Ηλεκτρονικοί Υπολογιστές και Ακτινοθεραπεία

Transcript

1 Ηλεκτρονικοί Υπολογιστές και Ακτινοθεραπεία Ακτινοθεραπεία είναι η επιστήμη αντικείμενο της οποίας είναι η θεραπεία διαφόρων νόσων με τη χρήση ιοντιζουσών ακτινοβολιών. Η ακτινοθεραπεία εφαρμόζεται, είτε αποκλειστικά είτε σε συνδυασμό με άλλες τεχνικές, στην θεραπευτική αντιμετώπιση νεοπλασιών καθώς και στην θεραπεία ενδοκρανιακών βλαβών που περιλαμβάνουν καλοήθεις όγκους όπως ακουστικά νευρινώματα, δυσπλασίες, μηνιγγιώματα κ.α. Οι εξελίξεις στις ακτινοθεραπευτικές τεχνικές καθοδηγούνται από την συνεχή προσπάθεια για την αύξηση της αποροφούμενης δόσης από τον όγκο-στόχο με παράλληλη μεγιστοποίηση της προστασίας των παρακείμενων υγιών ιστών. Νέες τεχνικές εισάγονται συνεχώς στην κλινική πράξη για την επίτευξη του παραπάνω σκοπού, στηριζόμενες κυρίως στη συνεχή ανάπτυξη των υπολογιστών και του αντίστοιχου λογισμικού που χρησιμοποιούνται για το σχεδιασμό της θεραπείας, σε συνδυασμό με την ανάπτυξη εξελιγμένων αυτοματοποιημένων συστημάτων παροχής της ακτινοβολίας. Τέτοιες τεχνικές είναι η σύμμορφη τρισδιάστατη ακτινοθεραπεία (3D conformal radiotherapy 3D CRT), η ακτινοθεραπεία με πεδία ακτινοβολίας διαμορφωμένης έντασης (Ιntensity Μodulated Radiαtion Therapy IMRT), η στερεοτακτική ακτινοχειρουργική με δέσμες εξαιρετικά μικρών διαστάσεων (Stereotactic Radiosurgery - SRS) και η βραχυθεραπεία υψηλού ρυθμού δόσης με τεχνικές αυτόματης μεταφόρτισης (high dose rate brachytherapy). H σύμμορφη τρισδιάστατη ακτινοθεραπεία (3D-CRT) και η ακτινοθεραπεία με πεδία ακτινοβολίας διαμορφωμένης έντασης (IMRT) πραγματοποιείται με τη χρήση ακτίνων x υψηλής ενέργειας (4-21 MeV) που παράγονται από γραμμικούς επιταχυντές (εξωτερική ακτινοβόληση) ενώ στη

2 βραχυθεραπεία ραδιενεργές πηγές τοποθετούνται στην περιοχή του όγκου προς ακτινοβόληση. Στάδια τρισδιάστατης ακτινοθεραπείας Οι σύγχρονες τεχνικές ακτινοθεραπείας εκ φύσεως είναι πολύπλοκες ως προς την εφαρμογή τους και χαρακτηρίζονται από τον πλήρη έλεγχο τους από εξελιγμένα υπολογιστικά συστήματα σε όλα τα στάδια τους που επιτρέπουν την χορήγηση με ακρίβεια υψηλών χωρικών βαθμίδων δόσης και σύνθετων κατανομών. Τα στάδια μίας σύγχρονης τρισδιάστατης ακτινοθεραπευτικής εφαρμογής συνοψίζονται στα εξής: Ακινητοποίηση ασθενούς Απεικονιστική μέθοδος (π.χ. CT, MRI, PET) Καθορισμός όγκων και κρίσιμων οργάνων Σχεδιασμός Θεραπείας Υπολογισμός δόσης σε 3 διαστάσεις Εκτίμηση Πλάνου Θεραπείας Εξομοίωση (προαιρετικά) Χορήγηση Θεραπείας Ουσιαστική προϋπόθεση για τη τρισδιάστατη ακτινοθεραπεία είναι η ακινητοποίηση του ασθενή. Οι τροποποιήσεις της θέσης του ασθενή μπορούν να οδηγήσουν σε επικίνδυνα λάθη δόσεων. Πραγματοποιείται αξονική τομογραφία (CT) σε θέση θεραπείας για τον εντοπισμό της ακτινοβολητέας περιοχής (Σχήμα 1), ενώ και άλλες απεικονιστικές μέθοδοι, όπως μαγνητική τομογραφία (MRI) και τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων (PET) μπορούν να χρησιμοποιηθούν επικουρικά.

