μπορεί να οδηγήσουν στην εμφάνιση κακοήθειας, δηλαδή καρκίνου. Η πιθανότητα εμφάνισης καρκίνου λόγω ακτινοβόλησης, είναι κατά ένα τρόπο ανάλογη με την δόση της ακτινοβολίας τουλάχιστον μέχρι τα επίπεδα των δόσεων, από τα οποία αρχίζουν να εμφανίζονται τα καθορισμένα αποτελέσματα, ίσως χωρίς κατώφλι δόσης. Η βαρύτητα του εμφανιζομένου καρκίνου δεν επηρεάζεται από το μέγεθος της 11

12 δόσης. Τα βιολογικά αποτελέσματα αυτής της μορφής ονομάζονται στοχαστικά, δηλαδή αποτελέσματα τυχαίας ή στατιστικής φύσεως. 1.3 ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ-ΒΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΥΛΗΣ Η ακτινοβόληση οποιουδήποτε βιολογικού υλικού προκαλεί μια αλληλουχία διαδικασιών, με μεγάλες διαφορές στην κλίμακα του χρόνου εμφανίσεως τους. Γενικά όμως η αλληλουχία αυτή των διαδικασιών μπορεί να χωριστεί σε τρία στάδια: το φυσικό, το χημικό και το βιολογικό. a) ΦΥΣΙΚΟ ΣΤΑΔΙΟ Η ιοντίζουσα ακτινοβολία κατά την διέλευση της μέσω της ύλης, με φυσικούς μηχανισμούς αλληλεπιδράσεων, αποδίδει ενέργεια σ αυτή μέσω ιοντισμών και διεγέρσεων. Αυτή η μεταφορά ενέργειας πραγματοποιείται σε χρόνο μικρότερο των sec, αλλά η κατανομή της στον χώρο, υπό ασυνεχή μορφή, εξαρτάται από το είδος και την ενέργεια της ιοντίζουσας ακτινοβολίας. Εάν η τιμή της LET είναι χαμηλή, σημαίνει ότι η ακτινοβολία, π.χ. φωτόνια ή ηλεκτρόνια, προκαλεί μικρό αριθμό ιοντισμών και διεγέρσεων ανά μm διαδρομής της. Αντίθετα ακτινοβολίες, όπως σωματίδια α, πρωτόνια ή βαρέα ιόντα, που προκαλούν πυκνούς ιοντισμούς ανά μm διαδρομής τους, χαρακτηρίζονται ως ακτινοβολίες με υψηλή LET. b ) ΧΗΜΙΚΟ ΣΤΑΔΙΟ Τα άτομα του βιολογικού υλικού, τα οποία ακτινοβολήθηκαν κατά το φυσικό στάδιο, αντιδρούν με άλλα συστατικά των κυττάρων με ταχείες χημικές αντιδράσεις. Αυτό οφείλεται στο ότι οι ιοντισμοί και διεγέρσεις, που συνέβησαν κατά το φυσικό στάδιο, προκαλούν ρήξη χημικών δεσμών και δημιουργία ελεύθερων ριζών. Πιο συγκεκριμένα η επίδραση της ακτινοβολίας στην ύλη, στο χημικό στάδιο, χωρίζεται σε δύο κατηγορίες. Στην άμεση και έμμεση δράση. Σαν άμεση χαρακτηρίζεται η δράση μιας ακτινοβολίας, όταν το ίδιο το μόριο που δέχτηκε την ακτινοβολία υφίσταται τη χημική μεταβολή. Σαν έμμεση χαρακτηρίζεται η δράση μιας ακτινοβολίας, όταν το μόριο που υφίσταται τη χημική μεταβολή δεν δέχτηκε την ακτινοβολία απ ευθείας αλλά με δευτερογενείς δράσεις. Η συνύπαρξη και των δύο αυτών μηχανισμών είναι φανερή κατά την ακτινοβόληση μέσων διασποράς και ιδιαίτερα εκείνων που έχουν σαν μέσο διασποράς το νερό και μακρομόρια στη διεσπαρμένη φάση. Τέτοιο σύστημα είναι και το κυτταρόπλασμα των κυττάρων με μέσα διασποράς το νερό και βιομόρια (πρωτεϊνες, νουκλεϊνικά οξέα, υδατάνθρακες, λιπίδια) στη διεσπαρμένη φάση. Η άμεση δράση των ακτινοβολιών στα βιολογικά μακρομόρια εκδηλώνεται συνήθως με διάσπαση ή χημική αλλοίωση του μορίου. Η έμμεση δράση προϋποθέτει πως κοντά στα μακρομόρια βρίσκονται ιονισμένα ή διηγερμένα μικρομόρια, όπως π.χ. μόρια νερού. Θεωρητικά, είναι δυνατόν η έμμεση δράση να προέλθει από επίδραση ιονισμένων ή διεγερμένων μορίων νερού στα μακρομόρια. Όμως ο χρόνος ζωής των 12

13 μορίων συτών είναι μικρός (μέχρι τη διάσπαση τους ή τη δημιουργία ελεύθερων ριζών), ώστε οι πιθανότητες για μια τέτοια επίδραση είναι ασήμαντες. Έτσι πρακτικά η έμμεση δράση γίνεται με μεταβίβαση ενέργειας αποκλειστικά από τις ελεύθερες ρίζες, που προκύπτουν με την ραδιόλυση του νερού. Τέλος τόσο η άμεση όσο και η έμμεση δράση των ακτινοβολιών στα μακρομόρια έχει σαν αποτέλεσμα την ακαριαία δημιουργία πρωτογενών χημικών μεταβολών στα μακρομόρια αυτά. Εικόνα 1.1: Απεικόνιση άμεσης & έμμεσης δράσης της ακτινοβολίας- Ογκολογική ακτινοθεραπεία- Πιστεύου c )ΒΙΟΛΟΓΙΚΟ ΣΤΑΔΙΟ Το βιολογικό στάδιο ξεκινά με την εμφάνιση ενζυμικών μηχανισμών που δρούν επιδιορθωτικά στους μοριακούς σχηματισμούς, που έχουν υποστεί βλάβη, κατά το χημικό στάδιο. Η διάρκεια της επιδιόρθωσης διαρκεί κατά το κύριο μέρος της 15 min-1h ενώ περίπου σε 4 h έχει ολοκληρωθεί. Το μεγαλύτερο μέρος των βλαβών που υφίστανται τα βιολογικά μόρια, όπως το μόριο του DNA, επιδιορθώνονται στο ανωτέρω χρονικό διάστημα. Ορισμένες, όμως, βλάβες δεν επιδιορθώνονται και είναι αυτές που οδηγούν στον θάνατο των κυττάρων. Τα κύτταρα δεν πεθαίνουν αμέσως. Μετά από μικρές δόσεις ακτονοβολίας μπορεί να έχουν ακόμη την δυνατότητα να παράγουν μιτώσεις, έως ότου να σταματήσουν να έχουν αυτή την ικανότητα. Αυτό ονομάζεται αναπαραγωγικός θάνατος. Σε επίπεδο οργανισμού θηλαστικών και σε υψηλή δόση ακτινοβολίας τα βιολογικά αποτελέσματα της ακτινοβόλησης, οφείλονται στην θανάτωση αρχέγονων κυττάρων, που καταλήγουν σε βλάβες ιστών και οργάνων μέσα στις πρώτες εβδομάδες και μήνες μετά την ακτινοβόληση. Τα αποτελέσματα αυτά χαρακτηρίζονται ως πρώιμα. Παραδείγματα πρώιμων αποτελεσμάτων είναι η λύση 13

14 της συνέχειας του δέρματος, απόπτωση επιθηλιακών κυττάρων του λεπτού εντέρου, βλάβες στο αιμοποιητικό σύστημα. Σε μεταγενέστερο χρόνο (3 μήνες- έτη) μπορεί να εμφανιστούν, τα λεγόμενα απώτερα αποτελέσματα της ακτινοβολίας, που στην περίπτωση ακτινοβολήσεων για θεραπευτικούς σκοπούς περιλαμβάνουν την ίνωση, την ενδεχόμενη βλάβη του νωτιαίου μυελού, βλάβες των αγγείων και διάφορες βλάβες των ακτινοβοληθέντων οργάνων. Σε μεταγενέστερο στάδιο ακόμη και για μικρές δόσεις ακτινοβολίας, υπάρχει η πιθανότητα της καρκινογένεσης. Πίνακας 1.1: Μια τυπική συλλογή βιολογικών βλαβών δίνεται στον παρακάτω πίνακα(icrp,1990; UNSCEAR, 2000): Τύποι βιολογικής βλάβης Επίπεδο βιολογικού στόχου Σημαντικά αποτελέσματα Μοριακό Βλάβες στα μακρομόρια, όπως ένζυμα, DNA, RNA Υποκυτταρικό Βλάβες στην κυτταρική μεμβράνη, τον πυρήνα, τα χρωμοσώματα, τα μιτοχόνδρια και άλλα συστατικά του κυτταροπλάσματος Κυτταρικό Διαταραχή του μεταβολισμού, ανακοπή ή καθυστέρηση της κυτταρικής διαίρεσης Ιστοί-όργανα Αποδιοργάνωση συστημάτων, όπως π.χ. του κεντρικού νευρικού συστήματος, του μυελού των οστών, πρόκληση καρκίνου Ολόσωμη ακτινοβόληση Εξαρτάται από την δόση. Στις μικρές δόσεις στοχαστικά κυρίως αποτελέσματα. Στις μεγάλες δόσεις στοχαστικά και μη αποτελέσματα 1.4 ΚΑΜΠΥΛΕΣ ΕΠΙΒΙΩΣΗΣ ΤΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Μια καμπύλη επιβίωσης κυττάρων περιγράφει τη σχέση μεταξύ της απορροφούμενης δόσης ακτινοβόλησης και του ποσοστού των κυττάρων, τα οποία επιβιώνουν, με την έννοια ότι τα κύτταρα αυτά είναι ικανά να αναπτυχθούν σε αποικίες, έτσι ώστε να αποδεικνύεται ότι διατηρούν την ικανότητα τους να πολλαπλασιάζονται. Οι καμπύλες επιβίωσης μπορεί να είναι εκθετικού χαρακτήρα. Τέτοιες καμπύλες συναντάμε κατά την ακτινοβόληση των μορίων, των βακτηριδίων και των ιών. Για να εξηγηθεί ο εκθετικός χαρακτήρας της καμπύλης αυτής, υποτίθεται ότι ένα μόνο κτύπημα σε ένα μόνο στόχο είναι αρκετό για να προκληθεί ο θάνατος στο κύτταρο. Με άλλα λόγια, όταν λέμε ότι η σχέση μεταξύ της επιβίωσης των ιών και της δόσης 14

15 ακτινοβόλησης είναι εκθετική, εννοούμε ότι κάθε αύξηση στη δόση, θα προκαλέσει κλασματική ελάττωση της επιβίωσης των κυττάρων. Οι καμπύλες επιβίωσης των κυττάρων των θηλαστικών είναι περισσότερο πολύπλοκες από ότι στους ιούς και στα βακτηρίδια. Ωστόσο για όλους τους τύπους των κυττάρων των θηλαστικών είναι παρόμοιες. Διάγραμμα 1.1: Dowsett, J.D. et.al. (2006).The Physics of Diagnostic Imaging, 2nd ed. London: Hodder Arnold Η καμπύλη είναι εκθετική σε μεγάλες δόσεις, αλλά παρουσιάζει έναν <<ώμο>> (shoulder), στην περιοχή των χαμηλών δόσεων ακτινοβόλησης. Η τιμή D o καθορίζει την κλίση του εκθετικού μέρους της καμπύλης και ισοδυναμεί με την δόση, η οποία θα ελαττώσει τα κύτταρα που επιβιώνουν, κατά ένα παράγοντα 0,37. Αυτό σημαίνει ότι όταν ένας κυτταρικός πληθυσμός ακτινοβοληθεί με δόση D o, ένα ποσοστό περίπου 63% των κυττάρων θα θανατωθεί και το 37% θα επιβιώσει. Ο αριθμός προεκβολής Ν (extrapolation number) λαμβάνεται από την προέκταση του εκθετικού τμήματος της καμπύλης, στον άξονα επιβίωσης. Ο αριθμός αυτός αντιπροσωπεύει τον βαθμό ακτινοευαισθησίας των κυττάρων και είναι αντιστρόφως ανάλογος προς αυτήν. Όσο δηλαδή, μεγαλύτερη είναι η τιμή του N, τόσο περισσότερο ανθεκτικά είναι τα κύτταρα στην ακτινοβολία. Οι τιμές της D o για την πλειονότητα των κυττάρων των θηλαστικών και για ακτινοβολίες χαμηλής LET κυμαίνονται μεταξύ 1 και 2 Gy. Οι δε τιμές του Ν κυμαίνονται μεταξύ 1 και 5. Το μέγεθος του <<ώμου>> καθώς και η κλίση της καμπύλης μπορεί να διαφοροποιούνται, ακόμα και για όμοια κύτταρα, ανάλογα με τις συνθήκες ανάπτυξης τους. Φαίνεται ότι για να θανατωθεί το κύτταρο των θηλαστικών, δύο ή περισσότεροι κρίσιμοι στόχοι θα πρέπει να δεχτούν τουλάχιστον από μια πλήξη. Ο <<ώμος>>, στις μικρές δόσεις ακτινοβόλησης, δείχνει ότι τα ακτινοβοληθέντα κύτταρα δέχτηκαν αριθμό πλήξεων (ιονισμούς), ο οποίος είναι μικρότερος εκείνου που απαιτείται για τη 15

