ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ιατµηµατικό Πρόγραµµα Μεταπτυχιακών Σπουδών στην Ιατρική Φυσική

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ιατµηµατικό Πρόγραµµα Μεταπτυχιακών Σπουδών στην Ιατρική Φυσική ιπλωµατική εργασία «ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΚΛΙΝΙΚΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΕΣΜΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ΓΙΑ ΟΛΙΚΟΥ ΕΡΜΑΤΟΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΗΣΗ ΣΤΗΝ ΑΚΤΙΝΟΘΕΡΑΠΕΙΑ» STUDY AND CLINICAL APPLICATION OF ELECTRON BEAMS FOR TOTAL SKIN IRRADIATION IN RADIOTHERAPY (TSEB) Στέφανος Α. ιαµαντόπουλος Α.Μ. :1565 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: Γεώργιος Σ. Παναγιωτάκης ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΠΑΤΡΑ 2010

ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα διπλωµατική εργασία εκπονήθηκε από τον φοιτητή του ιατµηµατικού Προγράµµατος Μεταπτυχιακών Σπουδών στην Ιατρική Φυσική του Παν/µίου Πατρών, Στέφανο ιαµαντόπουλο, κατά το ακαδηµαϊκό έτος 2009-2010. Η εργασία πραγµατοποιήθηκε εξ ολοκλήρου στο Πανεπιστηµιακό Γενικό Νοσοκοµείο «Αττικόν». Για την υλοποίησή της, καθοριστικό ρόλο διετέλεσε η διαρκής και ουσιαστική συνεργασία. µε πλειάδα ατόµων από τον χώρο της ιατρικής φυσικής και της ακτινοθεραπευτικής ογκολογίας. Ιδιαίτερα θα ήθελα να ευχαριστήσω τους: Γεώργιο Παναγιωτάκη, Καθηγητή Ιατρικής Φυσικής του Πανεπιστηµίου Πατρών και επιβλέποντα αυτής της εργασίας, για την πολύτιµη καθοδήγηση του και εµπιστοσύνη που έδειξε στο πρόσωπο µου. Ευστάθιο Ευσταθόπουλο, Επίκουρο Καθηγητή Ιατρικής Φυσικής του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστηµίου Αθηνών, για την βοήθεια και στήριξη που µου προσέφερε καθόλη τη διάρκεια της παραµονής µου στο Π.Γ.Ν. «Αττικόν». Καλλιόπη Πλατώνη, Ακτινοφυσικό της Μονάδας Ακτινοθεραπείας του Π.Γ.Ν. «Αττικόν», για την εµπιστοσύνη που µου έδειξε, την συνεχή και ουσιαστική καθοδήγηση, τις συµβουλές και την αµέριστη συµπαράσταση της κατά την εκπόνηση αυτής της διπλωµατικής εργασίας. Η βοήθεια, οι γνώσεις και οι υποδείξεις της ήταν καθοριστικές στην υλοποίηση αυτής της προσπάθειας. Χωρίς την συµβολή της, τίποτα από ό,τι πραγµατεύεται αυτή η εργασία δεν θα είχε υλοποιηθεί. Ιωάννη Νάζο, Τεχνολόγο Ακτινολόγο της Μονάδας Ακτινοθεραπείας του Π.Γ.Ν. «Αττικόν», για την πολύτιµη βοήθεια του στην κατασκευή του απαραίτητου εξοπλισµού. Βασίλειο Κουλουλία, Επίκουρο Καθηγητή Ακτινοθεραπευτικής Ογκολογίας, σε συνεργασία µε τον οποίο αναπτύχθηκε το θέµα της εργασίας. Χρήστο Αντύπα, Ακτινοφυσικό της Μονάδας Ακτινοθεραπείας του Αρετταιείου Νοσοκοµείου, για την βοήθεια του σε θέµατα δοσιµετρίας. Παναγιώτη Σάνδηλο, Καθηγητή Ιατρικής Φυσικής του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστηµίου Αθηνών, για την παροχή του απαραίτητου δοσιµετρικού εξοπλισµού. Παναγιώτη Παντελάκο, ιευθυντή της Μονάδας Ακτινοθεραπευτικής Ογκολογίας του Π.Γ.Ν. «Αττικόν» και Πρόεδρο της Ελληνικής Εταιρίας Ακτινοθεραπευτικής Ογκολογίας για τις συµβουλές του και την πάντα άµεση βοήθειά του. Τέλος θα ήθελα να ευχαριστήσω όλο το προσωπικό της Μονάδας Ακτινοθεραπείας του Π.Γ.Ν. «Αττικόν», ακτινοφυσικούς, ιατρούς και τεχνολόγους για την φιλοξενία που µου προσέφεραν στο τµήµα και την συνεργασία τους. 1

2

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Εισαγωγή Η ολοσωµατική ακτινοβόληση µε δέσµες ηλεκτρονίων (total skin electron beam treatment- TSEB) θεωρείται διεθνώς ως η θεραπεία εκλογής για το δερµατικό λέµφωµα κυττάρων-τ, είτε σαν θεραπευτική είτε σαν παρηγορητική αγωγή. Σκοπός της είναι να κατανείµει την συνολική δόση σε όλο το δέρµα του ασθενούς χωρίς να επιβαρύνει τα όργανα κάτω από αυτό. Αυτή η ανάγκη για επιφανειακή ακτινοβόληση καθιστά τα ηλεκτρόνια ως την κατάλληλη κλινική δέσµη. Υλικά και µέθοδοι Στη µονάδα ακτινοθεραπείας του Π.Γ.Ν. «Αττικόν», µετά από διάφορες µετρήσεις και δοκιµές τεχνικών TSEB (Παράρτηµα), επιλέχθηκε ως θέση θεραπείας του ασθενούς η όρθια µε δύο δέσµες υπό γωνία, όπως καθορίζει και η τεχνική Stanford. Για την τεχνική αυτή χρησιµοποιείται o γραµµικός επιταχυντής Clinac 2100C της VARIAN µε δυνατότητα παραγωγής δεσµών ηλεκτρονίων 6 MeV σε υψηλό ρυθµό δόσης. Η συγκεκριµένη προεπιλογή του µηχανήµατος επιτρέπει στα διαφράγµατα να ανοίξουν σε ένα εύρος 36cm x 36cm χωρίς τη χρήση κώνου. H απόσταση πηγής-δέρµατος (SSD) τέθηκε ίση µε 380cm, µε το gantry του γραµµικού να σχηµατίζει δύο γωνίες ±17,5 ο από την οριζόντια θέση του (270 ο ). Η διάταξη αυτή εξασφαλίζει την δηµιουργία ενός µεγάλου και οµοιογενούς πεδίου (200cm x 80cm στην απόσταση θεραπείας). Για τη µείωση της ονοµαστικής ενέργειας της δέσµης στα 3 MeV άρα και της διεισδυτικότητάς της, καθώς και για την επίτευξη των επιθυµητών διαστάσεων του πεδίου, ένα φύλλο plexiglas (PMMA) πάχους 0,5cm παρεµβάλλεται µεταξύ της κεφαλής του γραµµικού επιταχυντή και του ασθενούς σε απόσταση 30cm από το επίπεδο θεραπείας. Ο ασθενής περιστρέφεται ανά 60 ο διαδοχικά για να καλυφθεί όλη του η επιφάνεια οµοιόµορφα, ακτινοβολούµενος συνολικά σε έξι θέσεις. Για τον ακριβή καθορισµό των συνθηκών θεραπείας, πραγµατοποιήθηκαν µετρήσεις PDD και Profile των δεσµών µε θαλάµους ιονισµού παραλλήλων πλακών σε phantom στερεάς κατάστασης. οσιµετρική επιβεβαίωση της κατανοµής της δόσης στο δέρµα πραγµατοποιήθηκε µε δοσίµετρα θερµοφωταύγειας (TLD) πάνω σε ανθρωποµορφικό phantom. Aποτελέσµατα Τα αποτελέσµατα σε αυτές τις συνθήκες έδειξαν µια οµοιογένεια του συνολικού πεδίου στο επίπεδο θεραπείας της τάξης του ± 2% στον διαµήκη άξονα ενώ στον οριζόντιο ±5%. Το βάθος z max της κάθε επιµέρους δέσµης είναι 0,7gr/cm 2 ενώ η συνεισφορά των παραγόµενων ακτίνων-χ (λόγω φαινοµένου πεδήσεως) στην συνολική δόση που παίρνει ο ασθενής από τη θεραπεία είναι 0,3 %. Η ενέργεια της δέσµης στο επίπεδο θεραπείας είναι Ε ο =3,34 MeV. Συµπεράσµατα Τα παραπάνω αποτελέσµατα µας οδηγούν στο συµπέρασµα ότι η θεραπεία TSEB µπορεί να εφαρµοστεί µε ασφάλεια στο ακτινοθεραπευτικό τµήµα του Π.Γ.Ν «Αττικόν». Ο υψηλός ρυθµός δόσης εξασφαλίζει µικρότερο χρόνο θεραπείας. Οι περιοχές που υποδοσιάζονται καθ όλη τη διάρκεια της θεραπείας µπορούν να προσδιοριστούν για κάθε ασθενή µε in vivo δοσιµετρία (TLD) και θα επανακτινοβολούνται µε συµπληρωµατικά (boost) πεδία. 3