3 Σχήμα 1: Παράδειγμα ακινητοποίησης ασθενούς Οι εικόνες της αξονικής τομογραφίας καθώς και των υπολοίπων απεικονιστικών μεθόδων που έχουν χρησιμοποιηθεί μεταφέρονται αυτομάτως στον υπολογιστή του συστήματος σχεδιασμού θεραπείας μέσω ειδικών πρωτοκόλλων επικοινωνίας (DICOM), όπου και γίνεται ο τρισδιάστατος σχεδιασμός ακτινοθεραπείας με τη χρήση εξειδικευμένου λογισμικού (Σχήμα 2). Σχήμα 2:Σύστημα σχεδιασμού θεραπείας

4 Η χρήση περισσοτέρων της μίας απεικονιστικών μεθόδων για το σχεδιασμό του πλάνου θεραπείας οδηγείται συνήθως από την ανάγκη να είναι διαθέσιμη η πληρέστερη ανατομική ή και λειτουργική πληροφορία στην περιοχή που θα πραγματοποιηθεί η ακτινοβόληση. Με τη χρήση εξειδικευμένων προγραμμάτων λογισμικού γίνεται η ευθυγράμμιση και η σύντηξη των εικόνων των διαφορετικών απεικονιστικών τεχνικών. Με τον όρο ευθυγράμμιση εννοείται η χωρική τοποθέτηση των δύο σειρών εικόνων κατά τέτοιο τρόπο ώστε οι δομές που είναι κοινές σε αυτά να συμπίπτουν, ενώ σύντηξη καλείται ο συνδυασμός της κοινής πληροφορίας μετά την ευθυγράμμισή σε μια εικόνα που προσφέρει τη μέγιστη δυνατή πληροφορία. Για την επίτευξη της διαδικασίας αυτής απαιτείται αρχικά η αναγνώριση κοινών ανατομικών σημείων / δομών στις δυο προς ευθυγράμμιση σειρές εικόνων (εικόνα αναφοράς και εικόνα προς ευθυγράμμιση). Στη συνέχεια ορίζεται ένας γεωμετρικός μετασχηματισμός που μετασχηματίζει την προς ευθυγράμμιση εικόνα στο σύστημα συντεταγμένων της εικόνας αναφοράς με τη βελτιστοποίηση συναρτήσεων ευθυγράμμισης και τον υπολογισμό τελικά των παραμέτρων του μετασχηματισμού. Με τον τρόπο αυτό η προς ευθυγράμμιση σειρά εικόνων μετασχηματίζεται ώστε τα κοινά σημεία / δομές να συμπέσουν στις δύο σειρές (Σχήμα 3). Η αναγνώριση των κοινών σημείων / δομών μπορεί να γίνει είτε αυτόματα είτε χειροκίνητα. Λόγω της δυσκολίας εντοπισμού κοινών σημείων χειροκίνητα και των σφαλμάτων που αυτή η διαδικασία επιφέρει, έχουν αναπτυχθεί αυτόματοι υπολογιστικοί αλγόριθμοι ευθυγράμμισης και σύντηξης. Οι αλγόριθμοι αυτοί οι οποίοι βασίζονται σε συντελεστές αμοιβαίας πληροφορίας (mutual information) που παίρνουν τη μέγιστη τιμή τους όταν οι προς σύντηξη σειρές εικόνων ευθυγραμμίζονται απόλυτα επιτρέπουν την πλήρη αυτοματοποίηση της διαδικασίας ευθυγράμμισης και σύντηξης