16 θανάτωση του κυττάρου. Αυτό μπορεί να μεταφραστεί ως εξής: Στην περιοχή του ώμου της καμπύλης επιβίωσης, το κλάσμα των κυττάρων που φονεύονται, ανά μονάδα δόσης, είναι πολύ μικρότερο από ότι σε υψηλότερες δόσεις, όπου η καμπύλη είναι εκθετική, όπως στους ιούς. Με την αύξηση της δόσης ακτινοβόλησης, η πιθανότητα να δεχτούν όλοι οι κρίσιμοι στόχοι από μια πλήξη αυξάνει, με αποτέλεσμα τον θάνατο του κυττάρου (εκθετικό τμήμα καμπύλης). Ο ώμος, λοιπόν, είναι το αποτέλεσμα της συσσώρευσης των υποθανατηφόρων βλαβών, πριν μια βλάβη γίνει θανατηφόρος. 16

17 ΔΟΣΙΜΕΤΡΙΑ 1.5 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ιοντίζουσα ακτινοβολία ονομάζεται εκείνη η ακτινοβολία, που δημιουργεί ιόντα κατά τη διέλευσή της από ένα υλικό. Τα σωματίδια ή οι ακτίνες προσπίπτουν σε άτομα του υλικού και απομακρύνουν τα ηλεκτρόνια δημιουργώντας έτσι ιόντα. Η ενέργεια, στην περίπτωση της ιοντίζουσας ακτινοβολίας, μετράται σε ηλεκτρονιοβόλτ (ev), όπου το ένα ev είναι η ποσότητα ενέργειας, που αποκτά ένα ηλεκτρόνιο, όταν επιταχυνθεί από διαφορά δυναμικού ίση με ένα 1 Volt. Η σχέση μεταξύ ev και Joule είναι 1eV = 1,6*10-19 J. Το ev είναι μικρή μονάδα μέτρησης και γι αυτό, στη πράξη, χρησιμοποιούνται πολλαπλάσια του, που είναι τα kevκαι τα MeV. Γενικά η λέξη «δόση» αντιστοιχεί στη ποσότητα ενέργειας, που εναποτίθεται σε ένα μέσο, όταν ιοντίζουσα ακτινοβολία διαπερνά το μέσο αυτό. 1.6 ΟΡΙΣΜΟΣ ΔΟΣΗΣ a ) Απορροφούμενη Δόση Απορροφούμενη δόση είναι το δοσιμετρικό μέγεθος που εκφράζει την ενέργεια,που εναποτίθεται από την προσπίπτουσα ακτινοβολία ανά μονάδα μάζας της προσβαλλόμενης ύλης. Μονάδα απορροφούμενης δόσης είναι το Gray(Gy) που αντιστοιχεί σε απορροφούμενη ενέργεια 1 Joule/Kg προσβαλλόμενης ύλης. Είναι σημαντικό, όταν γίνεται αναφορά στην απορροφούμενη δόση, να επισημαίνεται το είδος του μέσου, στο οποίο εναποτίθεται η ιοντίζουσα ακτινοβολία. b ) Ισοδύναμη Δόση Η απορροφούμενη δόση δεν αναφέρεται στο μέγεθος της βλάβης, που γίνεται σε κάποιον ιστό ή το μέγεθος της επικινδυνότητας. Γι αυτό εισήχθει ο όρος ισοδύναμη δόση, που χρησιμοποιείται για να εκφράσει το βιολογικό αποτέλεσμα ενός συγκεκριμένου τύπου ακτινοβολίας σε όργανα ή ιστούς. Υπολογίζεται μέσω του πολλαπλασιασμού της απορροφούμενης δόσης στο όργανο ή τον ιστό επί ένα παράγοντα, που ορίστηκε το 1991 από τη Διεθνή Επιτροπή Ακτινοπροστασίας, ως παράγοντας βαρύτητας, W R, και εξαρτάται από το είδος και την ενέργεια της ακτινοβολίας, που προσπίπτει στο σώμα. Είδος & Ενέργεια W R Φωτόνια όλων των ενεργειών 1 Ηλεκτρόνια & μιόνια όλων των ενεργειών 1 Νετρόνια ενέργειας <10keV 5 10keV-100keV 10 17

18 100keV-2MeV 20 2MeV-20MeV 10 >20MeV 5 Πρωτόνια ενέργειας >2MeV 5 Σωματίδια α,προιόντα σχάσης, βαρείς 20 πυρήνες Πίνακας 1.2: παράγοντας βαρύτητας ακτινοβολίας W R σε Η ισοδύναμη δόση ιστού ή οργάνου δίνεται από την σχέση: H T = W R D TR, όπου D TR η μέση απορροφούμενη δόση από όργανο ή ιστό Τ, που οφείλεται στην ακτινοβολία R. Μονάδα ισοδύναμης δόσης είναι το Sievert(Sv). c) Ενεργός Δόση Όργανα- Ιστοί W R Γονάδες 0,20 Μυελός των οστών 0,12 Έντερο 0,12 Πνεύμονας 0,12 Στομάχι 0,12 Κύστη 0,05 Μαστός 0,05 Ήπαρ 0,05 Οισοφάγος 0,05 Θυροειδής 0,05 Δέρμα 0,01 Επιφάνεια οστών 0,01 Υπόλοιπα 0,05 Πίνακας 1.3: Παράγοντες βαρύτητας ιστού Τα όργανα και οι ιστοί παρουσιάζουν διαφορετική ευαισθησία στην ακτινοβολία και επομένως η επικινδυνότητα εξαρτάται από το είδος τους. Γι αυτό το λόγο η Διεθνής Επιτροπή Ακτινοπροστασίας όρισε έναν παράγοντα, που ονομάστηκε παράγοντας βαρύτητας ιστού W T, που για την ίδια ισοδύναμη δόση ΗΤ σε διάφορους ιστούς, σταθμίζει την σχετική συνεισφορά κάθε ιστού στη πρόκληση της βλάβης. Έτσι η ενεργός δόση είναι η συνολική ενεργός δόση για όλα τα όργανα και τους ιστούς, που εκτίθενται στην ακτινοβολία και εκφράζεται ως το άθροισμα των επιμέρους ισοδύναμων δόσεων αφού πολλαπλασιαστούν με τον παράγοντα βαρύτηταε ιστού(w T ). E= H T W T 18

19 1.7 ΓΡΑΜΜΙΚΩΣ ΕΝΑΠΟΤΙΘΕΜΕΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ (LET-Linear Energy Transfer) Εάν σε μήκος διαδρομής dx του σωματιδίου εναποτίθεται μέση ενέργεια de μικρότερη μιας τιμής Δ, τότε το πηλίκο: L Δ = de, ονομάζεται γραμμικώς εναποτιθέμενη ενέργεια, υπό περιορισμό. Στην περίπτωση που Δ=, δηλαδή δεν υπάρχει περιοριορισμός ενέργειας, τότε η L ή L αναφέρεται απλά σαν γραμμικώς εναποτιθέμενη ενέργεια(let). Η συνήθως χρησιμοποιούμενη μονάδα της γραμμικώς εναποτιθέμενης ενέργειας είναι το kev/μm. 1.8 ΔΟΣΙΜΕΤΡΑ ΘΕΡΜΟΦΩΤΑΥΓΕΙΑΣ (TLD) Η Aschan στην ακαδημαϊκή της διατριβή αναφέρει: τα δοσίμετρα θερμοφωταύγειας μπορούν να χρησιμοποιηθούν ιδιαίτερα για μετρήσεις της απορροφούμενης δόσης, που πραγματοποιούνται με σκοπό την διερεύνηση περιπτώσεων, όπου η πρόβλεψη της δόσης είναι δύσκολη και όχι στα πλαίσια της διαδικασίας ελέγχου. Και συμπληρώνει, Τα δοσίμετραθερμοφωταύγειας είναι ικανά για τον προσδιορισμό της απορροφούμενης δόσης στον ιστό για διάφορες συνθήκες κλινικής έκθεσης. (Ashan, C., (1999), Applicability of Thermoluminescent dosimeters inx-ray Organ Dose Determination and in the Dosimetry of Systemic and Boron Neutron Capture Radiotherapy, Academic Dissertation, University of Helsinki). Η λειτουργία του δοσίμετρου βασίζεται στο φαινόμενο της θερμοφωταύγειας. Σύμφωνα με το φαινόμενο αυτό, το ποσό της ενέργειας, που έχει απορροφήσει το δοσιμετρικό υλικό, μετά από έκθεση του σε ιοντίζουσες ακτινοβολίες, μετατρέπεται σε φωτεινή ενέργεια, αφού θερμανθεί κατάλληλα. Η ποσότητα της εκπεμπόμενης φωτεινής ενέργειας εξαρτάται από την ποσότητα ακτινοβολίας, που έχει απορροφηθεί και μπορεί μετά από κατάλληλη βαθμονόμηση και υπολογισμούς να δώσει εκτίμηση της ισοδύναμης δόσης. Τα πλεονεκτήματα του δοσίμετρου θερμοφωταύγειας είναι το χαμηλότερο όριο ανίχνευσης, η καλύτερη ακρίβεια, η δυνατότητα επαναχρησιμοποίησης και η μικρότερη επίδραση από τις κλιματολογικές συνθήκες. Υπάρχει μεγάλη ποικιλία στα υλικά, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν δοσίμετρα θερμοφωταύγειας. Μερικά παραδείγματα είναι: το φθοριούχο λίθιο με προσμίξεις Mg και Τi, βορικό λίθιο με προσμίξεις Mn και Cu, θειικό ασβέστιο και φθοριούχο ασβέστιο με προσμείξεις Mn ή Ti.Τα TLD συναντώνται σε διάφορες μορφές, ανάλογα με την εφαρμογή τους: σκόνη, μικροί κρύσταλλοι (chips), μικροί κρύσταλλοι (rods). Με την τοποθέτηση τους σε διάφορες θήκες, με ποικίλα φίλτρα, βρίσκουν εφαρμογή στη δοσιμετρία προσωπικού, δοσιμετρία νετρονίων κ.α. Ένα πλήρες δοσίμετρο αποτελείται από: μια έως τέσσερις παστίλιες δοσιμετρικού υλικού, μια θήκη με κατάλληλα φίλτρα και τον κωδικό αριθμό του δοσιμέτρου και τέλος μια εξωτερική διαφανή θήκη με clip ή λουράκι για την στερέωση του δοσιμέτρου στο στήθος ή τον καρπό του εργαζομένου, αντίστοιχα. dx 19

20 Εικόνες 1.2 & 1.3: a)ολόσωμο δοσίμετρο προσωπικού για ακτίνες Χ ή γ, b) δοσίμετρο νετρονίων Η ατομική δοσιμέτρηση των επαγγελματικά εκτεθειμένων σε ιοντίζουσες ακτινοβολίες και η τήρηση του Εθνικού αρχείου δόσεων πραγματοποιείται από τα εξειδικευμένα εργαστήρια της Ελληνικής Επιτροπής Ατομικής Ενέργειας. Σκοπός της ατομικής δοσιμέτρησης είναι η εκτίμηση της ισοδύναμης και της ενεργού ισοδύναμης δόσης για τον έλεγχο και τη μείωση της δόσης ακτινοβολίας στους εργαζόμενους. Το ετήσιο όριο δόσης για τους επαγγελματικά εκτεθειμένους για την ολόσωμη ακτινοβόληση(υπ.απ.1014(φορ)94.φεκ.216/β.6/3/01) είναι 20 msv κατά τη διάρκεια ενός έτους και 100 msv για περίοδο πέντε ετών. Τέλος στην Ελλάδα σήμερα δοσιμετρούνται σε μηνιαία βάση περίπου εργαζόμενοι με δοσίμετρα σώματος, 100 εργαζόμενοι με δοσίμετρα άκρων και 100 με δοσίμετρα νετρονίων. 20