4

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Συντοµογραφίες... 9 Κεφάλαιο 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 10 1.1 Ιστορική αναδροµή... 11 1.2 Σκοπός... 12 ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ... 14 Κεφάλαιο 2 : ΕΡΜΑΤΙΚΟ ΛΕΜΦΩΜΑ Τ-ΚΥΤΤΑΡΩΝ... 16 2.1 Περιγραφή νόσου...17 2.2 Στάδια δερµατικού λεµφώµατος κυττάρων-τ...18 2.2.1 Στάδιο Ι...19 2.2.2 Στάδιο ΙΙ...19 2.2.3 Στάδιο ΙΙΙ...19 2.2.4 Στάδιο IV...20 2.2.5 Περιοδική νόσος...20 2.3 Θεραπείες για την αντιµετώπιση του ερµατικού Λεµφώµατος Κυττάρων-Τ...20 2.3.1 Χηµειοθεραπεία...21 2.3.2 Φωτοθεραπεία...21 2.3.3 Βιολογική θεραπεία...21 2.3.4 Μεταµόσχευση Μυελού των οστών...21 2.3.5 Ακτινοθεραπεία...22 Κεφάλαιο 3 : ΦΥΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΕΣΜΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ... 22 3.1 Γενικά...23 3.2 Επί τοις εκατό δόση βάθους...23 3.2.1 Περιοχή build-up (βάθη µεταξύ επιφάνειας και z max - 0 z z max )...24 3.2.2 Κατανοµή δόσης πέρα από το z max (z> z max )...25 3.2.3 Λοξή πρόσπτωση δέσµης...27 3.3 Προσδιορισµός της ενέργειας δέσµης ηλεκτρονίων...28 3.4 Ακτινοβολία πεδήσεως (ακτινοβολία λόγω Bremsstrahlung)...29 3.5 Προφίλ και έκκεντρες αναλογίες (Profiles and off-axis ratios)...29 3.6 Οµοιογένεια και συµµετρία (Flatness and symmetry)...29 3.7 Ισοδοσιακές καµπύλες...30 Κεφάλαιο 4 : Ιδιότητες της δέσµης TSEB... 33 4.1 Γενικά...33 4.2 Χαρακτηριστικά PDD δέσµης TSEB...33 4.3 Ενέργεια δέσµης TSEB...34 4.4 Υπόβαθρο ακτίνων-χ στη θεραπεία TSEB...34 4.5 Προφίλ έσµης TSEB...34 4.6 Κατανοµή δόσης στη θεραπεία TSEB...35 4.7 Ρυθµός δόσης δέσµης TSEB...35 4.8 Θωρακίσεις ασθενών στη θεραπεία TSEB...35 4.9 Ακινητοποίηση ασθενούς...35 5

6 4.10 Boost πεδία...35 4.11 Χώρος Θεραπείας...36 Κεφάλαιο 5 : ΤΕΧΝΙΚΕΣ... 37 5.1 Κατηγορίες τεχνικών TSEB...37 5.2 Τεχνικές µεγάλων πεδίων ηλεκτρονίων...37 5.2.1 Σκεδαζόµενη µονή δέσµη (Scattered single beam)...37 5.2.2 Ζεύγος παραλλήλων δεσµών (Pair of parallel beams)...38 5.2.3 Pendulum-Arc...38 5.2.4 Ζεύγη δεσµών υπό γωνία (Pairs of angled beams)...38 5.3 Περιστροφικές τεχνικές...39 5.3.1 Περιστροφή ασθενούς (Rotational TSEB)...39 5.3.2 Περιστροφή ασθενούς (µε ζεύγη δεσµών)...40 5.4 «Μεταφορικές» τεχνικές...40 5.4.1 Μεταφορική τεχνική (translational technique)...40 5.4.2 Lying-on τεχνική...41 5.4.3 Christie Hospital τεχνική...41 Κεφάλαιο 6 : ΟΣΙΜΕΤΡΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ-TSEB... 43 6.1 Κυλινδρικοί θάλαµοι ιονισµού (τύπου Farmer)...43 6.2 Θάλαµοι Ιονισµού Παραλλήλων Πλακών (Parallel Plate Ionization Chambers)...43 6.3 οσιµετρία Θερµοφωταύγειας...44 ΕΙ ΙΚΟ ΜΕΡΟΣ... 47 Κεφάλαιο 7 : ΥΛΙΚΑ... 49 7.1 Γραµµικός Επιταχυντής...49 7.1.1 Varian Clinac 2100C...49 7.2 Σύστηµα Water Phantom...50 7.2.1 Θάλαµοι ιονισµού...50 7.2.2 PTW-MP3/MP3-S System...50 i) MP3 Phantom Tank...50 ii) Σύστηµα ανύψωσης MP3-S µε ενσωµατωµένη δεξαµενή αποθήκευσης νερού...51 iii) TANDEM dual channel electrometer...51 iv) Μονάδα ελέγχου MP3 T41013...51 v) MEPHYSTO (Medical Physics Tool)...52 7.3 Phantoms...52 7.3.1 Πλάκες προσοµοίωσης ανθρώπινου ιστού (Slab Phantom)...52 7.3.2 Ανθρωποµορφικό οµοίωµα...52 7.4 Θάλαµοι ιονισµού...53 7.4.1 PTW Advanced Markus...53 7.4.2 PTW Roos...53 7.4.3 PTW Farmer...54 7.4.4 PTW UNIDOS Universal Dosemeter...55 7.5 Σύστηµα TLD...55 7.5.1 οσίµετρα Θερµοφωταύγειας TLD...55 7.5.2 LTM Manual TLD (reader) System...56 7.5.3 Fimel ETT Oven...56 7.6 Σύστηµα ακινητοποίησης ασθενούς...57 7.7 Θωράκιση Καλωδίου Θαλάµων Ιονισµού...58 Κεφάλαιο 8 : ΜΕΘΟ ΟΙ... 59