5 και την αυτόματη πραγματοποίησή της από τον ηλεκτρονικό υπολογιστή του συστήματος σχεδιασμού. Σχήμα 3: Παράδειγμα ευθυγράμμισης εικόνων αξονικής (αριστερά) και μαγνητικής (δεξιά) τομογραφίας. Μετά την ολοκλήρωση της σύντηξης καθορίζονται στις εικόνες των απεικονιστικών μεθόδων που έχουν χρησιμοποιηθεί ο όγκος-στόχος και τα κρίσιμα όργανα. Όσον αφορά τον όγκο-στόχο καθορίζονται ο μακροσκοπικός όγκος στόχος (Gross tumor volume GTV), o κλινικός όγκος στόχος (Clinical tumor volume CTV) και ο όγκος στόχου για σχεδιασμό ακτινοθεραπείας (Planning tumor volume PTV). Ο μακροσκοπικός όγκος στόχος (GTV) περιγράφει τον όγκο όπως είναι ορατός στα στοιχεία εικόνας και αποτελείται από τον πρωτοπαθή όγκο (GTV primary), πιθανή μεταστατική λεμφαδενοπάθεια (GTV nodal) ή άλλες μεταστάσεις (GTV M). Ο κλινικός όγκος στόχος (CTV) αποτελείται από το GTV και τις πιθανές μικροσκοπικές επεκτάσεις του όγκου, περιλαμβάνοντας όλες τις δομές που πρέπει να ακτινοβοληθούν κατά τη διάρκεια της ακτινοβολίας. Οι μετακινήσεις οργάνων

6 μπορούν να οδηγήσουν σε μια μετατόπιση του CTV, με αποτέλεσμα ένα πρόσθετο διάστημα να προστίθεται γύρω από το CTV για να αντισταθμίσει αυτές τις αβεβαιότητες και ο προκύπτων όγκος καλείται PTV (Σχήμα 4). CTV GTV PTV Σχήμα 4: Σχηματική αναπαράσταση των GTV, CTV, PTV. Η διαδικασία καθορισμού των παραπάνω όγκων, λόγω του μεγάλου αριθμού τομών που χρησιμοποιούνται όταν γίνεται χειροκίνητα είναι χρονοβόρα. Για την πραγματοποίηση της διαδικασίας αυτής με τρόπο ακριβή, γρήγορο και αυτοματοποιημένο, έχουν αναπτυχθεί και εμπεριέχονται στα σύγχρονα συστήματα σχεδιασμού θεραπείας εξειδικευμένα εργαλεία λογισμικού, τα οποία περιλαμβάνουν εργαλεία παρουσίασης σε πραγματικό χρόνο και σε 3 διαστάσεις των εικόνων όλων των απεικονιστικών μεθόδων που δύναται να χρησιμοποιηθούν καθώς επίσης και προηγμένα εργαλεία για την αυτόματη πραγματοποίηση και καθορισμού ορίων δομών και οργάνων σε οποιοδήποτε επίπεδο (εγκάρσιο, οβελιαίο, στεφανιαίο ή

7 οποιασδήποτε άλλης κλήσης) και εργαλεία πλοήγησης σε οποιοδήποτε επίπεδο και λήψη. Για την θεραπεία χρησιμοποιoύνται πολλαπλά πεδία ακτινοβολίας, τα οποία παράγονται συνήθως από γραμμικούς επιταχυντές (Σχήμα 5) με τρόπο ώστε ο όγκος να λαμβάνει την απαιτούμενη για τη θεραπεία του δόση και παράλληλα να περιορίζεται η ακτινοβόληση των υγιών οργάνων σε ανεκτά επίπεδα για την αποφυγή παρενεργειών (Σχήμα 6). Σχήμα 5: Γραμμικός επιταχυντής

8 Σχήμα 6: Παράδειγμα θεραπείας προστάτη (μπλε χρώμα) με πέντε πεδία ακτινοβολίας και με τρόπο ώστε να προστατεύονται κατά το δυνατόν τα υπόλοιπα υγιή όργανα (υπόλοιπα χρώματα). Στην εξομοίωση ελέγχεται ο σχεδιασμός θεραπείας και τοποθετούνται τα τελικά σημάδια στον ασθενή που καθορίζουν το ισόκεντρο (το κέντρο δηλαδή της ακτινοβόλησης). Ο εξομοιωτής είναι ένα ακτινοδιαγνωστικό μηχάνημα το οποίο προσομοιάζει τον γραμμικό επιταχυντή στον οποίο πραγματοποιείται η ακτινοθεραπεία (Σχήμα 7). Αποτελείται από μία διαγνωστική λυχνία ακτίνων-x με κεφαλή παρόμοια με αυτή του γραμμικού επιταχυντή ώστε να μπορεί να πραγματοποιήσει πεδία παρόμοια με αυτά που θα πραγματοποιηθούν κατά τη διάρκεια της θεραπείας με δυνατότητα λήψης ακτινογραφιών αλλά και