21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 o : ΑΚΤΙΝΟΘΕΡΑΠΕΙΑ 2.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ακτινοθεραπεία σαν ιατρική δραστηριότητα ακολούθησε την ανακάλυψη των ιοντιζουσών ακτινοβολιών, των ακτίνων Χ από τον Roentgen το 1895 και της ραδιενέργειας από τον Bequerel το Ήδη από τα πρώτα έτη που μεσολάβησαν, από την ανακάλυψη των ιοντιζουσών ακτινοβολιών, έγινε φανερή η καταστροφή που επέφεραν σε υγιείς ιστούς των επιστημόνων, που ασχολήθηκαν με αυτές. Ήταν έτσι φυσικό επακόλουθο η χρήση τους για θεραπευτικούς σκοπούς με στόχο την καταστροφή κυρίως επιφανιακών νεοπλασιών. Η πρόοδος της ακτινοθεραπείας ακολούθησε την πρόοδο της τεχνολογίας στην παραγωγή και την χρήση των πηγών ιοντιζουσών ακτινοβολιών. Οι ανάγκες κυρίως της ακτινοθεραπείας για τον ορισμό και την θέσπιση μονάδων, που θα μετρούσαν αξιόπιστα την ποσότητα της ακτινοβολίας που χορηγείται στους ασθενείς, ήταν η αιτία που οδήγησε στην δημιουργία του Διεθνούς Οργανισμού Μονάδων και Μέτρησης Ακτινοβολίας (ICRU) το Μετά το 1940 η πρόοδος της ακτινοθεραπείας επιταχύνθηκε, διότι ακολούθησε την τεχνολογική πρόοδο, που είχε επιτευχθεί κατά την διάρκεια του Β παγκοσμίου πολέμου, τόσο στην παραγωγή τεχνητών ραδιονουκλιδίων, όσο και στην κατασκευή επιταχυντών. 2.2 ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΑΚΤΙΝΟΘΕΡΑΠΕΙΑΣ Ο σκοπός της ακτινοθεραπείας είναι να χορηγήσει την, κατά το δυνατόν, υψηλότερη απορροφούμενη δόση στους καρκινικούς ιστούς, ώστε έτσι να επιτευχθεί η μέγιστη πιθανότητα ελέγχου της ανάπτυξης των καρκινικών κυττάρων, ενώ ταυτόχρονα πρέπει να περιορίζεται η βλάβη των ακτινοβολούμενων μη καρκινικών ιστών και οργάνων σε αποδεκτό επίπεδο. 2.3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΚΤΙΝΟΘΕΡΑΠΕΙΑΣ Τρεις είναι οι τρόποι, με τους οποίους η ακτινοθεραπεία μπορεί να ακτινοβολεί τους ιστούς: i)με την χρήση εξωτερικών δεσμών ιοντιζουσών ακτινοβολιών ii)με την χρήση κλειστών πηγών ιοντιζουσών ακτινοβολιών, που τοποθετούνται στο σώμα των ασθενών (βραχυθεραπεία) iii)με την χρήση ανοικτών πηγών, δηλαδή ραδιενεργών ουσιών, που χορηγούνται στους ασθενείς. Η θεραπεία με εξωτερικές δέσμες είναι η συνηθέστερη μέθοδος ακτινοθεραπείας. Χρησιμοποιεί δέσμες φωτονιών από γραμμικούς επιταχυντές, φωτόνια γ από μονάδες 21

22 60 Co παλαιότερα και ακτίνες Χ, από λυχνίες παραγωγής ακτινοβολίας Χ. Για την θεραπεία καρκινικών όγκων σε μικρό βάθος χρησιμοποιούνται δέσμες ηλεκτρονίων. Στην βραχυθεραπεία χρησιμοποιούνται εγκεκλισμένες, σε περίβλημα, ραδιενεργές πηγές, οι οποίες τοποθετούνται μέσα στον καρκινικό όγκο για να τον ακτινοβολήσουν τελείως τοπικά, ώστε να ελαχιστοποιηθεί η δόση στους γύρω μη καρκινικούς ιστούς. Συνήθεις ενδείξεις θεραπευτικής αντιμετώπισης καρκίνων με βραχυθεραπεία είναι ο καρκίνος του ρινοφάρυγγος, παραρρινίων κόλπων, στοματικής κοιλότητας, μεταστατικοί λεμφαδένες στο τράχηλο, μαστού, γυναικολογικών οργάνων, τραχήλου μήτρας, κόλπου, ενδομητρίου, αιδοίου, πέους, προστάτη αδένα, κατωτέρου άκρου παχέως εντέρου δηλαδή ορθού και δακτυλίου, όγκων μαλακών μορίων κλπ, κάτω από ορισμένες συνθήκες. Η χρήση των ανοικτών πηγών αποτελεί την λιγότερο συνήθη μέθοδο στην ακτινοθεραπεία και συνίσταται στην χορήγηση ανοικτών ραδιενεργών πηγών, δηλαδή πηγών που δεν είναι εγκεκλισμένες σε κάποιο περίβλημα. Οι πηγές αυτές εντοπίζονται, ανάλογα με την χημική τους μορφή, στον καρκινικό όγκο, τον οποίο και ακτινοβολούν. 2.4 ΑΚΤΙΝΟΘΕΡΑΠΕΙΑ ΜΕ ΕΞΩΤΕΡΙΚΗ ΔΕΣΜΗ ΦΩΤΟΝΙΩΝ Τα φωτόνια, που χρησιμοποιούνται για την εξωτερική ακτινοθεραπεία, χαρακτηρίζονται όλα από τις ίδιες φυσικές παραμέτρους, αλλά διαχωρίζονται και σε διάφορες κατηγορίες ανάλογα με την προέλευσή τους, τα μέσα παραγωγής τους και την ενέργεια τους. Η προέλευση των δεσμών φωτονίων χωρίζεται σε δύο κατηγορίες: ακτίνες γ, που προέρχονται από ραδιενεργούς πυρήνες σε μονάδες κοβαλτίου και ακτίνες Χ, οι οποίες προέρχονται από στόχο, που βομβαρδίζεται μεενεργητικά ηλεκτρόνια. Οι ακτίνες Χ, από το στόχο, αποτελούνται από φωτόνια επιβράδυνσης και χαρακτηριστικά φωτόνια. Οι ακτίνες Χ παράγονται είτε σε ένα σωλήνα ακτίνων Χ (superficialή orthovoltage ακτίνες Χ ) ή σε γραμμικό επιταχυντή.( ακτίνες Χ megavoltage ). Κατανομή δόσης βάθους φωτονίων Καθώς η δέσμη φωτονίων εισέρχεται στον ασθενή, παράγονται ηλεκτρόνια στην επιφάνεια και στα διαδοχικά επόμενα στρώματα ύλης. Η παραγωγή αυτή ηλεκτρονίων γίνεται μέσω των τριών φαινομένων αλληλεπίδρασης των φωτονίων με την ύλη, τα οποία είναι το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, η σκέδαση Compton και η δίδυμη γένεση. Όσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια των φωτονίων τόσο μεγαλύτερη είναι η μέση κινητική ενέργεια των αρχικά παραγόμενων ηλεκτρονίων και τόσο μακρύτερα ταξιδεύουν, ώσπου να αποθέσουν την ενέργεια τους και να συνεισφέρουν σε δόση. Επειδή, λοιπόν, η ενέργεια αποδίδεται σε μεγαλύτερο βάθος από αυτό στο οποίο παράγονται τα ηλεκτρόνια, όταν μια δέσμη φωτονίων υψηλών ενεργειών εισέλθει σε ένα μέσο, η απορροφούμενη δόση αυξάνει σταδιακά με το βάθος μέχρι 22

23 ένα βάθος ηλεκτρονικής ισορροπίας (όπου όσα ηλεκτρόνια παράγονται τόσα σταματούν). Στη συνέχεια η δόση μειώνεται, αυξανόμενου του βάθους λόγω α) της εκθετικής απόσβεσης των φωτονίων της δέσμης και β) της αύξησης της απόστασης (η δόση μειώνεται αντιστρόφως ανάλογα του τετραγώνου της απόστασης). Το φαινόμενο της σταδιακής αύξησης της δόσης από την επιφάνεια προς το βάθος (built up) είναι σημαντικό για τις δέσμες φωτονίων μεγάλης ενέργειας. Επειδή η δόση επιφάνειας είναι πολύ μικρότερη από τη δόση μεγίστου (Dmax) παρέχεται ένα πλεονέκτημα που, στην κλινική πράξη, ονομάζεται φαινόμενο διαφύλαξης της επιδερμίδας. Έτσι, δεδομένης και της υψηλής % δόσης βάθους των, υψηλής ενέργειας, φωτονίων μεγάλη δόση σε έναν όγκο, που βρίσκεται σε βάθος, χωρίς να ξεπεράσουμε την δόση ανοχής της επιδερμίδας. Διάγραμμα 2.1: Κατανομή δόσης βάθους στον κεντρικό άξονα για διάφορες ενέργειες φωτονίων(δεδομένα από την HPA, Central axis depth dose data for use in radiotherapy. BrRadio [suppi. 17], 1983 Συνοψίζοντας, τα πλεονεκτήματα της χρήσης δεσμών φωτονίων υψηλών ενεργειών για θεραπεία είναι: 1) Διαφύλαξη της επιδερμίδας, 2) Μεγαλύτερες δόσεις σε όγκους στο βάθος (μεγαλύτερη % δόση βάθους), 3) Λιγότερη σκεδαζόμενη ακτινοβολία στα πλάγια και σαφέστερα ορισμένα τα άκρα της δέσμης, με διαφύλαξη των εφαπτόμενων υγιών ιστών και ευαίσθητων οργάνων και 4) κύριο φαινόμενο αλληλεπίδρασης είναι το φαινόμενο Compton (ανεξάρτητο του ατομικού αριθμού) με μεγαλύτερη ομοιογένεια της δόσης και λιγότερη επιβάρυνση των οστών. 2.5 ΑΚΤΙΝΟΘΕΡΑΠΕΙΑ ΜΕ ΕΞΩΤΕΡΙΚΗ ΔΕΣΜΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ Κατανομή δόσης βάθους ηλεκτρονίων Τα ηλεκτρόνια υψηλών ενεργειών είναι η πιο συνηθισμένη εξωτερική σωματιδιακή δέσμη στην ακτινοθεραπεία. Η κατανομή της % δόσης βάθους δίνει την δόση κατά μήκος του κεντρικού άξονα της δέσμης ως ποσοστό της μέγιστης δόσης. 23

24 Όταν τα ηλεκτρόνια εισέλθουν στο μέσο χάνουν σταδιακά την ενέργεια τους και σταματούν μετά από συγκεκριμένο μήκος διαδρομής, που εξαρτάται από την αρχική τους ενέργεια. Παράλληλα λόγω της μικρής τους μάζας οπισθοσκεδάζονται σε μεγάλο βαθμό, με αποτέλεσμα την επιπεδότητα στην αρχή της καμπύλης που δίνει την κατανομή της % δόσης βάθους. Αυτό παρέχει και το πλεονέκτημα της χρήσης των δεσμών ηλεκτρονίων για θεραπεία επιφανειακών βλαβών, όπου ανάλογα με το απαιτούμενο βάθος επιλέγεται και η κατάλληλη ενέργεια ηλεκτρονίων. Διάγραμμα 2.2: Κατανομή δόσης βάθους στον κεντρικό άξονα για δέσμη ηλεκτρονίων ενέργειας MeV. (Δεδομένα από την HPA, Central axis depth dose data for use in radiotherapy. BrRadio [suppi. 17], 1983 Συνοψίζοντας, τα πλεονεκτήματα της χρήσης δεσμών ηλεκτρονίων υψηλών ενεργειών για θεραπεία είναι: 1) Ομοιογενής δόση από την επιφάνεια ως ορισμένο βάθος, εξαρτώμενο από την ενέργεια της δέσμης και 2) Απότομη μείωση της δέσμης κάτω από το βάθος εμβέλειας των ηλεκτρονίων με διαφύλαξη των υποκείμενων ιστών. 2.6ΕΚΛΟΓΗ ΤΗΣ ΚΑΤΑΛΛΗΛΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΘΕΡΑΠΕΙΑΣ Η εκλογή της κατάλληλης τεχνικής ακτινοθεραπείας αποσκοπεί στην ακτινοβόληση του target-volume και όσο είναι δυνατόν μόνο αυτού, ώστε να αποφευχθεί η επιβάρυνση των υγιών ιστών με δόση μεγαλύτερη από τη δόση ανοχής τους. a)τεχνική ενός πεδίου Με την επιλογή της ενέργειας της δέσμης φωτονίων υπάρχει δυνατότητα πρόσβασης σε διαφορετικά βάθη με μία μόνο δέσμη (πεδίο), αλλά συνήθως δεν επιτυγχάνεται η ομοιογενής ακτινοβόληση της περιοχής του target-volume, ενώ επιβαρύνονται οι υγιείς ιστοί στην είσοδο της δέσμης. b)τεχνική πολλαπλών πεδίων Με σκοπό να επιτευχθεί υψηλότερη δόση σε όγκους στο βάθος χρησιμοποιήθηκαν, ήδη από την αρχή της ακτινοθεραπείας με τα κλασσικά μηχανήματα παραγωγής ακτινών Χ, πολλαπλά πεδία, των οποίων οι άξονες διασταυρώνονταν στον όγκο. Η 24