8.1 Βαθµονόµηση οσιµέτρων Θερµοφωταύγειας (TLD)...59 8.1.1 Στάδια Βαθµονόµησης TLD...59 8.1.1.1 Σταθεροποίηση συµπεριφοράς δοσιµέτρων...59 8.1.1.2 Οµαδοποίηση...59 8.1.1.3 Βαθµονόµηση...61 8.2 Έλεγχος καταλληλότητας βιοµηχανικού φύλλου Plexiglas...62 8.3 Χαρακτηριστικά τεχνικής TSEB στην Α/Θ µονάδα του Π.Γ.Ν. «Αττικόν»...64 8.3.1 Απόσταση Πηγής- έρµατος (Source-to-skin distance, SSD)...65 8.3.2 Συνθήκες ακτινοβόλησης...65 8.4 Υπολογισµός της βέλτιστης γωνίας...65 8.5 Μέτρησης καµπύλης δόσης- βάθους (PDD)...66 8.5.1 PDD µονής & οριζόντιας δέσµης...67 8.5.2 PDD διπλού πεδίου (δύο πεδία υπό γωνία ±17,5 ο )...68 8.5.3 PDD Θεραπείας TSEB...68 8.6 Μετρήσεις Προφίλ της έσµης TSEB...68 8.6.1 Κατακόρυφο Προφίλ δέσµης TSEB (z=0)...68 8.6.2 Οριζόντιο Προφίλ δέσµης TSEB (z=0)...69 8.6.3 Οριζόντιο/Κατακόρυφο προφίλ δέσµης στο z max...70 8.7 Μέτρηση απορροφούµενης δόσης δεσµών TSEB...70 8.8 Μετρήσεις Κατανοµής όσης...71 8.8.1 Κατανοµή δόσης πάνω στο δέρµα...71 8.8.2 Κατανοµή δόσης στην κορυφή της κεφαλής...71 α) Μετρήσεις σε Slab Phantom...71 β) Μετρήσεις σε ανθρωποµορφικό Phantom...72 8.9 Υπολογισµός Monitor Units...73 Κεφάλαιο 9 : ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ & ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ... 75 9.1 Καµπύλη βαθµονόµησης TLD...75 9.2 Αποτελέσµατα ελέγχου καταλληλότητας βιοµηχανικού φύλλου Plexiglas...75 9.3 Αποτελέσµατα βέλτιστης γωνίας του Gantry...76 9.4 Αποτελέσµατα καµπυλών επί τοις εκατό δόσης βάθους (PDD)...76 9.4.1 PDD µονής δέσµης ηλεκτρονίων...76 9.4.2 PDD διπλής δέσµης και συνολικής θεραπείας TSEB- οσιµετρικά µεγέθη77 9.5 Αποτελέσµατα Προφίλ εσµών TSEB...78 9.5.1 Κατακόρυφο Προφίλ δέσµης TSEB (z=0)...78 9.5.2 Οριζόντιο Προφίλ δέσµης TSEB (z=0)...80 9.5.3 Κατακόρυφο προφίλ δέσµης στο z max...81 9.5.4 Οριζόντιο προφίλ δέσµης στο z max...81 9.6 Απορροφούµενη δόση δεσµών TSEB...82 9.7 Κατανοµή όσης...82 9.7.1 Κατανοµή δόσης πάνω στο δέρµα...82 9.7.2 Κατανοµή δόσης στην κορυφή της κεφαλής...83 9.8 Monitor Units...85 Κεφάλαιο 10 : ΣΥΖΗΤΗΣΗ... 87 10.1 Αποδοχή βιοµηχανικού φύλλου Plexiglas...87 10.2 Κριτήρια επιλογής βέλτιστης γωνίας...87 10.4 ηµιουργία Προφίλ της έσµης TSEB...88 10.4.1 Κατακόρυφο Προφίλ δέσµης TSEB...88 7

10.4.2 Οριζόντιο Προφίλ δέσµης TSEB...90 10.5 Αξιολόγηση αποτελεσµάτων κατανοµής δόσης...90 10.5.1 Κατανοµή δόσης πάνω στο δέρµα...90 10.5.2 Κατανοµή δόσης στην κορυφή της κεφαλής...90 Κεφάλαιο 11 : ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ... 91 Κεφάλαιο 12 : ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ... 95 12.1 Επιλογή κατάλληλης τεχνικής...95 12.1.1 Απόρριψη τεχνικών TSEB...95 12.1.2 Μodified Christie Hospital τεχνική...95 12.1.3 Τροποποιηµένη Lying-on τεχνική...97 12.1.4 Lying-on τεχνική...100 12.1.4.1 Μέτρηση PDD...100 12.1.4.2 Μετρήσεις Προφίλ...100 12.1. 5 Τεχνική Stanford...104 12.2 Υπολογισµός δοσιµετρικών παραµέτρων µε βάση το πρωτόκολλο TRS-398...104 12.2.1 Υπολογισµός Απορροφούµενης δόσης...104 12.2.1 Υπολογισµός Καµπυλών PDD...105 Βιβλιογραφία... 111 8

Συντοµογραφίες AAPM: American Association of Physicists in Medicine BRM: Biological Response Modifier IAEA: International Atomic Energy Agency ICRU: International Commission on Radiation Units & Measurements IEC: International Electrotehnical Commision Linac: Linear Accelerator MEPHYSTO: Medical Physics Tool MLC: Multileaf Collimators PDD: Percentage Depth Dose MU: Monitor Units OAR: Off-Axis Ratios PMMA: Poly(methyl methacrylate) RTSEB: Rotational Total Skin Electron Beam SSD: Source Skin Distance TBA: Therapy Beam Analyzer TLD: Thermoluminescence Dosimeter TSEB: Total Skin Electron Beam TSEBT: Total Skin Electron Beam Treatment TSEI: Total Skin Electron Irradiation TSET: Total Skin Electron Treatment 9