9 ακτινοσκόπησης, τραπέζι παρόμοιο με αυτό του γραμμικού επιταχυντή, ενισχυτή εικόνας και κονσόλα καθορισμού των στοιχειών για την λήψη ακτινογραφιών. Σχήμα 7: Εξομοιωτής Τα δεδομένα της θεραπείας (πεδία, χρόνοι ακτινοβόλησης κλπ) μεταφέρονται δικτυακά από τον υπολογιστή του συστήματος σχεδιασμού θεραπείας στον υπολογιστή της κονσόλας χειρισμού του γραμμικού επιταχυντή (ή του συστήματος μεταφόρτισης στη περίπτωση βραχυθεραπείας), ο οποίος διαθέτει εξελιγμένα συστήματα αυτόματης επαλήθευσης (verification) και καταγραφής (recording) των παραμέτρων θεραπείας (π.χ. πεδία ακτινοβολίας, επιμέρους και συνολική δόση) καθώς επίσης και προγράμματα αποθήκευσης καταχώρησης και αρχειοθέτησης των δεδομένων θεραπείας του κάθε ασθενή. Κατά τη χορήγηση εξωτερικής ακτινοθεραπείας είναι σημαντική η επιβεβαίωση της ακριβούς τοποθέτησης του ασθενή. Αυτή γίνεται με σύγκριση των

10 πεδίων ακτινοβολίας όπως αυτά ανακατασκευάζονται ψηφιακά (DRR) στο σύστημα σχεδιασμού θεραπείας, με την εικόνα τους σε συστήματα ηλεκτρονικής απεικόνισης (portal imaging devices) τους κατά τη διάρκεια της εφαρμογής τους στον γραμμικό επιταχυντή (Σχήμα 8). Το σύστημα ηλεκτρονικής απεικόνισης πεδίου περιλαμβάνει σύγχρονο σταθμό εργασίας με μέσα αρχειοθέτησης και λογισμικά για την ανάλυση και επεξεργασία εικόνων. Σχήμα 8: Eικόνα πεδίου ακτινοβολίας ανακατασκευασμένο ψηφιακά (DRR) στο σύστημα σχεδιασμού θεραπείας (αριστερά) και όπως απεικονίζεται από το σύστημα ηλεκτρονικής απεικόνισης (δεξιά). 1. Σύμμορφη Τρισδιάστατη Ακτινοθεραπεία (3 Dimensional Conformal RadioTherapy 3D CRT): Eπιτυγχάνει να προσαρμόσει τη περιοχή υψηλής δόσης στον ακριβώς καθορισμένο όγκο στόχο περιορίζοντας ταυτόχρονα τη δόση στους παρακείμενους υγιείς ιστούς. Xρησιμοποιoύνται πολλαπλά πεδία ακτινοβολίας ομοιόμορφης έντασης, τα οποία παράγονται από γραμμικό επιταχυντή, το σχήμα των οποίων είναι τέτοιο που να προσαρμόζεται στον όγκο (Σχήμα 9).

11 Σχήμα 9: Πεδίο ακτινοβολίας προσαρμοσμένο στο σχήμα του όγκου Η εκτίμηση του σχεδιασμού θεραπείας γίνεται μετά το σχεδιασμό των πεδίων και τον υπολογισμό της δόσης από τον υπολογιστή του συστήματος σχεδιασμού θεραπείας σε κάθε τομή της αξονικής τομογραφίας (Σχήμα 10) και βασίζεται κυρίως στα ιστογράμματα δόσης-όγκου (Dose Volume Histograms - DVH). Σχήμα 10: Κατανομή δόσης σε περίπτωση ακτινοθεραπείας προστάτη