25 εισαγωγή των μονάδων κοβαλτίου και αργότερα των επιταχυντών (ενέργειες 1 έως 25 ΜV) αύξησε δραματικά την αποτελεσματικότητα των τεχνικών με πολλαπλά διασταυρούμενα πεδία. Στο κάθε πεδίο δίνεται το κατάλληλο σχήμα, επιλέγοντας διαφορετικό άνοιγμα του κατευθυντήρα. Πολλές φορές παρεμβάλλονται στην πορεία της δέσμης μολύβδινα μπλοκ για περαιτέρω περιορισμό της δέσμης και προστασία των ευαίσθητων οργάνων, δημιουργώντας ακανόνιστα πεδία. Επίσης χρησιμοποιούνται ειδικοί ηθμοί (γωνιακά φίλτρα-wedges), που απορροφούν σε διαφορετικό βαθμό τηδέσμη τροποποιώντας την κατανομή της δόσης εντός του ασθενή. Αλλάζοντας τις γωνίες στόχευσης και το μέγεθος των δεσμών, αλλάζει και το σχήμα της ακτινοβολούμενης περιοχής. Η χρήση πολλαπλών πεδίων οδήγησε σύντομα και στην τεχνική της τοξοθεραπείας (IMRT), όπου υπάρχει συνεχής κίνηση της δέσμης γύρω από το target-volume. Η αρχή των πολλαπλών πεδίων παραμένει ακόμα και σήμερα η βάση των περισσότερων εξειδικευμένων τεχνικών ακτινοθεραπείας. c) Τεχνική τρισδιάστατης σύμμορφης ακτινοθεραπείας (3-D conformal radiotherapy) Με την τεχνική αυτή επιτυγχάνονται κατανομές δόσης εντός του ασθενή, στις οποίες η υψηλή δόση θεραπείας δίνεται μόνο στο προκαθορισμένο τρισδιάστατο target-volume, ακολουθώντας όσο το δυνατόν το σχήμα του και ελαχιστοποιώντας τη δόση στους υγιείς ιστούς. Η τρισδιάστατη σύμμορφη ακτινοθεραπεία έγινε εφικτή με τη χρήση του πολύφυλλου κατευθυντήρα (multi-leaf collimator, MLC) για τον περιορισμό της δέσμης. Ο πολύφυλλος κατευθυντήρας αποτελείται από δύο ομάδες πολλαπλών στενών φύλλων βολφραμίου, που κινούνται ανεξάρτητα μεταξύ τους σύμφωνα με το πλάνο θεραπείας, ακολουθούν το σχήμα του όγκου και διευκολύνουν τη δημιουργία ακανόνιστων πεδίων ώστε σε κάθε χρησιμοποιούμενη δέσμη θεραπείας να καλύπτεται μόνο το target-volume.η τεχνική αυτή χρησιμοποιείται ευρέως σήμερα στα νοσοκομεία της Ελλάδας, όπου εφαρμόζεται η ακτινοθεραπεία. d) Τεχνική μεταβλητής έντασης πεδίων ακτινοθεραπείας (Intensity Modulated Radiation Therapy, IMRT) Με την τεχνική της σύμμορφης ακτινοθεραπείας δεν επιτυγχάνεται πάντα η δυνατότητα χορήγησης αυξημένων δόσεων, ιδιαίτερα όταν ο όγκος, που πρόκειται να ακτινοβοληθεί, είναι κοίλος και γειτνιάζει με ευαίσθητα όργανα. Επίσης μερικές φορές απαιτείται μη ομοιογενής ακτινοβόληση του ίδιου του target-volume, λόγω της διαφορετικής βιολογικής συμπεριφοράς των περιοχών. Πολύ καλά αποτελέσματα επιτυγχάνονται σε αυτές τις περιπτώσεις με τη χρήση πεδίων μεταβλητής έντασης. Οι γραμμικοί επιταχυντές παρέχουν δέσμες ακτίνων Χ ομοιογενούς έντασης σε όλη την έκταση του πεδίου ακτινοβολίας. Η αρχή της τεχνικής μεταβλητής έντασης πεδίων συνιστάται στο να γίνει θεραπεία του ασθενή με έναν αριθμό δεσμών διαφορετικών διευθύνσεων(ή συνεχών τόξων), που δεν έχουν ομοιογενή ένταση σε όλη την έκταση του πεδίου. Η κατανομή της έντασης της κάθε δέσμης βελτιστοποιείται από το υπολογιστικό σύστημα σχεδιασμού θεραπείας. Το πρόγραμμα του πλάνου θεραπείας χωρίζει την κάθε δέσμη (πεδίο) σε υποπεδία και 25

26 καθορίζει το βέλτιστο σχήμα και τη δόση του καθενός, ώστε το άθροισμα τους να δημιουργεί την επιθυμητή δέσμη μεταβλητής έντασης. Για τον σχεδιασμό της θεραπείας είναι απαραίτητη η δυνατότητα του υπολογιστικού συστήματος για αντίστροφο σχεδιασμό, όπου ξεκινώντας από την προκαθορισμένη δόση στο targetvolume και στα ευαίσθητα όργανα/δομές, καθορίζει τις δέσμες μεταβλητής έντασης. Ο καθοδηγούμενος κατευθυντήρας πολλαπλών φύλλων (MLC) είναι επίσης απαραίτητος στην τεχνική αυτή, εφόσον με την βοήθεια του δημιουργούνται τα υποπεδία ακτινοβόλησης. Τα υποπεδία χορηγούνται είτε διαδοχικά με διακοπή της ακτινοβολίας (step and shoot), είτε συνεχώς χωρίς διακοπή της ακτινοβολίας με συνεχή εναλλαγή των φύλλων του κατευθυντήρα (dynamic IMRT), είτε ακόμη με συνεχή εναλλαγή των φύλλων κατάτη διάρκεια τοξοθεραπείας. 2.7 ΤΥΠΟΙ ΑΚΤΙΝΟΘΕΡΑΠΕΙΑΣ Αναλόγως του στόχου της ακτινοθεραπείας, αυτή διακρίνεται σε δύο κατηγορίες: α) την παρηγορική, με στόχο τη θεραπεία και την ανακούφιση του ασθενή από τα συμπτώματα της νόσου β) την ριζική, με στόχο την επίτευξη θεραπείας της νόσου a) Παρηγορική ακτινοθεραπεία Ο σχεδιασμός θεραπείας, για παρηγορική ακτινοθεραπεία, είναι μια απλή διαδικασία που συνήθως τεχνικά διενεργείται με μια μονήρη ή παράλληλες αντίθετες δέσμες ακτινοβολίας, θεωρώντας ότι ο ασθενής έχει στην περιοχή ακτινοθεραπείας ιστούς ομοιόμορφης πυκνότητας και πάχους. Οι δόσεις ακτινοβολίας, για την παρηγορική ακτινοθεραπεία, είναι συνήθως μικρές και οι δόσεις στα πλησιέστερα ζωτικά όργανα ή ακόμη και επί του όγκου, προς θεραπεία, δεν δημιουργούν πρόβλημα. b) Ριζική ακτινοθεραπεία Ο σχεδιασμός ακτινοθεραπείας, για ριζική θεραπεία, είναι πιο σύνθετο πρόβλημα και επιτυγχάνεται με τα ηλεκτρονικά συστήματα σχεδιασμού θεραπείας. Ο κύριος στόχος είναι η προώθηση μεγάλης και ομοιόμορφης δόσης στον όγκο- στόχο, εξασφαλίζοντας παράλληλα τη μικρότερη δυνατή δόση στα γύρω υγιή όργανα. Είναι σημαντικό να προσδιορίζονται προσεκτικά οι ανατομικές δομές του ασθενή στην περιοχή ακτινοθεραπείας και στην εντόπιση του όγκου-στόχου, ώστε η κατανομή δόσης να μπορεί να υπολογισθεί ακριβώς. c) Επικουρική ακτινοθεραπεία Η επικουρική ακτινοθεραπεία συνοδεύει τη συνήθως ατελή δράση της χειρουργικής επέμβασης ή της χημειοθεραπείας, στοχεύει στην επίτευξη τοπικού ελέγχου της νόσου, έχει αυξημένη διάρκεια και δόσεις σχετικά υψηλές, που πλησιάζουν εκείνες της ριζικής ακτινοθεραπείας. 26

27 d) Προφυλακτική ακτινοθεραπεία Η προφυλακτική ακτινοθεραπεία έχει στόχο να προφυλάξει κάποια περιοχή, που δεν πάσχει, από πιθανή διήθηση από τη νεοπλασία σε δεύτερο χρόνο. Συνήθως αυτή συνοδεύει άλλες θεραπευτικές μεθόδους(ριζική-επικουρική), έχει σύντομη διάρκεια μερικών εβδομάδων και συνολικά η χορηγούμενη δόση είναι χαμηλή. 27

28 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο : ΠΛΑΝΟ ΘΕΡΑΠΕΙΑΣ 3.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το κεφάλαιο αυτό πραγματεύεται την διαδικασία, που ακολουθείται για την δημιουργία του πλάνου θεραπείας, βάσει του οποίου πραγματοποιείται η ακτινοθεραπεία. Τα πλάνα θεραπείας αποτελούν το σημαντικότερο κομμάτι στη θεραπεία του καρκίνου, διότι μέσω αυτών επιλέγονται, με το βέλτιστο τρόπο, τα πεδία, που θα εφαρμοστούν, και οι ενέργειες τους. Έτσι εξασφαλίζεται η ομοιόμορφη κατανομή της δόσης, μειώνονται, όσο το δυνατόν, οι παρενέργειες από την ακτινοβολία και προφυλάσονται τα γύρω υγιή όργανα. Ακόμα, μέσω του πλάνου, δίνεται η δυνατότητα υπολογισμού της δόσης στη πάσχουσα περιοχή, πριν την ακτινοβόληση της, και έτσι υπάρχει περιθώριο αλλαγών του, ώστε να επιτευχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα. Παλαιότερα, οι πληροφορίες των ασθενών, που απαιτούνταν για το πλάνο θεραπείας και πιο συγκεκριμένα οι διαστάσεις τους, για τον προσδιορισμό των περιγραμμάτων του όγκου και των οργάνων, μετρούνταν πάνω στο δέρμα με παχύμετρο. Επίσης το ενιαίο περίγραμμα του ασθενούς προέκυπτε με τη χρήση σύρματος από μόλυβδο ή λωρίδων από γύψο και μεταφέρονται σε ένα φύλλο χαρτιού μιλιμετρέ, με τα σημεία αναφοράς να προσδιορίζονται. Ο υπολογισμός της δόσης γινόταν στο χέρι με την χρήση των μαθηματικών τύπων, που υπήρχαν για τον προσδιορισμό της δόσης. Σήμερα οι διαστάσεις του όγκου-στόχου και των γύρω οργάνων προσδιορίζονται, με ακρίβεια, μέσω της ακτινογραφίας προσομοίωσης στον αξονικό τομογράφο και μεταφέρονται στο πρόγραμμα του πλάνου, μέσω του οποίου πραγματοποιείται και ο υπολογισμός της δόσης. 3.2 ΓΕΝΙΚΑ Η ακτινοθεραπεία εξωτερικής δέσμης φωτονίων συνήθως διεξάγεται με περισσότερες από μία δέσμη ακτινοβολίας, προκειμένου να επιτευχθεί μια ομοιόμορφη κατανομή της δόσης εντός του στόχου και όσο το δυνατόν χαμηλότερη δόση στους υγιείς ιστούς, που τον περιβάλλουν. Η, υπ αριθμόν 50, έκθεση της ICRU προτείνει η κατανομή της δόσης στο στόχο να κυμαίνεται εντός + 7 % (107%) και -5 % (95%) της δόσης, που παραδίδεται σε ένα καλά καθορισμένο σημείο εντός του όγκου-στόχου (target-volume). H σύγχρονη ακτινοθεραπεία φωτονίων διεξάγεται, ακολουθώντας μία από τις δύο συμβάσεις set up, που περιγράφονται παρακάτω: α) Σε ένα SSD set-up, η απόσταση από την πηγή στην επιφάνεια τουασθενής διατηρείται σταθερή για όλες τις δέσμες β)σε ένα SAD set-up, το κέντρο του όγκου-στόχου(target volume) τοποθετείται στο ισόκεντρο μηχανής. Οι ενέργειες της δέσμης κλινικών φωτονίων κυμαίνονται από επιφανειακές ( kvp ), σε orthovoltage ( kvp ), και σε megavoltage ενέργειες( 60 Co-25 MV ). Καθώς και τα μεγέθη του πεδίου κυμαίνονται από μικρά κυκλικά πεδία, που χρησιμοποιούνται στην ακτινοχειρουργική, σε σταθερά ορθογώνια, σε μη- 28