10 Κεφάλαιο 1 : ΕΙΣΑΓΩΓΗ

1.1 Ιστορική αναδροµή Η ολοσωµατική θεραπεία µε δέσµες ηλεκτρονίων (Total Skin Electron Beam Therapy, TSEB) αποτελεί µια ακτινοθεραπευτική τεχνική που στοχεύει στην καταπολέµηση δερµατικών όγκων, που εµφανίζονται σε όλη την επιφάνεια του ανθρωπίνου σώµατος, συµπτώµατα που προκαλούνται από ασθένειες όπως το δερµατικό λέµφωµα Τ-κυττάρων και τα παράγωγα νοσήµατα του (µονήρης σπογγοειδής µυκητίαση, σύνδροµο Sézary), το σάρκωµα Kaposi κ.τ.λ. Πριν από την χρήση δεσµών ηλεκτρονίων, αυτού του είδους η θεραπεία γινόταν µε ακτίνες- Χ χαµηλών ενεργειών όπως το X-Ray Bath του Sommerville [1], το οποίο εφαρµοζόταν από τις αρχές του 20 ου αιώνα. Τα κλινικά αποτελέσµατα από τη χρήση τέτοιων µεθόδων ήταν απογοητευτικά, επειδή δεν ήταν εφικτή η ίαση όλης της επιφάνειας του δέρµατος. Επιβαλλόταν η χρήση ενός υπερβολικά µεγάλου αριθµού πεδίων περιορισµένων διαστάσεων. Το γεγονός αυτό εισήγαγε µεγάλη αµφιβολία για τα σηµεία ένωσης των πεδίων. Επιπλέον δεν ήταν εφικτή η θεραπεία του δέρµατος µέχρι ενός ορισµένου βάθους χωρίς ο ασθενής να λάβει τεράστιες ποσότητες δόσης από ακτίνες-χ σε κρίσιµα όργανα. Η εισαγωγή των ηλεκτρονίων στην κλινική χρήση, έδωσε νέα προοπτική στην θεραπεία δερµατικού λεµφώµατος κυττάρων-τ. Η επιλογή των ηλεκτρονίων σαν θεραπευτική δέσµη ήταν προφανής λόγω της µικρής διεισδυτικότητας τους στους ιστούς, αφού το όργανο προς ακτινοβόληση είναι το δέρµα. Μια εναλλακτική πηγή δεσµών ηλεκτρονίων παρείχαν οι ραδιενεργές πηγές εκποµπής σωµατιδίων β, όπως το στρόντιο-ύττριο 90 (90Sr-90Y). Οι πηγές αυτές, λόγω της µεγάλης χωρικής τους απόκλισης, του ευρέους ενεργειακού τους φάσµατος και της µικρής τους µέσης ενέργειας (1,12 MeV) προσέφεραν µικρή διείσδυση στον ανθρώπινο ιστό (το 100% της καµπύλης δόσης βάθους κυµαίνεται από 0,4 µέχρι 0,8 g/cm 2 ), άρα και στοχευµένη ακτινοβόληση του δέρµατος. Μια τυπική διαδικασία ακτινοβόλησης µε 24 Ci από 90Sr-90Y, µπορούσε να κρατήσει παραπάνω από 15 λεπτά για να κατανεµηθούν 2 Gy πάνω στον ασθενή σε µια περιοχή 60cm x 180cm. Στη µονάδα ακτινοβόλησης ραδιενεργών πηγών που περιγράφει ο Haybittle [2], η πηγή των 24 Ci ήταν κατανεµηµένη σε µία περιοχή 53cm x 2cm. O ασθενής ακτινοβολούταν µεταφερόµενος επικλινής σε 40cm απόσταση από την πηγή, µε τον διαµήκη άξονά του παράλληλο και την διεύθυνση κίνησης του κάθετη ως προς το µήκος της πηγής. Παρόλο που η εφαρµογή αυτής της τεχνικής µπορεί να χαρακτηριστεί επιτυχής, οι ραδιενεργές πηγές σταδιακά εγκαταλειφθήκαν για να αντικατασταθούν από τους επιταχυντές. Οι µεγάλοι χρόνοι έκθεσης, η µη ικανοποιητική οµοιογένεια στην κατανοµή δόσης και η πολύ µικρή τους διεισδυτικότητα στον ιστό, αποτέλεσαν την αχίλλειο πτέρνα των ραδιενεργών πηγών στην ολοσωµατική θεραπεία µε ηλεκτρόνια. Οι γεννήτριες Van de Graff ήταν οι πρώτοι επιταχυντές που χρησιµοποιήθηκαν για την θεραπεία TSEB. Στις τεχνικές αυτές ο ασθενής ακτινοβολούταν από κάθετες δέσµες ενέργειας από 1,5MeV µέχρι 4,5MeV, σε συγκεκριµένες θέσεις στο πάτωµα του δωµατίου θεραπείας. Το 1952, πραγµατοποιήθηκε η πρώτη θεραπεία TSEB µε γραµµικό επιταχυντή. Οι δέσµες που παράγονται µε αυτόν τον τρόπο έχουν το πλεονέκτηµα της εναπόθεσης της µέγιστης δόσης λίγο πιο εσωτερικά από το δέρµα ενώ από εκείνο το σηµείο και µετά η δόση µειώνεται απότοµα, χωρίς να επιβαρύνει ακτινικά τις υποδόριες δοµές. Σήµερα η θεραπεία TSEB µε γραµµικό επιταχυντή διανύει την έκτη δεκαετία στην κλινική χρήση. Όλες οι σύγχρονες τεχνικές TSEB απαιτούν γραµµικούς επιταχυντές που χρησιµοποιούνται ήδη για συµβατικές ακτινοθεραπείες, τροποποιηµένους κατάλληλα για το TSEΒ (µεγάλα και οµοιογενή πεδία ηλεκτρονίων χωρίς τη χρήση κώνου και απόσταση πηγής-ασθενούς από 1,5m µέχρι 7m)[2]). Οι ενέργειες ηλεκτρονίων που χρησιµοποιούνται συνήθως είναι 4-10 MeV µε σκοπό τη µείωση τους σε 3-7 MeV στο επίπεδο θεραπείας. Με την πάροδο όλων αυτών των ετών, πολυάριθµες τεχνικές ολοσωµατικής ακτινοβόλησης µε ηλεκτρόνια έχουν αναπτυχθεί ως αποτέλεσµα της εξέλιξης της τεχνολογίας και της τεχνογνωσίας. Όλες στοχεύουν στην οµοιόµορφη κάλυψη της επιφάνειας του ασθενούς µε την «prescribed» δόση (32-40Gy)[3, 4] χωρίς να επιβαρυνθούν υγιή όργανα και ιστοί [5]. Η επιλογή 11

µίας εξ αυτών από το εκάστοτε ακτινοθεραπευτικό τµήµα αποτελεί σύνθετο πρόβληµα µε επιµέρους συνιστώσες το διαθέσιµο χώρο, τον εξοπλισµό και το χρόνο στην κλινική ρουτίνα [2]. Οποιαδήποτε τεχνική TSEB κι αν επιλεχθεί από το επιστηµονικό προσωπικό, απαιτείται αυστηρός έλεγχος ποιότητας, διότι συχνά χρησιµοποιούνται υψηλοί ρυθµοί δόσης για να ελαχιστοποιηθεί ο χρόνος θεραπείας [6-8]. Αυτή η τροποποίηση απαιτεί τη λειτουργία του επιταχυντή σε πολύ υψηλότερες τιµές ρεύµατος από ότι στις συµβατικές θεραπείες ηλεκτρονίων και ακτίνων-χ. Το αν ο ακτινοφυσικός θα πρέπει να είναι παρών κατά την διαδικασία του TSEΒ εξαρτάται από την πολυπλοκότητα της τεχνικής και την εµπειρία του προσωπικού. [9-13] Κάθε τεχνική TSEB στηρίζεται στα χαρακτηριστικά των δεσµών των ηλεκτρονίων που παράγονται από γραµµικούς επιταχυντές. Αυτά ακριβώς τα χαρακτηριστικά έχουν αναδείξει τη θεραπεία TSEB ως τη θεραπεία εκλογής για τα δερµατικά καρκινώµατα µε ολοσωµατική συµπτωµατολογία. Η θεραπεία TSEB χορηγείται είτε σαν θεραπευτική είτε σαν παρηγορητική αγωγή, µόνη της ή σε συνδυασµό µε άλλες θεραπείες [1, 3, 14-53] και εφαρµόζεται µόνο σε µεγάλα ακτινοθεραπευτικά κέντρα σε όλο τον κόσµο λόγω της πολυπλοκότητας της και του µικρού ποσοστού εµφάνισης τέτοιου είδους ασθενειών (2-3/10 6 πληθυσµού για τη µονήρη σπογγοειδή µυκητίαση)[2]. Βιβλιογραφικά, η ολοσωµατική θεραπεία µε ηλεκτρόνια µπορεί να αναφέρεται και ως Total Skin Electon Therapy, Total Skin Electron Irradiation, Total Skin Electron Beam Therapy, Whole Beam Electron Irradiation, Whole Skin Electron Irradiation κ.τ.λ. 1.2 Σκοπός Σκοπός της παρούσας µεταπτυχιακής διπλωµατικής εργασίας ήταν ο σχεδιασµός και υλοποίηση των µέσων και των διαδικασιών που απαιτούνται για την κλινική εφαρµογή της ολοσωµατικής θεραπείας µε δέσµες ηλεκτρονίων στη Μονάδα Ακτινοθεραπείας του Πανεπιστηµιακού Γενικού Νοσοκοµείου «Αττικόν». Η προσπάθεια αυτή πραγµατοποιήθηκε µε στόχο την δυνατότητα παροχής ολοκληρωµένης θεραπείας των δερµατικών λεµφωµάτων στην Ελλάδα, αφού µέχρι σήµερα η θεραπεία αυτού του είδους δεν είχε εφαρµοστεί σε κάποιο ελληνικό ακτινοθεραπευτικό τµήµα ή κλινική. Για την υλοποίηση αυτής της προσπάθειας, αξιοποιήθηκαν τα χαρακτηριστικά και οι δυνατότητες του γραµµικού επιταχυντή Varian Clinac 2100C, ο οποίος είναι εγκατεστηµένος στη µονάδα ακτινοθεραπείας του Π.Γ.Ν. «Αττικόν». Η αξιοπιστία µιας τέτοιας ακτινοθεραπευτικής µεθόδου πριν δοθεί στην κλινική πράξη, θα έπρεπε να επιβεβαιωθεί από τα διεθνή πρωτόκολλα. Η επιλογή της τεχνικής TSEB στη Μονάδα Ακτινοθεραπείας του Π.Γ.Ν. «Αττικόν», ήταν µια δυναµική διαδικασία, κατά την οποία δοκιµάστηκαν και απορρίφθηκαν αρκετές τεχνικές. Η αξιολόγηση όλων των τεχνικών και η τελική επιλογή έγινε µε βάση τις κατευθυντήριες γραµµές των διεθνών πρωτοκόλλων, το διαθέσιµο χώρο στο τµήµα, το διαθέσιµο χρόνο στην κλινική ρουτίνα, την ευκολία εφαρµογής της θεραπείας-τόσο από ανθρώπινης όσο και από τεχνικής πλευράς-και την άνεση του ογκολογικού ασθενή. Λαµβάνοντας υπόψη τα προαναφερθέντα και τα αποτελέσµατα των δοσιµετρικών ελέγχων που πραγµατοποιήθηκαν, η τεχνική που τελικά αναπτύχθηκε είναι η «six dual field technique» ή αλλιώς «Stanford technique» [54, 55]. Για την εφαρµογή της συγκεκριµένης τεχνικής, χρειάστηκε η κατασκευή ενός συστήµατος στήριξης του ασθενούς. Ο ρόλος αυτού του συστήµατος είναι διττός: αφενός παρέχει την κατάλληλη στήριξη και ακινητοποίηση στον ασθενή που ακτινοβολείται όρθιος απέναντι από την κεφαλή του γραµµικού επιταχυντή, αφετέρου διαµορφώνει την δέσµη ηλεκτρονίων και ελαττώνει την διεισδυτικότητά της στον ανθρώπινο ιστό. Η κατασκευή αυτού του συστήµατος έγινε εξ ολοκλήρου στο Π.Γ.Ν «Αττικόν». Για την επιβεβαίωση της καταλληλότητας της τεχνικής «Stanford», χρειάστηκαν να πραγµατοποιηθούν σειρές δοσιµετρικών ελέγχων και µετρήσεων. Ο εξοπλισµός που χρησιµοποιήθηκε συνίσταται από θαλάµους ιονισµού παραλλήλων πλακών, δοσίµετρα θερµοφωταύγειας, στερεάς κατάστασης και ανθρωποµορφικά οµοιώµατα. Συνοπτικά έγιναν οι εξής µετρήσεις και υπολογισµοί: PDD κλινικής δέσµης TSEB 12