12 Τα ιστογράμματα αυτά παρουσιάζουν το ποσοστό του όγκου και των υγιών οργάνων που απορρόφησε συγκεκριμένη δόση, αφού έχει αποδειχθεί ότι η ανταπόκριση του όγκου και των υγιών ιστών στην ακτινοβολία δεν εξαρτάται μόνο από την τιμή της μέσης ή μέγιστης δόσης που απορρόφησαν αλλά κυρίως από το ποσοστό του όγκου του οργάνου που απορροφά την συγκεκριμένη δόση. 2. Ακτινοθεραπεία με χρήση πεδίων ακτινοβολίας διαμορφωμένης έντασης (intensity-modulated radiation therapy IMRT) Χρησιμοποιούνται πολλαπλά πεδία ακτινοβολίας διαμορφωμένα τόσο ως προς το σχήμα τους όσο και ως προς την έντασή τους. Η χωρική κατανομή της έντασης τους και ο τρόπος με τον οποίο η κατανομή αυτή επιτυγχάνεται, καθορίζεται με χρήση εξελιγμένων αλγορίθμων βελτιστοποίησης και τεχνικές αντίστροφου σχεδιασμού θεραπείας. Ο αντίστροφος σχεδιασμός θεραπείας διαφέρει από τον συμβατικό σχεδιασμό στο γεγονός ότι καθορίζεται εξαρχής και με ακρίβεια το επιθυμητό αποτέλεσμα στον όγκο στόχο και στους υγιείς ιστούς όσον αφορά την δόση ακτινοβολίας που θα λάβουν και στη συνέχεια καθορίζεται ό τον υπολογιστή του συστήματος σχεδιασμού θεραπείας ο τρόπος με τον οποίο αυτή η κατανομή δόσης θα επιτευχθεί με τεχνικές βελτιστοποίησης. Ο καθορισμός του επιθυμητού αποτελέσματος πραγματοποιείται με την χρήση κριτηρίων που θέτει ο χρήστης στον υπολογιστή του συστήματος σχεδιασμού θεραπείας και τα οποία μπορεί να περιγραφούν σε όρους ορίων δόσης (dose limits), σε όρους ορίων δόσης-όγκου (dosevolume limits), ή σε όρους δόσης-ανταπόκρισης (dose- response functions - TCP, NTCP). Ένα τυπικό παράδειγμα βελτιστοποίησης του πλάνου σχεδιασμού IMRT θεραπείας με κριτήρια που βασίζονται σε όρους ορίων δόσης (dose limits) είναι η. μεγιστοποίηση της ελάχιστης δόσης στον όγκο στόχο (PTV) και παράλληλα

13 περιορισμός (constraint) στη μέγιστη τιμή δόσης σε συγκεκριμένα κρίσιμα όργανα, ενώ ένα δεύτερο τέτοιο παράδειγμα είναι η ελαχιστοποίηση της τυπικής απόκλισης (variance) της δόσης που δίνεται στο PTV σε σχέση με την προκαθορισμένη δόση ή της δόσης που δίνεται σε ένα κρίσιμο όργανο σε σχέση με ένα προκαθορισμένο όριο δόσης. Δεδομένου ότι όπως αναφέρθηκε και παραπάνω η ανταπόκριση του όγκου και των υγιών ιστών στην ακτινοβολία δεν εξαρτάται μόνο από την τιμή της δόσης αλλά κυρίως από το ποσοστό του όγκου που απορροφά την συγκεκριμένη δόση, κριτήρια που βασίζονται σε όρους δόσης-όγκου είναι καταλληλότερα και έχουν ως αποτέλεσμα καλύτερους σχεδιασμούς θεραπείας συγκρινόμενοι με σχεδιασμούς που βασίζονται σε κριτήρια ορίων δόσης και για το λόγο αυτό χρησιμοποιούνται ευρύτατα (Πίνακας 1). Όγκος (PTV) : Δόση ακτινοβολίας : 80 Gy Ελάχιστη τιμή 76 Gy. Μέγιστη τιμή 90 Gy. Ανομοιογένεια δόσης < 15% Κρίσιμα όργανα: Ορθό, κύστη. Ορθό : V 75 < 5%: ποσοστό όγκου rectum wall που λαμβάνει δόση > 75 Gy να είναι < 5%. V 72 < 30% V 65 < 40% Κύστη : V 75 < 50% Πίνακας 1: Παράδειγμα κριτηρίων δόσης-όγκου για IMRT στον προστάτη Παρόλα αυτά τόσο τα κριτήρια ορίων δόσης όσο και τα κριτήρια δόσης-όγκου παρουσιάζουν το μειονέκτημα ότι δεν λαμβάνουν πλήρως υπόψη τους τη σχέση μεταξύ δόσης και ανταπόκρισης του όγκου και των υγιών ιστών. Για παράδειγμα ο υποδοσιασμός μίας μικρής περιοχής του PTV μπορεί να μην έχει σημαντικό