29 συμμετρικά(irregular) πεδία, και σε πολύ μεγάλα πεδία, που χρησιμοποιούνται για την ολόσωμη ακτινοβόληση ( TBI ). 3.3 ΟΡΙΣΜΟΣ VOLUME Ο ορισμός του όγκου-στόχου αποτελεί προϋπόθεση για τον 3-D σχεδιασμό του πλάνου θεραπείας και για την ακριβή απόδοση της δόσης. Οι εκθέσεις Νο 50 και 62 της ICRU καθορίζουν και περιγράφουν διάφορους στόχους και κρίσιμες δομές όγκων, που βοηθούν στην επεξεργασία της διαδικασίας σχεδιασμού και παρέχουν μια βάση για σύγκριση των αποτελεσμάτων της θεραπείας. Οι κυριότεροι όγκοι, που σχετίζονται με το σχεδιασμό της θεραπείας 3 D είναι οι: gross tumour volume (GTV), clinical target volume (CTV), internal target volume (ITV) and planning target volume (PTV). a) Gross tumour volume Το Gross Tumour Volume (GTV) είναι η ψηλαφητή ή ορατή/ αποδεδειγμένη έκταση και θέση των κακοηθών όγκων (ICRU ReportNo. 50). Το GTV συνήθως βασίζεται σε πληροφορίες που προκύπτουν από το συνδυασμό των απεικονιστικών μεθόδων ( αξονική τομογραφία ( CT ), μαγνητική τομογραφία (MRI), υπερήχους, κλπ), των διαγνωστικών μεθόδων ( παθολογία και ιστολογικές εκθέσεις, κ.λπ.) και την κλινική εξέταση. b) Clinical target volume Το clinical target volume (CTV) είναι ο όγκος του ιστού που περιέχει ένα αποδεδειγμένο GTV ή / και υπο - κλινική μικροσκοπική κακοήθη νόσο, η οποία πρέπει να εξαλειφθεί. Ο όγκος αυτός πρέπει, συνεπώς, να αντιμετωπίζεται επαρκώς, προκειμένου να επιτευχθεί ο στόχος της θεραπείας, ίαση ή ανακούφιση (ICRU Report No. 50). Το CTV συχνά περιλαμβάνει την περιοχή γύρω από το GTV, η οποίαμπορεί να περιέχει μικροσκοπική νόσο και άλλες περιοχές, που θεωρείται ότι διατρέχουν κίνδυνο και απαιτούν θεραπεία (π.χ. λεμφαδένες ). ΤοCTV είναι ένας ανατομικόςκλινικός όγκος και συνήθως καθορίζεται από τον ογκολόγο-ακτινοθεραπευτή. Το CTVσυνήθως ορίζεται ως σταθερό ή μεταβλητό περιθώριο γύρω από το GTV π.χ. CTV = GTV + 1 cm περιθώριο, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις είναι το ίδιο με το GTV, π.χ. boost του προστάτη, μόνο στον αδένα.μπορεί να υπάρχουν πολλά μη διαδοχικά CTV, τα οποία ενδέχεται να απαιτούν διαφορετικέςσυνολικές δόσεις για την επίτευξη των θεραπευτικών στόχων. 29

30 c) Internal target volume Το ITV αποτελείται από το CTV καθώς και ένα εσωτερικό περιθώριο. Το εσωτερικό περιθώριο έχει σχεδιαστεί για να λαμβάνει υπόψη τις μεταβολές στο μέγεθος και τη θέση του CTV, σε σχέση με την εικόνα αναφοράς του ασθενούς, που συνήθως καθορίζεται από την ανατομία των οστών, π.χ. διακυμάνσεις οφειλόμενες σε κινήσεις οργάνων, όπως η αναπνοή και η ουροδόχος κύστη ή τα περιεχόμενα του ορθού (έκθεση ICRU αριθ 62 ). d) Planning target volume Το planning target volume (PTV) είναι μια γεωμετρική έννοια, και καθορίζεται, ώστε να επιλέγονται τα κατάλληλα χαρακτηριστικά της δέσμης, λαμβάνοντας υπόψη το καθαρό αποτέλεσμα όλων των πιθανών γεωμετρικών παραλλαγών, προκειμένου να διασφαλιστεί ότι η συνταγογραφούμενη δόση απορροφάται πραγματικά από το CTV (ICRU Report No. 50). Το PTV συνδέεται με το πλαίσιο αναφοράς του γραμμικού επιταχυντή και συχνά περιγράφεται ως το CTV συν ένα σταθερό ή μεταβλητό περιθώριο, π.χ.ptv = CTV + 1 cm. Συνήθως ένα ενιαίο PTV χρησιμοποιείται για να περικλείει ένα ή περισσότερα CTV, που απευθύνονται σε μια ομάδα πεδίων. Το PTV εξαρτάται από την ακρίβεια των εργαλείων, όπως τις συσκευές ακινητοποίησης και τα λέιζερ, αλλά δεν περιλαμβάνει όρια για τα δοσιμετρικά χαρακτηριστικά της δέσμης, όπως περιοχές όπου σχηματίζεται παρασκιά και περιοχές built-up. Σε αυτές είναι αναγκαία επιπλέον όρια, κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού του πλάνου θεραπείας και της θωράκισης. 3.4 ΟΡΓΑΝΑ ΣΕ ΚΙΝΔΥΝΟ (OAR) Τα όργανα σε κίνδυνο είναι όργανα, των οποίων η ευαισθησία στην ακτινοβολία είναι τέτοια, ώστε ηδόση που λαμβάνεται από ένα πλάνο θεραπείας μπορεί να είναι σημαντική σε σύγκριση με την ανοχή τους, με αποτέλεσμα να απαιτείται ενδεχομένως μια αλλαγή στη ρύθμιση της δέσμης ή μια αλλαγή στη δόση. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στα όργανα που, αν και δεν γειτνιάζουν άμεσα με το CTV, έχουν πολύ χαμηλή δόση ανοχής (π.χ. ο φακός του ματιού κατά τη διάρκεια θεραπείας ρινοφαρυγγικών ή εγκεφαλικών όγκων). 30

31 Εικόνα 3.1: Γραφική αναπαράσταση των όγκων, όπως καθορίζονται στις εκθέσεις Νο 50 & 62 της ICRU 3.5 ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΤΗΣ ΔΟΣΗΣ Μια σαφώς καθορισμένη συνταγή ή το σημείο αναφοράς μαζί με λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με τη συνολική δόση, τη κλασματική δόση και τις συνολικές μέρες θεραπείας, που έχουν παρέλθει, επιτρέπει τη σωστή σύγκριση των αποτελεσμάτων. Αρκετές παράμετροι, σχετικά με την δόση έχουν καθοριστεί στις εκθέσεις Νο 23 και 50 της ICRU για το σκοπό αυτό : H ελάχιστη δόση στο target volume προκύπτει από τη κατανομή της δόσης στο πλάνο θεραπείας ή από το DVH (βλ. παρακάτω στο κεφάλαιο). Η μέγιστη δόση στο target volume προκύπτει εξίσου από τη κατανομή της δόσης στο πλάνο θεραπείας ή το DVH. Η μέση δόση στο target volume προκύπτει ως η μέση δόση όλων των υπολογισμένων target-points. Το σημείο αναφοράς, που εκπροσωπεί τη παρεχόμενη δόση, σύμφωνα με την ICRU επιλέγεται, με βάση τα ακόλουθα κριτήρια: -Το σημείο αυτό θα πρέπει να βρίσκεται σε μια περιοχή, όπου η δόση μπορεί να υπολογιστεί με ακρίβεια ( δηλαδή χωρίς built-up ή απότομες κλίσεις ). -Το σημείο θα πρέπει να είναι στο κεντρικό τμήμα του PTV. Ουσιαστικά το ισόκεντρο προτείνεται ως σημείο αναφοράς της ICRU. Ειδικές συστάσεις γίνοται, όσον αφορά τη θέση του σημείου αναφοράς της ICRU για συγκεκριμένους συνδυασμούς δεσμών: -Για μια ενιαία δέσμη : το σημείο τίθεται επί του κεντρικού άξονα στο κέντρο του target volume. -Για αντίθετες ισοβαρείς δέσμες : το σημείο στον κεντρικό άξονα τίθεται σε ίση απόσταση από τα σημεία εισόδου της δέσμης. -Για αντίθετες ανισοβαρείς δέσμες : το σημείο τίθεται στον κεντρικό άξονα στο κέντρο του target volume. 31

32 -Για άλλους συνδυασμούς διασταυρούμενων δεσμών : το σημείο τίθεται στη διασταύρωση των κεντρικών αξόνων. 3.6 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΘΕΡΑΠΕΙΑΣ Η διαδικασία προσομοίωσης του ασθενή αναπτύχθηκε αρχικά για να εξασφαλίσει ότι οι δέσμες, που χρησιμοποιούνταν για τη θεραπεία, είχαν επιλεγεί σωστά και στοχευθεί κατάλληλα στον όγκο-στόχο. Σήμερα, η προσομοίωση θεραπείας έχει έναν πιο διευρυμένο ρόλο στη θεραπεία των ασθενών και για την εκτέλεση της, ακολουθούνται τα παρακάτω βήματα: Προσδιορισμός της θέσης θεραπείας ασθενούς. Προσδιορισμός του όγκου των στόχων και των οργάνων σε κίνδυνο. Προσδιορισμός και επαλήθευση της γεωμετρίας στον τομέα της θεραπείας. Δημιουργία ακτινογραφιών προσομοίωσης για κάθε δέσμη για σύγκριση με το online portal imaging. (βλ. παρακάτω στο κεφάλαιο) Απόκτηση δεδομένων ασθενούς για το σχεδιασμό της θεραπείας. Η απλούστερη μορφή της προσομοίωσης περιλαμβάνει τη χρήση του portal film, που λαμβάνεται από τη μηχανή θεραπείας, πριν από τη θεραπεία, προκειμένου να καθοριστεί η γεωμετρία της δέσμης και να επαληθευτεί η σωστή θέση του ασθενή στη κλίνη του επιταχυντή. Ωστόσο, δεν είναι πρακτικό να εκτελούνται προσομοιώσεις σε μηχανές θεραπείας. Οι λόγοι είναι οι εξής: πρώτον οι περισσότερες αλληλεπιδράσεις φωτονίων με βιολογικό υλικό, στο MV φάσμα της ενέργειας, είναι Compton αλληλεπιδράσεις και παράγουν διάσπαρτα φωτόνια, που μειώνουν την αντίθεση και αμαυρώνουν την εικόνα, δεύτερον το μεγάλο μέγεθος της πηγής ακτινοβολίας αυξάνει τις αρνητικές επιπτώσεις της παρασκιάς στη ποιότητα της εικόνας. Για τους παραπάνω λόγους, έχει αναπτυχθεί ειδικός εξοπλισμός για την προσομοίωση της ακτινοθεραπείας. Τέλος, σήμερα, τα σύγχρονα συστήματα προσομοίωσης βασίζονται στην αξονική τομογραφία (CT) ή στη μαγνητική τομογραφία (MR) και αναφέρονται ως CT προσομοιωτές ή MR προσομοιωτές. 3.7 ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ ΑΣΘΕΝΗ ΚΑΙ ΜΕΣΑ ΑΚΙΝΗΤΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΟΥ Ανάλογα με τη θέση του ασθενή, που θέλουμε να επιτύχουμε κατά τη θεραπεία ή την ακρίβεια που απαιτείται, κατά τη διάδοση της δέσμης της ακτινοβολίας μέσα στο σώμα, οι ασθενείς μπορεί να χρειάζονται εξωτερικά ακινητοποιητικά στηρίγματα για την θεραπεία τους. Τα στηρίγματα ακινητοποίησης έχουν δύο θεμελιώδεις ρόλους: πρώτον για να ακινητοποιούν τον ασθενή,κατά τη διάρκεια της θεραπείας και δεύτερον για να παρέχει ένα αξιόπιστο μέσο αναπαραγωγής της θέσης του ασθενούς από τη προσομοίωση στη θεραπεία, και από τη μία συνεδρία θεραπείας στην επόμενη. 32