Μετρήθηκε το ποσοστό εναπόθεσης της δόσης σε συνάρτηση µε το βάθος στον ιστό. Οι µετρήσεις αυτές πραγµατοποιήθηκαν µε θάλαµο παραλλήλων πλακών σε οµοίωµα στερεάς κατάστασης (πλάκες από Plexiglas). Profile κλινικής δέσµης TSEB Μετρήθηκε η διακύµανση της έντασης του πεδίου TSEB σε µια περιοχή 200cm x 80cm στο επίπεδο θεραπείας και σε βάθος z max. Οι µετρήσεις αυτές πραγµατοποιήθηκαν µε θάλαµο παραλλήλων πλακών σε οµοίωµα στερεάς κατάστασης. Απορροφούµενη δόση Η δόση που απορροφάται από τον ανθρώπινο ιστό στην επιφάνεια του δέρµατος και σε βάθος z max. Οι µετρήσεις αυτές πραγµατοποιήθηκαν µε θάλαµο παραλλήλων πλακών σε οµοίωµα στερεάς κατάστασης και µε δοσίµετρα θερµοφωταύγειας (TLD), σε ανθρωποµορφικό οµοίωµα. Κατανοµή δόσης Μετρήθηκε η διακύµανση της δόσης πάνω σε όλη την επιφάνεια του δέρµατος Οι µετρήσεις έγιναν µε TLD πάνω σε ανθρωποµορφικό Phantom Υπολογισµός Monitor Units Εκτιµήθηκε ο απαιτούµενος χρόνος έκθεσης του ασθενούς στην κλινική δέσµη, έτσι ώστε να του κατανεµηθεί η συνταγοδοτούµενη δόση. Χρησιµοποιήθηκαν τα αποτελέσµατα των παραπάνω µετρήσεων Όλη η επεξεργασία των αποτελεσµάτων πραγµατοποιήθηκε µε βάση το πρωτόκολλο TRS- 398 της ΙΑΕΑ (Internaional Atomic Energy Agency)[56]. Η αξιολόγηση των αποτελεσµάτων έγινε µε βάση το Report No.23 της AAPM [2] και του Review of Radiaton Oncology Physics: A Handbook for teachers and Students της IEAE [57] 13

14 ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

15

16 Κεφάλαιο 2 : ΕΡΜΑΤΙΚΟ ΛΕΜΦΩΜΑ Τ-ΚΥΤΤΑΡΩΝ

2.1 Περιγραφή νόσου Το δερµατικό λέµφωµα Τ-κυττάρων είναι µια ασθένεια κατά την οποία ορισµένα κύτταρα του λεµφικού συστήµατος (που ονοµάζονται λεµφοκύτταρα Τ) γίνονται καρκινικά (κακοήθη) και επηρεάζουν το δέρµα. Τα λεµφοκύτταρα είναι λευκά αιµοσφαίρια που καταπολεµούν τις λοιµώξεις και παράγονται στο µυελό των οστών και σε άλλα όργανα του λεµφικού συστήµατος. Τα Τ- λεµφοκύτταρα είναι εξειδικευµένα λεµφοκύτταρα που βοηθούν το ανοσοποιητικό σύστηµα του οργανισµού σκοτώνοντας τα βακτήρια και άλλους επιβλαβείς οργανισµούς στο σώµα. Το λεµφικό σύστηµα είναι µέρος του ανοσοποιητικού συστήµατος και αποτελείται από λεπτούς σωλήνες και διακλαδώσεις, όπως και τα αιµοφόρα αγγεία, σε όλα τα µέρη του σώµατος, συµπεριλαµβανοµένου και του δέρµατος. Οι λεµφικές φλέβες µεταφέρουν λέµφο, ένα άχρωµο, υδαρές υγρό που περιέχει λεµφοκύτταρα. Κατά µήκος του δικτύου των φλεβών υπάρχουν οµάδες µικρών, σε σχήµα φασολιού, οργάνων, που ονοµάζονται λεµφαδένες. Οι οµάδες των λεµφαδένων υπάρχουν στη µασχάλη, τη λεκάνη, το λαιµό και την κοιλιά. Η σπλήνα (ένα όργανο στην άνω κοιλιακή χώρα που παράγει τα λεµφοκύτταρα και φιλτράρει παλιά αιµοσφαίρια από το αίµα), ο θύµος αδένας και οι αµυγδαλές, αποτελούν επίσης µέρος του λεµφικού συστήµατος. Υπάρχουν πολλοί τύποι λεµφώµατος. Οι πιο κοινές µορφές της νόσου είναι η νόσος Hodgkin (Hodgkin disease) και το non-hodgkin λέµφωµα. Αυτοί οι τύποι λεµφώµατος αρχίζουν συνήθως στους λεµφαδένες και τη σπλήνα. Το δερµατικό λέµφωµα Τ-κυττάρων αναπτύσσεται συνήθως αργά για πολλά χρόνια. Στα πρώτα στάδια, στο δέρµα µπορεί να προκαλείται κνησµός, ξηροδερµία, καθώς επίσης µπορεί να κάνουν την εµφάνιση τους και σκοτεινές κηλίδες. Καθώς η ασθένεια επιδεινώνεται, µπορεί να σχηµατιστούν όγκοι στο δέρµα, µία κατάσταση που ονοµάζεται µονήρης σπογγοειδής µυκητίαση (mycosis fungoides)(εικόνα 2.1). Εικόνα 2.1 :Ασθενής µε µονήρη σπογγοειδή µυκητίαση Καθώς η νόσος επεκτείνεται, το δέρµα µπορεί να µολυνθεί. Η ασθένεια µπορεί να εξαπλωθεί σε λεµφαδένες ή σε άλλα όργανα του σώµατος, όπως η σπλήνα, οι πνεύµονες ή το ήπαρ. Όταν τα καρκινικά κύτταρα βρεθούν σε αφθονία µέσα στο αίµα, η κατάσταση ονοµάζεται σύνδροµο Sézary (Sézary syndrome)(εικόνα 2.2). 17