14 αποτέλεσμα όταν χρησιμοποιούνται κριτήρια ορίων δόσης ή δόσης-όγκου ενώ να έχει σημαντικό αποτέλεσμα στον έλεγχο της νόσου. Έτσι ερευνητικά χρησιμοποιούνται, για τη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού θεραπείας, κριτήρια που βασίζονται σε βιολογικούς όρους και σε δείκτες δόσης-ανταπόκρισης (TCP, NTCP). Μετά τον καθορισμό των κριτηρίων βάση των οποίων θα γίνει η βελτιστοποίηση, καθορίζεται από τον υπολογιστή του συστήματος σχεδιασμού θεραπείας η κατανομή δόσης που θα επιτύχει το βέλτιστο αποτέλεσμα και στη συνέχεια υπολογίζεται για κάθε πιθανό τρόπο ακτινοβόλησης η κατανομή δόσης και επιλέγεται ο τρόπος που θα επιτύχει την βέλτιστη κατανομή δόσης όπως αυτή έχει καθοριστεί με βάση τα κριτήρια που έχουν δοθεί. Παρά το μεγάλο αριθμό των τρόπων ακτινοβόλησης για κάθε περίπτωση, η ισχύς των παρόντων υπολογιστικών συστημάτων επιτρέπει τη επίτευξη της διαδικασίας βελτιστοποίησης σε κλινικά αποδεκτούς χρόνους (μερικά λεπτά της ώρας). Στην πράξη εφαρμόζονται στον ασθενή μεγάλος αριθμός υποπεδίων (~70), το σχήμα των οποίων διαμορφώνεται από τους κατευθυντήρες πολλαπλών φύλλων (MLC) (Σχήμα 11), τα οποία και επιτυγχάνουν την κατανομή δόσης η οποία συμπίπτει με το επιθυμητό αποτέλεσμα. Σχήμα 11: Παράδειγμα υποπεδίων όπως αυτά διαμορφώνονται από τους κατευθυντήρες πολλαπλών φύλλων

15 Η κλινική εφαρμογή της τεχνικής αυτής δίνει τη δυνατότητα αύξησης της δόσης στον όγκο στόχο με αποτέλεσμα τη μεγαλύτερη πιθανότητα ελέγχου της νόσου, χωρίς επιβάρυνση της δόσης στους υγιείς ιστούς και αύξησης της πιθανότητας επιπλοκών. 3. Βραχυθεραπεία υψηλού ρυθμού δόσης με τεχνικές αυτόματης μεταφόρτισης Η βραχυθεραπεία είναι μία μέθοδος ακτινοθεραπείας κατά την οποία ραδιενεργές πηγές κατανέμονται ενδοκοιλοτικά, ενδοϊστικά ή και σε επαφή με τον όγκο-στόχο, με σκοπό την κατά το δυνατόν ομοιόμορφη ακτινοβόληση του στόχου με μεγάλες δόσεις και την παράλληλη ελαχιστοποίηση της ακτινοβόλησης των παρακείμενων υγιών ιστών-οργάνων. Η μέθοδος χρησιμοποιήθηκε για την αντιμετώπιση κακοηθειών από πολύ νωρίς και αμέσως μετά την ανακάλυψη της φυσικής ραδιενέργειας από τον Becquerel (1896) και την απομόνωση του Ραδίου από το ζεύγος Curie (1898). Τα τελευταία χρόνια η κλινική εφαρμογή μεθόδων βραχυθεραπείας σε κακοήθειες έχει αυξηθεί σημαντικά λόγω α) της εξέλιξης των υπολογιστών που επέτρεπαν την εισαγωγή στην κλινική πράξη τεχνικών αυτόματης μεταφόρτισης των πηγών, που περιορίζει στο ελάχιστο την έκθεση σε ακτινοβολία του εμπλεκόμενου προσωπικού και β) της χρήσης πηγών πολύ υψηλής ενεργότητας που οδηγούν σε υψηλούς ρυθμούς δόσης και άρα στην μείωση του χρόνου θεραπείας. Η μέθοδος αυτή που αποτελεί την πλέον σύγχρονη εξέλιξη στη βραχυθεραπεία είναι γνωστή ως βραχυθεραπεία υψηλού ρυθμού δόσης (HDR) και χρησιμοποιεί μία πηγή, κυρίως 192 Ir, πολύ μικρών διαστάσεων και πολύ υψηλής ενεργότητας (1-10 Ci) (Σχήμα 12). Σχήμα 12: Σχηματική αναπαράσταση πηγής 192 Ir (διαστάσεις σε mm).