33 Η βασική συσκευή ακινητοποίησης, που χρησιμοποιείται στην ακτινοθεραπεία, είναι η υποστηρικτική συσκευή κεφαλής, η οποία είναι σχεδιασμένη έτσι, ώστε να εφαρμόζει κάτω από την περιοχή της κεφαλής και του λαιμού του ασθενή,επιτρέποντας στον ασθενή να ξαπλώσει άνετα στο κρεβάτι του γραμμικού επιταχυντή. Οι ασθενείς, στους οποίους εφαρμόζεται θεραπεία στο κεφάλι και το λαιμό ή σε περιοχές του εγκεφάλου, ακινητοποιούνται συνήθως με μία πλαστική μάσκα. Η μάσκα αυτή, όταν θερμανθεί, έχει τη δυνατότητα να παίρνει το σχήμα του προσώπου του ασθενή, ώστε να διαγράφονται όλα τα χαρακτηριστικά του. Η μάσκα στερεώνεται απευθείας πάνω στο τραπέζι ή σε μια πλαστική πλάκα, που βρίσκεται κάτω από τον ασθενή, εμποδίζοντας έτσι την κίνηση. Εικόνα 3.2: Πλαστική μάσκα για ακινητοποίηση σε περιστατικά κεφαλής-λαιμού & εγκεφάλου Εικόνα 3.3: Στηρίγματα ακινητοποίησης κεφαλής 33

34 Ακόμα υπάρχουν στηρίγματα ακινητοποίησης για τα γόνατα (knee fix), τους αστραγάλους και τους αγκώνες, όταν πρέπει ο ασθενής να υποβληθεί στη θεραπεία με τα χέρια πάνω από το κεφάλι. Στόχος τους είναι, όπως περιγράφηκε και παραπάνω, η ακινητοποίηση του ασθενή, η επίτευξη μιας άνετης θέσης και η σωστή και εύκολη επανατοποθέτηση του, κατά την διάρκεια της θεραπείας. Εικόνες 3.4 & 3.5: Στηρίγματα ακινητοποίησης για γόνατα & αστράγαλους Εικόνες 3.6 & 3.7: Στήριγμα για κεφαλή & χερι 3.8 ΚΛΙΝΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΔΕΣΜΩΝ ΦΩΤΟΝΙΩΝ a) ΙΣΟΔΟΣΙΑΚΕΣ ΚΑΜΠΥΛΕΣ Οι ισοδοσιακές καμπύλες είναι γραμμές, που ενώνουν τα σημεία, που προσλαμβάνουν την ίδια δόση. Προσφέρουν μια επίπεδη αναπαράσταση της κατανομής της δόσης και περιγράφουν, με ευκολία, τη συμπεριφορά μιας δέσμης ή του συνδυασμού διάφορων δεσμών ακτινοβολίας με διαφορετική θωράκιση, σφήνες(βλ. παρακάτω στο κεφάλαιο), bolus κ.λπ. Οι ισοδοσιακές καμπύλες είναι δυνατόν να μετρηθούν απ 'ευθείας στο νερό, με τη χρήση ομοιώματος νερού(water phantom) ή να υπολογιστούν από της % βάθους δόση (PDD-percentage depth dose) 34

35 και τα δεδομένα της δέσμης. Ένα σύνολο ισοδοσιακών καμπυλών ισχύει για ένα δεδομένο μηχάνημα θεραπείας, μία ενέργεια δέσμης, ένα SSD (source to surface distance) και το μέγεθος του πεδίου. Ενώ οι ισοδοσιακές καμπύλες δημιουργούνται για να αναπαραστήσουν τη πραγματική δόση, είναι σύνηθες να αποδίδονται κανονικαποιημένες στο 100 % σε ένα σταθερό σημείο. Δύο τέτοια συνηθισμένα σημεία κανονικοποίησης είναι: στο κεντρικό άξονα του πεδίου και σε βάθος, όπου η απόδοση της δόσης είναι μέγιστη καθώς και στο ισόκεντρο. Εικόνα 3.8: Ισοδοσιακές καμπύλες σε σχέση με Α) το SSD και Β)το SAD b) ΣΦΗΝΕΣ Ή ΓΩΝΙΑΚΑ ΦΙΛΤΡΑ(WEDGES) Τρεις τύποι σφηνών χρησιμοποιούνται σήμερα: οι χειροκίνητες, οι μηχανοκίνητες και οι δυναμικές. Η χειροκίνητη σφήνα είναι ένα γωνιώδες κομμάτι από μόλυβδο ή ατσαλι, που παρεμβάλλεται ανάμεσα στην δέσμη και τον ασθενή, προκαλώντας διαβάθμιση της έντασης της ακτινοβολίας. Για την τοποθέτηση αυτών των σφηνών στον κατευθυντήρα(collimator) του γραμμικού επιταχυντή απαιτείται χειροκίνητη παρέμβαση. Η μηχανοκίνητη σφήνα είναι μια παρόμοια συσκευή με την χειροκίνητη, με την διαφορά ότι η σφήνα αυτή ελέγχεται εξ αποστάσεως. Τέλος η δυναμική σφήνα παράγει την ίδια διαβάθμιση στην ένταση της δέσμης, κλείνοντας σταδιακά με διαφράγματα το κατευθυντήρα και συρρικνώντοντας το πεδίο, καθώς διαδίδεται η δέσμη. Το παχύ άκρο της σφήνας ονομάζεται φτέρνα, γιατί η δόση είναι χαμηλότερη κάτω από το άκρο αυτό, ενώ το άλλο άκρο ονομάζεται δάκτυλο. Ακόμα η γωνία της σφήνας ορίζεται συνήθως ως η γωνία μεταξύ της ισοδοσιακής γραμμής, που παριστά το 50 % της δόσης και στο κάθετο, στη δέσμη, κεντρικό άξονα. Οι γωνίες της σφήνας 35

36 που είναι συνήθως διαθέσιμες, είναι από 10 έως 60. Εικόνα 3.9: Ισοδοσιακές καμπύλες για δέσμη φωτονίων με ενέργεια 6 MV και με εφαρμογή σφήνας. Οι καμπύλες αυτές έχουν κανονικοποιηθεί στο μέγιστο βάθος (Ζmax). Οι δύο κύριες χρήσεις της σφήνας είναι οι εξής: Πρώτον μπορούν να χρησιμοποιηθούν, για να αντισταθμίσουν την δόση σε μια κεκλιμένη επιφάνεια ή οπου υπάρχει έλλειψη ιστού. Όπως για παράδειγμα, σε ρινοφαρυγγικές θεραπείες, στις οποίες οι σφήνες χρησιμοποιούνται στο πρόσθιο πεδίο, για να αντισταθμίσουν την έλλειψη ιστού σε κάποιες περιοχές στο κεφάλι, έτσι ώστε η δέσμη να διαδοθεί ομοιόμορφα και στο ίδιο βάθος σε όλη την πάσχουσα περιοχή. Δεύτερον η εφαρμογή σφήνας προτείνεται για θεραπεία με σχετικά μικρές αλλοιώσεις, στην οποία δύο δέσμες τοποθετούνται σε μία γωνία, μικρότερη από 180, η οποία ονομάζεται γωνία της άρθρωσης. Η βέλτιστη γωνία σφήνας, υποθέτοντας μια επίπεδη επιφάνεια για τον ασθενή, μπορεί να εκτιμηθεί από : 90º - 1/2 ( γωνία άρθρωσης ). Ο πάραγοντας της σφήνας(wf) ορίζεται ως ο λόγος της δόσης σε ένα καθορισμένο βάθος, συνήθως στο μέγιστο, επί του κεντρικού άξονα με τη σφήνα τοποθετημένη στη δέσμη, με τη δόση, κάτω από τις ίδιες συνθήκες, χωρίς την σφήνα.ο παράγοντας αυτός χρησιμοποιείται στους υπολογισμούς των MU(monitor units), για να αντισταθμιστεί η μείωση, στη μετάδοση, της δέσμης, που προέρχεται από την σφήνα. Το WF εξαρτάται από το βάθος και το μέγεθος του πεδίου. 36

37 Εικόνα 3.10: Πλάνο θεραπείας με εφαρμογή ζεύγους πεδίων, με σφήνα. Ένα ζευγάρι ακτίνων, με ενέργεια 6 MV και με εφαρμογή σφήνας, προσπίπτουν σε έναν ασθενή. Η γωνία άρθρωσης είναι 90º(ορθογώνιες δέσμες), για τις οποίες η βέλτιστη γωνία σφήνας θα είναι 45º. Ωστόσο, η πρόσθετη πλαγιότητα της επιφάνειας απαιτεί τη χρήση μιας υψηλότερης γωνίας σφήνα των 60 μοίρες. 3.9 ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΣ ΠΕΔΙΩΝ ΚΑΙ Η ΚΛΙΝΙΚΗ ΤΟΥΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗ Ο προσδιορισμός της γεωμετρίας των δεσμών θεραπείας και της θωράκισης γίνεται πάντα σε σχέση με τη θέση του όγκου-στόχου και των οργάνων, που κινδυνεύουν. Πρότυπες γεωμετρίες δέσμης (π.χ. τέσσερα πεδία (four-field box), ζεύγος αντίθετων πεδίων ή πλευρικών πλάγιων πεδίων)μπορούν να χρησιμοποιηθούν μαζί με σύμμορφη θωράκιση (conformal shielding) για την αύξηση της προστασίας των υγιών ιστών. Εναλλακτικά, οι συνδυασμοί περισσότερων πεδίων σε διάφορες γωνίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον ίδιο σκοπό. Μόλις ολοκληρωθεί η επιλογή τω πεδίων, που θα χρησιμοποιηθούν, μπορούν επίσης να επιλεγούν και τα όρια των πεδίων καθώς και η θωράκιση. Δεδομένου ότι η ακριβής θέση του στόχου είναι γνωστή, ο προσδιορισμός της θωράκισης και των ορίων των πεδίων θεραπείας είναι θέμα επιλογής του κατάλληλου περιθωρίου, ώστε να λαμβάνονται υπόψιν όλα τα φυσικά και γεωμετρικά αποτελέσματα της δέσμης, όπως η παρασκιά. Εφόσον έχουν ληφθεί οι σχετικές παράμετροι θεραπείας, η επεξεργασία γεωμετρία δέσμης, τα δεδομένα CT συμπεριλαμβανομένων καμπύλες και οι πληροφορίες για την πυκνότητα των ηλεκτρονίων, μεταφέρονται στο πλάνο θεραπείας(treatment Planning System) για τον υπολογισμό της κατανομής της δόσης. a) Βαρύτητα και κανονικοποίηση Οι κατανομές δόσης για πολλά πεδία μπορεί να κανονικοποιηθεί στο 100%, όπως ακριβώς συμβαίνει και στο ένα πεδίο: σε βάθος zmax ή στο ισόκεντρο για κάθε δέσμη. Αυτό σημαίνει ότι κάθε πεδίο θα έχει την ίδια βαρύτητα. Η βαρύτητα, για το κάθε πεδίο, εφαρμόζεται στο σημείο κανονικοποίησης του. 37

38 b) Πλάνο θεραπείας με την εφαρμογή ενός πεδίου Το πλάνο θεραπείας, με τη χρήση ενός πεδίου, έχει πλέον περιορισμένη χρήση στη θεραπεία όγκων σε μεγάλο βάθος, δεδομένου ότι εναποθέτει υψηλότερη δόση κοντά στο σημείο μέγιστης δόσης, παρά σε βάθος. Οι οδηγίες για τη χρήση μιας δέσμης φωτονίων στην ακτινοθεραπεία έχουν ως εξής: α) μια ομοιόμορφη δόση του στόχου ( ± 5 %), β) χαμηλότερη, από το μέγιστο, δόση έξω από το στόχο ( < 110 %), γ) κανένα όργανο να μην υπερβαίνει τη δόση ανοχής του. Ένα πεδίο χρησιμοποιείται συχνά για παρηγορική θεραπεία ή για σχετικά επιφανειακές αλλοιώσεις, βάθους < 5-10 εκατοστών, ανάλογα με την ενέργεια της δέσμης. Για νόσο, που βρίσκεται σε μεγαλύτερο βάθος, ένας συνδυασμός από δύο ή περισσότερες δέσμες φωτονίων απαιτούνται συνήθως, για να επικεντρωθεί η δόση στον όγκο-στόχο και όχιστους ιστούς, που τον περιβάλλουν. c) Πλάνο θεραπείας με την εφαρμογή δύο αντιπαράλληλων πεδίων Τα αντιπαράλληλα πεδία εξαλείφουν το πρόβλημα της κλίσης της μειωμένης δόσης, που οφείλεται σε κάθε δέσμη. Μια μείωση της δόσης βάθους στο ένα πεδίο αντισταθμίζεται, εν μέρει, από μια αύξηση στο άλλο. Η προκύπτουσα κατανομή έχει μια σχετικά ομοιόμορφη κατανομή κατά μήκος του κεντρικού άξονα, η οποία μοιάζει με κλεψύδρα. Για PTV σε μικρό βάθος (<10 cm), είναι κατάλληλες δέσμες, χαμηλής ενέργειας, δεδομένου ότι έχουν μια απότομη αύξηση στη μέγιστη δόση και ένα σχετικά επίπεδο πλατό δόσης, στη περιοχή μεταξύ των δύο μέγιστων δόσης. Ενώ για PTV σε μεγάλο βάθος (> 15 cm), δέσμες υψηλότερης ενέργειας παρέχουν μια πιο ομοιογενή κατανομή, ενώ δέσμες χαμηλών ενεργειών μπορούν να παράγουν σημαντικά θερμά σημεία στις θέσεις μέγιστου βάθους των δύο πεδίων (> 30%). Περιστατικά, στα οποία μπορεί να εφαρμοστεί ακτινοθεραπεία με δύο αντιπαράλληλα πεδία, είναι νεοπλασίες στον πνεύμονα και στο κεφάλι-λαιμό(head and neck). Εικόνα 3.11: Πλάνο δύο αντιπαράλληλων πεδίων με βαρύτητα 100 στο ισόκεντρο (κλεψύδρα) 38