Εικόνα 2.2: Ασθενής µε ερυθρόδερµα εξ αιτίας συνδρόµου Sézary Εάν υπάρχουν συµπτώµατα του δερµατικού λεµφώµατος, o γιατρός µπορεί να πραγµατοποιήσει βιοψία. Η πιθανότητα αποκατάστασης (πρόγνωση) και η επιλογή της θεραπείας εξαρτάται από το στάδιο του καρκίνου (αν είναι µόνο στο δέρµα ή έχει εξαπλωθεί σε άλλα µέρη του σώµατος) και η γενική κατάσταση της υγείας του ασθενούς. Υπάρχουν διάφορες άλλες µορφές καρκίνου που ξεκινούν στο δέρµα. Οι πιο κοινές είναι το βασικοκυτταρικό καρκίνωµα (Basal Cell Cancer)(Εικόνα 2.3) και το καρκίνωµα εκ πλακωδών κυττάρων (Squamous Cell Cancer)(Εικόνα 2.4). Ένας άλλος τύπος καρκίνου του δέρµατος είναι και το µελάνωµα. Το σάρκωµα Kaposi (Εικόνα 2.5), ένα σπάνιο είδος καρκίνου που εµφανίζεται πιο συχνά σε ασθενείς µε το Σύνδροµο Επίκτητης Ανοσολογικής Ανεπάρκειας (AIDS), επηρεάζει επίσης το δέρµα. Οι καρκίνοι που ξεκινούν σε άλλα µέρη του σώµατος µπορεί επίσης να µεταδοθούν (µε µεταστάσεις) στο δέρµα. Εικόνα 2.3: Βασικοκυτταρικό καρκίνωµα (Basal Cell Cancer) Εικόνα 2.4: Καρκίνωµα εκ πλακωδών κυττάρων (Squamous Cell Cancer) Εικόνα 2.5: Σάρκωµα Kaposi 2.2 Στάδια δερµατικού λεµφώµατος κυττάρων-τ 18

Μόλις διαγνωστεί το δερµατικό Τ-λέµφωµα, θα πρέπει να πραγµατοποιηθούν περισσότερες δοκιµές για να διαπιστωθούν εάν τα καρκινικά κύτταρα έχουν εξαπλωθεί και σε άλλα µέρη του σώµατος. Αυτή η διαδικασία ονοµάζεται σταδιοποίηση της νόσου. Ένας γιατρός πρέπει να γνωρίζει το στάδιο της νόσου για να σχεδιαστεί σωστά η θεραπεία. Η θεραπεία του δερµατικού λεµφώµατος Τ-κυττάρων εξαρτάται από το στάδιο της νόσου, την ηλικία του ασθενούς και τη γενικότερη υγεία του. Τα ακόλουθα στάδια χρησιµοποιούνται για το δερµατικό Τ-λέµφωµα: 2.2.1 Στάδιο Ι Ο καρκίνος επηρεάζει µόνο µέρη του δέρµατος, το οποίο εµφανίζει κόκκινες, ξηρές και φολιδωτές κηλίδες, αλλά δεν έχει όγκους. Οι λεµφαδένες διατηρούν το φυσιολογικό τους µέγεθος. υνατές θεραπείες 1. Φωτοθεραπεία (θεραπεία PUVA) µε ή χωρίς συνδυασµό βιολογικής θεραπείας. 2. Ολοσωµατική ακτινοβόληση µε δέσµες ηλεκτρονίων (ακτινοθεραπεία TSEB). 3. Τοπική χηµειοθεραπεία. 4. Τοπικές δέσµης ηλεκτρονίων ή θεραπεία µε ακτίνες-χ για τη µείωση του µεγέθους του όγκου ή για ανακούφιση των συµπτωµάτων. 5. Κλινικές δοκιµές φωτοθεραπείας. 6. Ιντερφερόνη άλφα (βιολογική θεραπεία) µόνη της ή σε συνδυασµό µε τοπική θεραπεία. 2.2.2 Στάδιο ΙΙ Ένα από τα ακόλουθα µπορεί να ισχύει: 1. Το δέρµα έχει κόκκινες, ξηρές, φολιδωτές κηλίδες, αλλά καθόλου όγκους. Οι λεµφαδένες είναι διογκωµένοι, αλλά δεν περιέχουν καρκινικά κύτταρα. 2. Υπάρχουν όγκοι στο δέρµα. Οι λεµφαδένες είναι είτε κανονικοί ή µεγαλύτεροι από το κανονικό, αλλά δεν περιέχουν καρκινικά κύτταρα. Θεραπείες: 1. Φωτοθεραπεία (θεραπεία PUVA) µε ή χωρίς συνδυασµό βιολογικής θεραπείας. 2. Ακτινοθεραπεία TSEB. 3. Τοπική χηµειοθεραπεία. 4. Τοπικές δέσµης ηλεκτρονίων ή θεραπεία µε ακτίνες-χ για τη µείωση του µεγέθους του όγκου ή για ανακούφιση των συµπτωµάτων. 5. Ιντερφερόνη άλφα (βιολογική θεραπεία) µόνη της ή σε συνδυασµό µε τοπική θεραπεία. 2.2.3 Στάδιο ΙΙΙ Σχεδόν όλο το δέρµα είναι κόκκινο, ξηρό και φολιδωτό. Οι λεµφαδένες είναι είτε κανονικοί είτε µεγαλύτεροι από το κανονικό, αλλά δεν περιέχουν καρκινικά κύτταρα. Θεραπείες: 1. Φωτοθεραπεία (θεραπεία PUVA) µε ή χωρίς συνδυασµό βιολογικής θεραπείας. 2. Ακτινοθεραπεία TSEB. 3. Τοπική χηµειοθεραπεία. 4. Τοπικές δέσµης ηλεκτρονίων ή θεραπεία µε ακτίνες-χ για τη µείωση του µεγέθους του όγκου ή για ανακούφιση των συµπτωµάτων. 19

5. Συστηµατική χηµειοθεραπεία µε ή χωρίς θεραπεία του δέρµατος. 6. Χηµειοθεραπεία για µονήρη σπογγοειδή µυκητίαση και σύνδροµο Sézary. 7. Εξωσωµατική φωτοχηµειοθεραπεία. 8. Ιντερφερόνη άλφα (βιολογική θεραπεία) µόνη της ή σε συνδυασµό µε τοπική θεραπεία. 9. Ρετινοειδή. 2.2.4 Στάδιο IV Το δέρµα είναι επηρεασµένο, καθώς επίσης και : 1. Τα καρκινικά κύτταρα βρίσκονται στους λεµφαδένες. 2. Ο καρκίνος έχει κάνει µεταστάσεις και σε άλλα όργανα, όπως στο ήπαρ ή στον πνεύµονα. Θεραπείες: 1. Συστηµατική χηµειοθεραπεία. 2. Τοπική χηµειοθεραπεία. 3. Ακτινοθεραπεία TSEB. 4. Φωτοθεραπεία (θεραπεία PUVA) µε ή χωρίς βιολογική θεραπεία. 5. Τοπικές δέσµης ηλεκτρονίων ή θεραπεία µε ακτίνες-χ. 6. Χηµειοθεραπεία για µονήρη σπογγοειδή µυκητίαση και σύνδροµο Sézary. 7. Εξωσωµατική φωτοχηµειοθεραπεία. 8. Ιντερφερόνη άλφα (βιολογική θεραπεία) µόνο της ή σε συνδυασµό µε τοπική θεραπεία. 9. Θεραπεία µονοκλωνικού αντισώµατος. 10. Ρετινοειδή. 2.2.5 Περιοδική νόσος Περιοδική νόσος σηµαίνει επανεµφάνιση της ασθένειας µετά το πέρας της θεραπείας. Μπορεί να εµφανιστεί νόσος εκεί απ όπου ξεκίνησε αρχικά, ή σε άλλο µέρος του σώµατος. Η θεραπεία εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, καθώς και από το είδος της θεραπείας που έλαβε αρχικά ο ασθενής. Ανάλογα µε την κατάσταση του ασθενούς, η θεραπεία µπορεί να είναι µία από τις ακόλουθες: 1. Τοπικές δέσµης ηλεκτρονίων ή θεραπεία µε ακτίνες-χ. 2. Ακτινοθεραπεία TSEB. 3. Φωτοθεραπεία (θεραπεία PUVA). 4. Τοπική χηµειοθεραπεία. 5. Συστηµατική χηµειοθεραπεία. 6. Εξωσωµατική φωτοχηµειοθεραπεία. 7. Κλινικές δοκιµές βιολογικής θεραπείας. 8. Κλινικές δοκιµές µεταµόσχευσης µυελού των οστών. 2.3 Θεραπείες για την αντιµετώπιση του ερµατικού Λεµφώµατος Κυττάρων-Τ Όπως φαίνεται παραπάνω, υπάρχουν θεραπείες για όλα τα στάδια του δερµατικού Τ- λεµφώµατος. Οι δυνατές θεραπείες µπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε πέντε είδη[12, 32, 58, 59] : Χηµειοθεραπεία (χρήση φαρµάκων για την αντιµετώπιση της νόσου) Φωτοθεραπεία (Συγκέντρωση φωτοευαισθητοποιών ουσιών στον όγκο µε σκοπό να τον κάνουν πιο ευαίσθητο σε συγκεκριµένου τύπου ακτινοβολία) 20