16 Ειδικοί καθετήρες προ-εισάγονται στον ασθενή στην ευρύτερη περιοχή ενδιαφέροντος (Σχήμα 13). Οι καθετήρες αυτοί συνδέονται με το μηχάνημα αυτόματης μεταφόρτισης μέσω ειδικών καναλιών (Σχήμα 14) και η ραδιενεργός πηγή περνώντας μέσα από τους καθετήρες στέκεται σε προκαθορισμένες θέσεις για προκαθορισμένο χρόνο ακτινοβολώντας την περιοχή ενδιαφέροντος με τρόπο που έχει σχεδιαστεί σε ειδικό σύστημα σχεδιασμού θεραπείας ώστε να δοθεί συγκεκριμένη δόση στο σύνολο του καρκινικού όγκου. Σχήμα 13: Παράδειγμα καθετήρων στην περιοχή του μαστού Σχήμα 14: Σύνδεση καθετήρα με το μηχάνημα αυτόματης μεταφόρτισης

17 Ο χώρος που βρίσκεται το σύστημα αυτόματης μεταφόρτισης και γίνεται η βραχυθεραπεία είναι θωρακισμένος ενώ και η πηγή αρχικά βρίσκεται σε κατάλληλα θωρακισμένο χώρο εντός του μηχανήματος μεταφόρτισης. Μετά την εισαγωγή των καθετήρων στον ασθενή και την σύνδεση τους με το μηχάνημα μεταφόρτισης μέσω των ειδικών καναλιών, το εμπλεκόμενο προσωπικό βγαίνει από το δωμάτιο θεραπείας. Προ της εισόδου της πραγματικής ραδιενεργού πηγής ένα μη ραδιενεργό ομοίωμα της (dummy source) ακολουθεί την πορεία που έχει σχεδιαστεί να ακολουθήσει η πραγματική πηγή με σκοπό να ελεγχθεί αν η πορεία αυτή είναι εφικτή ή εμποδίζεται από πιθανές στενώσεις των καθετήρων, και τελικά αν όλα είναι εντάξει εισάγεται στον όγκο η ραδιενεργός πηγή. Η εντολή για την έξοδο της πηγής από τον θωρακισμένο χώρο του συστήματος μεταφόρτισης και την είσοδο της μέσω των καθετήρων στον ασθενή δίδεται από υπολογιστή που βρίσκεται έξω από το δωμάτιο θεραπείας. Με αυτό τον τρόπο κανένας από το εμπλεκόμενο προσωπικό δεν βρίσκεται στο δωμάτιο θεραπείας όταν η πηγή είναι εκτός θωράκισης, ενώ αν για κάποιο λόγο κατά τη διάρκεια της θεραπείας κάποιος είναι απαραίτητο να μπει στο δωμάτιο, η θεραπεία διακόπτεται από τον υπολογιστή, η πηγή επιστρέφει αυτόματα στη θέση θωράκισης και αφού η πράξη που έπρεπε να γίνει ολοκληρωθεί και το προσωπικό βγει από το δωμάτιο θεραπείας, η πηγή επιστρέφει στην θέση που βρίσκονταν πριν τη διακοπή και η θεραπεία συνεχίζεται κανονικά από την θέση που διακόπηκε. Με τον τρόπο αυτό η δόση στο προσωπικό είναι ουσιαστικά μηδενική αρκεί να ακολουθούνται όλοι οι κανόνες ασφαλείας και το προσωπικό να έχει επαρκώς εκπαιδευτεί. Ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα της μεθόδου αυτής θεραπείας είναι ο μικρός χρόνος (της τάξης των μερικών λεπτών) που απαιτείται για την θεραπεία, λόγω της πηγής υψηλής ενεργότητας που χρησιμοποιείται, με αποτέλεσμα να αποφεύγονται μετατοπίσεις των καθετήρων καθώς και επιπλοκές που μπορεί να εμφανιστούν σε μεγάλους χρόνους θεραπείας. Επιπλέον η χρήση μιας μόνο πηγής και εξειδικευμένου υπολογιστικού συστήματος σχεδιασμού θεραπείας επιτρέπει την βελτιστοποίηση της θεραπείας μέσω της χρήσης διαφορετικών χρόνων ακτινοβόλησης σε κάθε θέση που στέκεται η πηγή μέσα στον καθετήρα και ακτινοβολεί, χρόνοι που έχουν υπολογιστεί κατάλληλα ώστε η δόση στον καρκινικό όγκο να είναι όσο το δυνατόν ομοιόμορφη με παράλληλη ελαχιστοποίηση της δόσης στους υγιείς ιστούς.