39 d) Πλάνο με εφαρμογή πολλών συνεπίπεδων πεδίων Οι συνηθέστερες τεχνικές με πολλά συνεπίπεδα πεδία είναι οι εξής: i) Δύο πεδία με σφήνες: Τα δύο πεδία με σφήνες (συχνά ορθογώνια) χρησιμοποιούνται, για να επιτευχθεί μια περιοχή υψηλής δόσης, με τραπεζοειδές σχήμα. Αυτή η τεχνική είναι χρήσιμη για περιστατικά όπως το ιγμόρειο και ο θυροειδής. ii) Τέσσερα πεδία (box technique): Μια τεχνική τεσσάρων πεδίων (ανά δύο αντιπαράλληλα ζεύγη, που σχηματίζουν ορθή γωνία), δημιουργώντας μια περιοχή, με υψηλή δόση, σε σχήμα κουτί. Η περιοχή με την υψηλότερη δόση βρίσκεται, τώρα στο τμήμα του όγκου, που ακτινοβολείται και από τα τέσσερα πεδία. Η τεχνική αυτή χρησιμοποιείται πιο συχνά για θεραπείες στη πύελο, όπου οι περισσότερες νεοπλασίες βρίσκονται κεντρικά π.χ. του προστάτη, της ουροδόχου κύστης και της μήτρας. Τέσσερα αντίθετα πεδία σε γωνίες διάφορες των 90, θα οδηγήσουν επίσης σε υψηλότερη δόση, εκεί που διασταυρώνονται. Ωστόσο, η περιοχή υψηλής δόσης, σε αυτή τη περίπτωση, θα έχει σχήμα ρομβοειδές. iii) Τρία πεδία (box technique): Μια τεχνική παρόμοια με τα τέσσερα πεδία για κακοήθεις όγκους, που είναι πιο κοντά στην επιφάνεια (π.χ. στο ορθό). Σφήνες χρησιμοποιούνται στα δύο αντιπαράλληλα πεδια, για να αντισταθμίσει την κλίση δόσης στην τρίτη δέσμη. Εικόνες 3.12 & 3.13: a) Πλάνο με τέσσερα πεδία(four-field box), b) Πλάνο με τρία πεδία(three-field box) e) Πλάνο θεραπείας με εφαρμογή πολλών μη- συνεπίπεδων πεδίων Τα μη συνεπίπεδα πεδία προκύπτουν από τυχαίες γωνίες, σε συνδυασμό με την γωνία του gantry. Μπορεί να είναι χρήσιμα, όταν παρατηρηθεί ανισοκατανομή της δόσης στη πάσχουσα περιοχή, από μια συμβατική διάταξη συνεπίπεδων πεδίων. Κατανομές δόσης από συνδυασμούς μη συνεπίπεδων πεδίων αποδίδουν παρόμοιες κατανομές δόσης με τις συμβατικές τεχνικές πολλαπλών πεδίων. Προσοχή πρέπει να δοθεί στο σχεδιασμό αυτών των πεδίων, για να διασφαλίστει ότι δεν θα υπάρξουν προβλήματα μεταξύ του gantry και του ασθενή ή του τραπεζιού. 39

40 Μη συνεπίπεδα πεδία χρησιμοποιούνται συχνά για θεραπείες του εγκεφάλου και της κεφαλής- λαιμού, όπου ο όγκος-στόχος συχνά περιβάλλεται από κρίσιμες δομέςιστούς. f) Πλάνο θεραπείας με εφαρμογή πεδίου FIF(Field in Field) Τα πεδία FIF είναι μικρής βαρύτητας, συνήθως μικρότερης του 20, αλλά μεγάλης ενέργειας. Είναι πεδία μικρών διαστάσεων, που βρίσκονται μέσα σε ένα από τα κύρια πεδία και το σχήμα τους εξαρτάται από το έλλειμμα, που υπάρχει στην κατανομή δόσης μέσα στο αντίστοιχο κύριο πεδίο. Σκοπός τους είναι να καλύψουν τα κενά, που προκύπτουν στην κατανομή της δόσης, όταν η δέσμη προσπίπτει σε ανομοιογενή επιφάνεια, όπως π.χ. στο μαστό ή να θερμάνουν τις όποιες ψυχρές περιοχές δημιουργούνται, κατά την δοσιμετρία του πλάνου θεραπείας, ώστε η δόση να κατανέμεται ομοιόμορφα μέσα στον όγκο. g) Πλάνο θεραπείας με εφαρμογή πεδίου half beam Τα πεδία half beam δημιουργούνται, κλείνοντας το διάφραγμα του κατευθυντήρα (collimator) έως την μέση, καθώς διαδίδεται η δέσμη. Με τον τρόπο αυτό αποδίδεται δόση σε ένα μέρος του PTV. Η εφαρμογή τους κρίνεται αναγκαία σε δύο περιπτώσεις. Πρώτον, όταν το PTV είναι μεγάλο και είναι αδύνατη η ομοιόμορφη κατανομή της δόσης, ή όταν ένα μέρος του πρέπει να προσλάβει διαφορετική δόση από το υπόλοιπο, τότε μπορεί κανείς με την εφαρμογή του half beam να ακτινοβολήσει το μέρος αυτό του PTV, χωρίς να προσλάβει, το υπόλοιπο τμήμα, δόση. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι τα περιστατικά κεφαλής-τραχήλου, όπου συνήθως με πεδίο half beam ακτινοβολούνται πρώτα οι λεμφαδένες του λαιμού προφυλακτικά, αποκλείοντας το υπόλοιπο PTV. Δεύτερον, το half beam χρησιμοποιείται, όταν υπάρχουν δύο PTV σε μικρή απόσταση μεταξύ τους και τα οποία πρέπει να προσλάβουν ίδια δόση. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι τα περιστατικά μαστού και υπερκλείδιων αδένων, όπου με πεδίο half beam ακτινοβολείται το PTV των υπερκλείδιων αδένων, ώστε ο μαστός να μην προσλάβει επιπλέον δόση και έπειτα ο μαστός ακτινοβολείται με την συμβατική τεχνική, που περιγράφεται στο πειραματικό μέρος. h) Πλάνο θεραπείας με την τεχνική boost Aν κριθεί αναγκαία, από τον θεράπων ιατρό, η πρόσληψη μεγαλύτερης δόσης από μια περιοχή, που περιλαμβάνεται στο PTV ή από το GTV, τότε χρησιμοποιείται η μέθοδος boost. Εφαρμόζεται συνήθως, όταν δεν έχει προσλάβει ο ασθενής την απαιτούμενη δόση για την θεραπεία του ή αν υπάρχει μεγάλη πιθανότητα για επανεμφάνιση της ασθένειας στην περιοχή αυτή. Εφόσον έχει τελειώσει η συμβατική ακτινοθεραπεία, γίνονται κάποιες επιπλέον συνεδρίες, ώστε να αποδοθεί αυτή η επιπρόσθετη δόση στις περιοχές αυτές. Η τεχνική boost μπορεί να διαχωριστεί σε δύο φάσεις, όπως συμβαίνει συνήθως στη θεραπεία μαστού, ή και σε τρεις φάσεις, όπως συμβαίνει στη θεραπεία κεφαλής-τραχήλου. 40

41 3.10 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΩΝ MU (Monitor Units) O υπολογισμός των MU, για κάθε πεδίο που εφαρμόζεται σε ένα πλάνο θεραπείας, είναι ένα σημαντικό κομμάτι της διαδικασίας απόδοσης της δόσης. Για την ισοκεντρική αλλά και την SSD τεχνική, οι υπολογισμοί των MU βασίζονται στη βαθμονόμηση (calibration) της απόδοσης του γραμμικού επιταχυντή, που χρησιμοποιείται για την θεραπεία. Για γραμμικούς επιταχυντές, που παράγουν φωτόνια σε megavoltage ενέργειες, γίνονται μετρήσεις της απόδοσης τους σε cgy / MU. Οι μετρήσεις αυτές γίνονται σε ομοίωμα νερού (water phantom), επί του κεντρικού άξονα της δέσμης, για σταθερό βάθος και SSD και με διαστάσεις πεδίου cm 2. Η ίδια διαδικασία ακολουθείται και για τα ηλεκτρόνια. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων εισάγονται στο πρόγραμμα για το πλάνο θεραπείας και βάσει αυτών υπολογίζονται τα MU, κατά την δοσιμετρία. Πιο συγκεκριμένα ο τύπος, με τον οποίο υπολογίζονται τα MU είναι: D MU= D CF Όπου D: η συνταγογραφούμενη δόση για το κάθε πεδίο σε cgy, D': ο ρυθμός της δόσης σε cgy/mu, ο οποίος έχει υπολογιστεί από τις μετρήσεις στο water fantom, όπως περιγράφηκε παραπάνω και έχει εισαχθεί στο πρόγραμμα και CF: διορθωτικοί παράγοντες, που εξαρτώνται από τις αλλαγές στο SSD, στο βάθος, που πρέπει να εισχωρήσει η δέσμη, στο μέγεθος του πεδίου και σε άλλα χαρακτηριστικά, που μεταβάλλονται για τα διάφορα πεδία. Σήμερα ο υπολογισμός των MU γίνεται μέσω του αλγοριθμού, που υπάρχει στο πλάνο θεραπείας, ο οποίος βασίζεται στον παραπάνω τύπο ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΟΥ ΠΛΑΝΟΥ ΘΕΡΑΠΕΙΑΣ Μετά το τέλος του σχεδιασμού του πλάνου και του υπολογισμού της δόσης, από τον ακτινοφυσικό, ο ογκολόγος-ακτινοθεραπευτής αξιολογεί αν το πλάνο είναι εφαρμόσιμο στον ασθενή. Η αξιολόγηση του πλάνου θεραπείας συνίσταται στην επαλήθευση των portal films της θεραπείας και της κατανομής των ισοδοσιακών καμπυλών για ένα συγκεκριμένο πλάνο:τα portals της θεραπείας (συνήθως μέσω ακτινογραφιών προσομοίωσης ή DRRS ) ελέγχονται, για να εξασφαλιστεί ότι το επιθυμητό PTV στοχεύεται επαρκώς. Ενώ η ισοδοσιακή κατανομή (ή τα άλλα εργαλεία της δόσης που συζητήθηκαν σε αυτό το κεφάλαιο) ελέγχεται, επίσης, για να εξασφαλιστεί ότι η κάλυψη του στόχου είναι επαρκής και ότι οι υγιείς ιστοί, που περιβάλλουν το PTV, λαμβάνουν, όσο το δυνατόν, λιγότερη δόση. Ακόμα τα παρακάτω εργαλεία χρησιμοποιούνται για την αξιολόγηση της κατανομής της δόσης: a) Ισοδοσιακές καμπύλες: Η κλινική εφαρμογή των ισοδοσιακών καμπυλών έχει περιγραφεί λεπτομερώς στο κεφάλαιο αυτό. Η χρήση τους στην αξιολόγηση των πλάνων θεραπείας είναι καίρια. Η ισοδοσιακή, που καλύπτει την περιφέρεια του στόχου συγκρίνεται με την ισοδοσιακή στο ισόκεντρο. Αν η αναλογία είναι μέσα σε 41