Βιολογική θεραπεία (ενεργοποίηση του ανοσοποιητικού συστήµατος του οργανισµού για την καταπολέµηση του καρκίνου), η οποία βρίσκεται ακόµα σε στάδιο κλινικών δοκιµών. Μεταµόσχευση Μυελού των οστών Ακτινοθεραπεία (χρησιµοποιώντας ακτίνες υψηλής ενέργειας για την καταστροφή των καρκινικών κυττάρων) 2.3.1 Χηµειοθεραπεία Οι χηµειοθεραπευτικές τεχνικές χρησιµοποιούν φάρµακα για να σκοτώνουν τα καρκινικά κύτταρα. Χηµειοθεραπεία µπορεί να πραγµατοποιηθεί είτε µε την χρήση χαπιών είτε µπορεί να χορηγηθεί στο σώµα µε χρήση βελόνας ενδοφλέβια ή σε κάποιο µυ. Η χηµειοθεραπεία που δίνεται µε τον τρόπο αυτό ονοµάζεται συστηµατική θεραπεία, διότι το φάρµακο εισέρχεται στην κυκλοφορία του αίµατος, ταξιδεύει µέσα από το σώµα, και µπορεί να σκοτώσει τα καρκινικά κύτταρα σε όλα τα σηµεία και συστήµατα του σώµατος. Στο δερµατικό Τ-λέµφωµα, τα φάρµακα χηµειοθεραπείας µπορεί να δοθούν σε µορφή κρέµας ή λοσιόν που επαλείφεται στο δέρµα. Αυτή η χηµειοθεραπεία ονοµάζεται τοπική. 2.3.2 Φωτοθεραπεία Η φωτοθεραπεία ή φωτοδυναµική θεραπεία χρησιµοποιεί φως για να σκοτώνει τα καρκινικά κύτταρα. Ένα φάρµακο που κάνει τα καρκινικά κύτταρα ευαίσθητα στο φως (φωτοευαίσθητη ή φωτοευαισθητοποιός ουσία) χορηγείται στον ασθενή και στη συνέχεια ένα ειδικό φως (συνήθως τύπου LASER) χρησιµοποιείται για να στοχεύσει τα καρκινικά κύτταρα και να τα καταστρέψει. Σε ένα είδος φωτοθεραπείας, που ονοµάζεται θεραπεία PUVA, ο ασθενής λαµβάνει ένα φάρµακο που ονοµάζεται psoralen, και στη συνέχεια το δέρµα ακτινοβολείται µε υπεριώδες φως τύπου Α. Σε ένα άλλο είδος φωτοθεραπείας, που ονοµάζεται εξωσωµατική φωτοχηµειοθεραπεία (extracorpοreal photochemotherapy), απαιτείται η χορήγηση ειδικών φαρµάκων. Στη συνέχεια, αιµοσφαίρια λαµβάνονται από τον ασθενή, ακτινοβολούνται µε ειδικό φως και επανατοποθετούνται στο σώµα του ασθενούς. Αν η φωτοθεραπεία είναι τελικά η θεραπεία που θα χρησιµοποιηθεί, τότε πρέπει να δοθούν οδηγίες από το γιατρό στον ασθενή καθώς το δέρµα θα είναι ιδιαίτερα ευαίσθητο στο ηλιακό φως. 2.3.3 Βιολογική θεραπεία Η βιολογική θεραπεία προσπαθεί να «κινητοποιήσει» το σώµα να καταπολεµήσει τον καρκίνο. Χρησιµοποιεί ουσίες που παράγονται από το ίδιο το σώµα ή που παρασκευάζονται σε εργαστήρια οι οποίες χορηγούνται στον οργανισµό για την ενδυνάµωση του και την αποκατάσταση της φυσικής άµυνας του ενάντια στις ασθένειες. Η βιολογική θεραπεία ονοµάζεται µερικές φορές θεραπεία βιολογικής διαµόρφωσης απόκρισης (Biological Response Modifier, BRM) ή ανοσοθεραπεία. 2.3.4 Μεταµόσχευση Μυελού των οστών Η µεταµόσχευση µυελού των οστών χρησιµοποιείται για να αντικαταστήσει τον µυελό των οστών του ασθενούς µε υγιή µυελό. Πρώτον, όλος ο µυελός των οστών στο σώµα καταστρέφεται µε τις υψηλές δόσεις χηµειοθεραπείας µε ή χωρίς ακτινοθεραπεία. Υγιής µυελός λαµβάνεται έπειτα από άλλο άτοµο (δωρητή) ο ιστός του οποίου είναι ίδιος ή σχεδόν ο ίδιος µε του ασθενούς. Ο δότης µπορεί να είναι δίδυµος (η καλύτερη συµβατότητα), αδελφός ή αδελφή ή άλλο πρόσωπο που δεν σχετίζεται µε τον ασθενή. Ο υγιής µυελός από το δότη χορηγείται στον ασθενή ενδοφλέβια, και αντικαθιστά τον µυελό που καταστράφηκε. Η µεταµόσχευση µυελού των οστών από έναν συγγενή ή άσχετο άτοµο, που δεν ανήκει στο συγγενικό περιβάλλον του ασθενούς, ονοµάζεται αλλογενής µεταµόσχευση µυελού των οστών. Ένας άλλος τύπος µεταµόσχευσης µυελού των οστών, που ονοµάζεται αυτόλογη µεταµόσχευση µυελού των οστών, µελετάται σε κλινικές δοκιµές. Για να πραγµατοποιηθεί αυτό το είδος του µοσχεύµατος, µυελός των οστών έχει ληφθεί από τον ασθενή και θεραπεύεται µε φάρµακα για να καταστραφούν όλα τα καρκινικά κύτταρα. Ο θεραπευµένος µυελός στη συνέχεια καταψύχεται και φυλάσσεται. Έπειτα ο ασθενής ακολουθεί κανονικά την θεραπευτική του αγωγή µε υψηλή δόση χηµειοθεραπείας σε συνδυασµό µε ακτινοθεραπεία ή και χωρίς. Αφού ολοκληρωθεί η 21