18 4. Στερεοτακτική ακτινοχειρουργική Η στερεοτακτική ακτινοχειρουργική (Stereotactic Radiosurgery SRS) είναι μία ακτινοθεραπευτική τεχνική για την θεραπεία μικρών ενδοκρανιακών βλαβών (όπως ακουστικά νευρινώματα, αρτηριοφλεβώδεις δυσπλασίες, γλοιώματα, μηνιγγιώματα, μεταστατικοί όγκοι κ.α.). Σε αντίθεση με τις συμβατικές κλασματοποιημένες ακτινοθεραπευτκές τεχνικές, στην στερεοτακτική ακτινοχειρουργική αποδίδεται πολύ υψηλή δόση σε μία και μόνο συνεδρία. Η προστασία των υγειών ιστών που επιτυγχάνεται με την κλασματοποίηση της δόσης κατά τη συμβατική ακτινοθεραπεία, πρέπει να αντισταθμιστεί (κατά την εφαρμογή SRS) με απόδοση πολύ χαμηλών δόσεων στους υγιείς ιστούς που γειτονεύουν με τον όγκο-στόχο. Αυτή η βασική προϋπόθεση απαιτεί μεγάλη ακρίβεια στη χορήγηση της δόσης διαδικασία η οποία σε όλα της τα στάδια ελέγχεται πλήρως από εξελιγμένα υπολογιστικά συστήματα. Για την εφαρμογή της SRS χρησιμοποιούνται λεπτές δέσμες φωτονίων υψηλής ενέργειας. Οι δέσμες αυτές είναι είτε: α) λεπτές δέσμες φωτονίων (4, 8, 14 και 18 mm) παραγόμενες από 201 ημισφαιρικά κατανεμημένες πηγές 60 Co (γ-knife), είτε β) δέσμες ακτίνων x παραγόμενες από Γραμμικό Επιταχυντή με χρήση κατάλληλων κατευθυντήρων (micro MLC) που επιτρέπουν την παραγωγή ιδιαίτερα λεπτών δεσμών (κυκλικές δέσμες διαμέτρου 5 40 mm) (xknife). Για την ακινητοποίηση του ασθενούς τοποθετείται συνήθως ειδική στεφάνη (σχήμα ) η οποία χρησιμοποιείται και για τον προσδιορισμό (μέσω MRI και CT) του όγκου στόχου σε ένα σύστημα στερεοτακτικών συντεταγμένων που θα επιτρέψει τον υπολογιστικό σχεδιασμό της θεραπείας και την αναπαραγωγή αυτού του σχεδιασμού με πιστότητα κατά τη διάρκεια της ακτινοβόλησης (Σχήμα 15).

19 Σχήμα 15: Στεφάνη για την ακινητοποίηση του ασθενούς σε ακτινοχειρουργική εφαρμογή Μετά την τοποθέτηση του στεφανιού, λαμβάνονται μία σειρά εικόνων από τον μαγνητικό και/ή τον αξονικό τομογράφο, ώστε να προσδιοριστούν τα ανατομικά στοιχεία του ασθενούς και να εντοπισθεί ο όγκος στόχος. Οι εικόνες αυτές εισάγονται στον υπολογιστή του συστήματος σχεδιασμού θεραπείας ο βέλτιστος τρόπος ακτινοβόλησης έτσι ώστε να ακτινοβολείται με το πλέον σύμμορφο τρόπο ο όγκος στόχος και να προφυλάσσονται οι υγιείς ιστοί (Σχήμα 16).

20 Σχήμα 16: Ακτινοβόληση όγκου εγκεφάλου με ακτινοχειρουργική τεχνική (με κίτρινο φαίνεται η ισοδοσική της δόσης θεραπείας) Τα δεδομένα της θεραπείας εισάγονται από το σύστημα σχεδιασμού στην κονσόλα θεραπείας και πραγματοποιείται η ακτινοβόληση του ασθενούς η οποία ελέγχεται πλήρως από ηλεκτρονικό υπολογιστή.