42 ένα επιθυμητό εύρος (π.χ %), τότε το πλάνο μπορεί να είναι αποδεκτό, υπό την προϋπόθεση ότι η δόση των οργάνων σε κίνδυνο δεν έχει υπερβεί τα όρια. b) Στατιστικά της δόσης: Σε αντίθεση με τα προηγούμενα εργαλεία, τα εργαλεία αξιολόγησης του πλάνου, που περιγράφονται εδώ, δεν δείχνουν την χωρική κατανομή της δόσης επάνω σε τομές της CT ή σε ανατομική περιοχή, που έχει περιγραφεί με βάση τομές της CT. Αντ 'αυτού, παρέχουν ποσοτικές πληροφορίες σχετικά με τον όγκο του στόχου ή τη κρίσιμη δομή και σχετικά με τη δόση, που λαμβάνεται από αυτόν τον όγκο. Έτσι τα βασικά στατιστικά στοιχεία, που μπορούν να υπολογιστούν, είναι: a) Η ελάχιστη δόση στον όγκο, b)η μέγιστη δόση στον όγκο, c) Η μέση δόση στον όγκο, d) Η δόση που λαμβάνεται από τουλάχιστον το 95 % του όγκου(volume), e) Ο όγκος(volume), που ακτινοβολείται με τουλάχιστον το 95 % της συνιστώμενης δόσης. c) Ιστόγραμμα δόσης-όγκου(dvh-dose-volume histogram): Ένα πλάνο θεραπείας 3 - D αποτελείται από πληροφορίες κατανομής της δόσης πάνω σε ένα 3 D σύνολο σημείων της ανατομία του ασθενή. Τα DVHs συνοψίζουν τις πληροφορίες, που περιέχονται στην 3 D κατανομή της δόσης και είναι εξαιρετικά ισχυρά εργαλεία για την ποσοτική αξιολόγηση των πλάνων. Στην απλούστερη μορφή του, ένα DVH αντιπροσωπεύει μια κατανομή συχνότητας των τιμών της δόσης μέσα σε καθορισμένο όγκο, που μπορεί να είναι το ίδιο το PTV ή ένα συγκεκριμένο όργανο στη περιοχή του PTV. Αντί να εμφανίζει την συχνότητα, το DVH συνήθως εμφανίζεται με τη μορφή του «επί τοις εκατό του όγκου του συνολικού όγκου», στη τεταγμένη έναντι της δόσης στην τετμημένη.το κύριο μειονέκτημα των DVHs είναι η απώλεια των χωρικών πληροφοριών, που προκύπτει από τη συμπύκνωση των δεδομένων, όταν υπολογιστούν τα DVHs. Δύο τύποι DVH υπάρχουν: τα direct DVH και τα cumulative DVH. Ο δεύτερος τύπος είναι αυτός που χρησιμοποιείται ευρέως για την αξιολόγηση του πλάνου θεραπείας και η λειτουργία του περιγράφεται παρακάτω. CUMULATIVE DVH: Με την χρήση των συσσωρευτικών DVH, οι ακτινοφυσικοί έχουν την δυνατότητα να διαπιστώσουν, πιο γρήγορα και εύκολα, αν ο όγκος-στόχος προσλαμβάνει τουλάχιστον το 95% της δόσης, σε σχέση με τα ευθή DVH. Σε αυτό το τύπο DVH, μέσω του προγράμματος του πλάνου θεραπείας, υπολογίζεται ο όγκος του στόχου (ή κρίσιμη δομή), που λαμβάνει τουλάχιστον την αποδιδόμενη δόση και παρουσιάζεται με μορφή γραφικής παράστασης έναντι της δόσης. Όλες αυτές οι γραφικές παραστάσεις ξεκινούν από το 100% του όγκου για 0 Gy. Παρότι στη γραφική παράσταση εμφανίζεται συνήθως ο όγκος επί τοις εκατό έναντι της δόσης, είναι χρήσιμο σε ορισμένες περιπτώσεις να σχεδιάσετε ο όγκος, σε απόλυτη τιμή, σε σχέση με τη δόση. Για παράδειγμα, εάν η αξονική τομογραφία δεν καλύπτει το σύνολο του όγκου του οργάνου, όπως π.χ. τον πνεύμονα, και ο όγκος αυτός λαμβάνει πολύ λίγο από τη δόση, τότε ένα DVH, που παρουσιάζει το ποσοστό του όγκου σε σχέση με τη δόση για το εν λόγω όργανο θα είναι λανθασμένο, υποδεικνύοντας ότι ένα μεγαλύτερο ποσοστό του όγκου λαμβάνει δόση. Επιπλέον, στην περίπτωση 42

43 ορισμένων κρίσιμων δομών (organs at risk), όπως η σπονδυλική στήλη, οι τιμές της δόσης ανοχής τους δίνονται σε απόλυτες τιμές. Εικόνες 3.14 & 3.15: a) cumulative DVH for head-neck treatment, b) the ideal cumulative DVH d) On-line portal imaging :Tα συστήματα on line portal imaging αποτελούνται από έναν κατάλληλο ανιχνευτή ακτινοβολίας, που συνήθως συνδέεται μέσω ενός χειροκίνητου ή semi robotic βραχίονα στον γραμμικό επιταχυντή, και είναι ικανά να μεταφέρουν την πληροφορία του ανιχνευτή σε έναν υπολογιστή, που θα τα επεξεργαστεί και θα τα μετατρέψει σε εικόνα. Σκοπός τους είναι η επαλήθευση της σωστής τοποθέτησης του ασθενή στον γραμμικό επιταχυντή, μέσω της σύγκρισης της εικόνας του όγκου-στόχου, που λαμβάνουν αυτά με την εικόνα της CT. Αυτά τα συστήματα χρησιμοποιούν μια ποικιλία ανιχνευτών, που παράγουν εικόνες διαφόρων βαθμών ποιότητας, μέσω ηλεκτρονικού υπολογιστή. Πιο συγκεκριμένα το on-line portal imaging μπορεί να περιλαμβάνει: ακτινοσκοπικούς ανιχνευτές, ανιχνευτές θαλάμου ιονισμού ή άμορφους ανιχνευτές πυριτίου. Οι ακτινοσκοπικοί ανιχνευτές απεικόνισης έχουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: -Λειτουργούν όπως ένα σύστημα-εξομοιωτή ενισχυτή εικόνας. -Ο ανιχνευτής αποτελείται από ένα συνδυασμό μιας μεταλλικής πλάκας, μια οθόνηφθορισμού, ένα καθρέφτη 45 ο και μια τηλεοπτική κάμερα. -Η μεταλλική πλάκα μετατρέπει τις προσπίπτουσες ακτίνες Χ σε ηλεκτρόνια και η οθόνη φθορισμού οθόνης μετατρέπει τα ηλεκτρόνια σε φωτόνια. -Ο καθρέφτης εκτρέπει το φως προς την κάμερα, μειώνοντας το μήκος των εικονοληψίας, έτσι η κάμερα συλλαμβάνει ένα μικρό κλάσμα (<0,1%) των εκτρεπόμενων φωτονίων, για να παράγει μια εικόνα. Έχουν καλή χωρική ανάλυση (ανάλογα με το πάχος του φωσφόρου). -Απαιτούνται μόνο λίγα MU, για να παραχθεί μια εικόνα. -Χρησιμοποιούν τεχνολογία που έχει χρησιμοποιηθεί σε πολλούς άλλους τομείς. 43

44 Οι ανιχνευτές θαλάμου ιονισμού έχουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: -Βασίζονται σε ένα πλέγμα ηλεκτροδίων τύπου θαλάμου ιονισμού, τα οποία μετρούν τους ιονισμούς από σημείο σε σημείο. -Ο ανιχνευτής αποτελείται από δύο μεταλλικές πλάκες, σε απόσταση 1 mm, με το κενό να συμπληρώνεταιμε ισοβουτάνιο. Κάθε πλάκα διαιρείται σε 256 ηλεκτροδίων και προσανατολίζεται, έτσι ώστε τα ηλεκτρόδια σε μία πλάκα να σχηματίζουν 90 γωνία με τα ηλεκτρόδια στην άλλη πλάκα. -Τάση εφαρμόζεται μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων κατά μήκος του διακένου και εκεί μετράται ο ιονισμος. Επιλέγοντας κάθε ηλεκτρόδιο σε κάθε πλάκα με τη σειρά, προκύπτει ένας 2 -D χάρτης ιονισμού, ο οποίος μετατρέπεται σε μια γκρι εικόνα των pixels. -Το μέγιστο μέγεθος εικόνας είναι συνήθως μικρότερο από αυτό του ακτινοσκοπικού ανιχνευτή. 44

45 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο : ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ ΕΠΙΤΑΧΥΝΤΗΣ- ΑΞΟΝΙΚΟΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΣ (ΕΞΟΜΟΙΩΤΗΣ) 4.1 ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ ΕΠΙΤΑΧΥΝΤΗΣ Οι επιταχυντές σωματιδίων είναι ειδικές μηχανικές διατάξεις που έχουν την δυνατότητα να επιταχύνουν σωματίδια σε μεγάλες ταχύτητες, φτάνοντας και την ταχύτητα του φωτός c. Υπάρχουν δύο ειδή επιταχυντών ανάλογα με το αν η τροχιά είναι ευθεία ή κυκλικοί. Έτσι έχουμε αντίστοιχα τους Γραμμικούς Επιταχυντές ή Linear Accelerator (Linac) και τους Κυκλικούς Επιταχυντές. Ο πρώτος σύγχρονος γραμμικός επιταχυντής κατασκευάσθηκε από τον W.W.Hansen το 1948 στο πανεπιστήμιο του Stanford και προσέδιδε σε ηλεκτρόνια ενέργεια 6MeV. Η σπουδαιότητα των γραμμικών επιταχυντών στη θεραπεία της νεοπλασίας έγινε γρήγορα αντιληπτή. Έτσι το 1952 στο νοσοκομείο Hammersmith του Λονδίνου εγκαταστάθηκε ο πρώτος ιατρικός γραμμικός επιταχυντής 8MV και το 1953 έγινε η πρώτη θεραπεία. Κατά τη διάρκεια των τελευταίων ετών οι γραμμικοί επιταχυντές, για ιατρική χρήση, έχουν περάσει από πέντε διακριτές γενεές, καθιστώντας τα σύγχρονα μηχανήματα εξαιρετικά εξελιγμένα σε σύγκρισή με τα μηχανήματα της δεκαετίας του Οι πέντε γενεές εισήγαγαν τα εξής νέα χαρακτηριστικά: χαμηλής ενέργειας φωτόνια (4-8MV): δέσμη ευθείας πορείας, ενσωματωμένο φίλτρο επιπέδωσης, μόνης μετάδοσης θάλαμο ιονισμού και ισοκεντρική τοποθέτηση μεσαίας ενέργειας φωτόνια (10-15 MV) και ηλεκτρόνια: επικλινής δέσμη, κινητός στόχος και φίλτρο επιπέδωσης διπλής μετάδοσης θάλαμο ιονισμού. υψηλής ενέργειας φωτόνια (18-25 MV) και ηλεκτρόνια: διπλής ενέργειας φωτονίων και πολλαπλών ενεργειών ηλεκτρονίων, δέσμη ηλεκτρονίων σχήμα μολυβιού, μηχανοκίνητη σφήνα, ασύμμετρες ή ανεξάρτητες σιαγόνες διόπτρας. υψηλής ενέργειας φωτόνια και ηλεκτρόνια: ελεγχόμενη λειτουργία από ηλεκτρονικό υπολογιστή, πολλαπλών κατευθυντήρων, σύστημα ηλεκτρονικής απεικόνισης υψηλής ενέργειας φωτόνια και ηλεκτρόνια: δέσμη φωτονίων διαμορφωμένης έντασης a) Τα κύρια εξαρτήματα ενός γραμμικού επιταχυντή είναι: πυροβόλο ηλεκτρονίων κυματοδηγός επιτάχυνσης στόχος παραγωγής ακτίνων Χ γεννήτρια συχνοτήτων RF σύστημα μεταφορά δέσμης ηλεκτρονίων 45

46 κεφαλή γραμμικού επιταχυντή στήριγμα κεφαλής κλίνη Όλοι οι γραμμικοί επιταχυντές είναι ισοκεντρικοί, δηλαδή η κεφαλή μπορεί να περιστρέφεται κατά 360 o με τη χρήση ενός ειδικού βραχίονα, γύρω από ένα σταθερό νοητό σημείο που καλείται ισόκεντρο και βρίσκεται σε απόσταση 80cm έως 100cm από την κεφαλή (SSD). Δυνατότητα περιστροφής γύρω από το ισόκεντρο και αυξομείωσης του ύψους της έχει και η κλίνη θεραπείας, η οποία είναι τοποθετημένη κάτω από την κεφαλή, για την τοποθέτηση του ασθενή στη σωστή θέση. Επίσης για την διευκόλυνση των τεχνολόγων στην εύρεση του ισόκεντρου στον ασθενή, υπάρχουν επιτοίχια λέιζερ στην αίθουσα του γραμμικού. Η τομή των λέιζερ αυτών πάνω στα τατουάζ του ασθενή, εξασφαλίζουν την σωστή και εύκολη επανατοποθέτηση στο μηχάνημα θεραπείας. Εικόνα 4.1: Ισοκεντρικός ιατρικός γραμμικός επιταχυντής τύπου S band για την παραγωγή ηλεκτρονίων και φωτονίων. b) Αρχή λειτουργίας Ο ιατρικός γραμμικός επιταχυντής ηλεκτρονίων έχει την ίδια αρχή λειτουργίας με τους γραμμικούς επιταχυντές που χρησιμοποιούνται στην έρευνα της φυσικής. Τα ηλεκτρόνια παράγονται από το πυροβόλο ηλεκτρονίων, μέσω θερμιονικής εκπομπής. Εν συνεχεία οδηγούνται στον χώρο επιτάχυνσης, ο οποίος καλείται κυματοδηγός., 46