διαδικασία της θεραπείας, ο θεραπευµένος µυελός αποψύχεται και επαναχορηγείται στον ασθενή ενδοφλέβια για την αντικατάσταση του κατεστραµµένου µυελού του. Ένας άλλος τύπος αυτόλογης µεταµόσχευσης ονοµάζεται µεταµόσχευση βλαστικών κυττάρων περιφερικού αίµατος. Το αίµα του ασθενούς αφού «φιλτραριστεί» µέσα από ένα µηχάνηµα που αφαιρεί τα βλαστικά κύτταρα (ανώριµα κύτταρα από τα οποία αναπτύσσονται όλα τα κύτταρα του αίµατος), επιστρέφει στον ασθενή. Αυτή η διαδικασία ονοµάζεται λευκαφαίρεση και συνήθως διαρκεί 3 ή 4 ώρες. Τα βλαστικά κύτταρα θεραπεύονται µε φάρµακα για να εξοντωθούν όλα τα καρκινικά κύτταρα και στη συνέχεια καταψύχονται µέχρι να µεταµοσχευθούν στον ασθενή. Αυτή η διαδικασία µπορεί να πραγµατοποιηθεί είτε ξεχωριστά είτε σε συνδυασµό µε αυτόλογη µεταµόσχευση µυελού των οστών. Η µεγαλύτερες πιθανότητες ίασης προσφέρονται όταν η θεραπεία πραγµατοποιηθεί σε ένα νοσοκοµείο που είναι σε θέση να κάνει 5 µεταµοσχεύσεις µυελού των οστών ανά έτος. 2.3.5 Ακτινοθεραπεία Υπάρχουν 3 τύποι ακτινοθεραπείας που επιστρατεύονται στην καταπολέµηση του δερµατικού Τ- λεµφώµατος : α) Ακτίνες-Χ Οι ακτίνες Χ συνήθως στοχεύουν µόνο σε ορισµένες περιοχές του σώµατος, αλλά υπάρχουν µελέτες που χρησιµοποιούν ακτίνες-x για ολοσωµατική ακτινοβόληση (Total Body Irradiation). β) Τοπικές δέσµες ηλεκτρονίων έσµες ηλεκτρονίων µπορούν να χρησιµοποιηθούν για τοπική ακτινοβόληση στο δέρµα του ασθενούς. Λόγω της µικρής διεισδυτικότητας των ηλεκτρονίων, µόνο τα εξωτερικά στρώµατα του δέρµατος ακτινοβολούνται χωρίς να επηρεάζονται υγιή όργανα και ιστοί. γ) Ολοσωµατική θεραπεία µε ηλεκτρόνια (Total Skin Electron Beam Therapy, TSEB) Όλο το δέρµα του ασθενούς ακτινοβολείται µε δέσµες ηλεκτρονίων. 22 Κεφάλαιο 3 : ΦΥΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΕΣΜΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΊΩΝ

3.1 Γενικά Ένας τυπικός γραµµικός επιταχυντής µπορεί να παράγει δέσµες ηλεκτρονίων διαφορετικών ενεργειών από 4MeV µέχρι 25MeV. Η κάθε δέσµη µπορεί να θεωρηθεί µονοενεργειακή τη στιγµή που «φεύγει» από τον επιταχυντή, καθώς όµως η δέσµη περνάει διαµέσου του παράθυρου εξόδου του γραµµικού, των θαλάµων ιονισµού των διαφραγµάτων και του αέρα : 1. ιευρύνεται το ενεργειακό της φάσµα 2. Παράγονται ακτίνες-χ οι οποίες συνεισφέρουν στην δηµιουργία της «ουράς» Bremsstrahlung της καµπύλης δόσης-βάθους και συνεπώς στην συνολική δόση που λαµβάνει ο ασθενής. 3. Όταν η δέσµη των ηλεκτρονίων έρθει σε επαφή µε τον ασθενή έχει µια µέση ενέργεια Ēο, µικρότερη της ενέργειας που είχε µέσα στον γραµµικό επιταχυντή. 3.2 Επί τοις εκατό δόση βάθους Ο λόγος της δόσης ενός οποιουδήποτε σηµείου πάνω στον κεντρικό άξονα της δέσµης προς την µέγιστη δόση πολλαπλασιασµένη επί 100 είναι η επί τοις εκατό καµπύλη δόσης-βάθους (Percentage Depth-Dose Curve, PDD). Η καµπύλη PDD µετριέται στην απόσταση θεραπείας και εξαρτάται από δύο παράγοντες α) το πεδίο της δέσµης και β) την ενέργεια των ηλεκτρονίων. Η γενική µορφή της καµπύλης δόσης-βάθους στον κεντρικό άξονα της δέσµης των ηλεκτρονίων διαφέρει από αυτή των δεσµών φωτονίων όπως φαίνεται στην (Εικόνα 3.1). Η καµπύλη δόσης βάθους του κεντρικού άξονα της δέσµης των ηλεκτρονίων παρουσιάζει µεγαλύτερη επιφανειακή δόση από ότι µια δέσµη φωτονίων, ενώ ακολούθως η δόση κάνει το build-up σε ένα συγκεκριµένο βάθος που αναφέρεται σαν z max (electron beam depth-dose maximum). Μετά από αυτό το σηµείο η δόση µειώνεται απότοµα µέχρι ένα κατώφλι δόσης το οποίο προέρχεται από τη συνεισφορά των ακτίνων-χ που παράγονται λόγω ακτινοβολίας πεδήσεως καθώς η δέσµη αλληλεπιδρά µε τα διάφορα µέρη του γραµµικού επιταχυντή και ονοµάζεται περιοχή ή «ουρά» Bremsstrahlung (Bremsstrahlung tail). Αυτά τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των δεσµών ηλεκτρονίων τους προσδίδουν ένα ξεκάθαρο πλεονέκτηµα σε σχέση µε τις δέσµες φωτονίων όσον αφορά την χρήση τους σε επιφανειακούς όγκους [57]. Εικόνα 3.1: Τυπικές καµπύλες επί τοις εκατό δόσης-βάθους κεντρικού άξονα στο νερό για µέγεθος πεδίου 10 x 10 cm 2 και SSD=100 cm για α) έσµες ηλεκτρονίων µε ενέργειες 6, 9, 12 και 18 MeV και β) έσµες φωτονίων µε ενέργειες 6 MV και 15 MV. Τυπικές µορφές καµπυλών PDD στον κεντρικό άξονα για διάφορες ενέργειες δεσµών ηλεκτρονίων εµφανίζονται στην Εικόνα 3.3 για µέγεθος πεδίου 10 10 cm 2. 23

Οι ακόλουθες δύο έννοιες του εύρους πρέπει επίσης να οριστούν για τις δέσµες των ηλεκτρονίων: (1) Μέγιστο εύρος (Maximun Range) (2) Πρακτικό εύρος (Practical Range) Το µέγιστο εύρος R max ορίζεται ως το βάθος στο οποίο η προέκταση της «ουράς» της καµπύλης δόσης-βάθους στον κεντρικό άξονα της δέσµης τέµνει το υπόβαθρο Bremsstrahlung, όπως φαίνεται στην Εικόνα 3.2. Είναι το µεγαλύτερο βάθος διείσδυσης των ηλεκτρονίων στο µέσο απορρόφησης. Το µέγιστο εύρος έχει το µειονέκτηµα ότι δεν δίνει ένα σαφώς καθορισµένο σηµείο µέτρησης. Το πρακτικό εύρος R p ορίζεται ως το βάθος στο οποίο η εφαπτοµένη, στο πιο απότοµο τµήµα της καµπύλης δόσης βάθους των ηλεκτρονίων τέµνει την προέκταση της γραµµής από την περιοχή Bremsstrahlung, όπως φαίνεται στην Εικόνα 3.2. Τα βάθη R 90 και R 50 ορίζονται ως τα βάθη στην PDD στα οποία οι ποσοστιαίες δόσεις βάθους βάθος πέραν z max παίρνουν τιµές 90% και 50%, αντίστοιχα. Το βάθος R q ορίζεται ως το βάθος όπου η εφαπτοµένη που διέρχεται από το σηµείο καµπής της δόση τέµνει το ανώτατο επίπεδο δόσης όπως φαίνεται στην Εικόνα 3.2. Εικόνα 3.2: Τυπική καµπύλη επί τοις εκατό δόσης-βάθους ηλεκτρονίων που παρουσιάζει του ορισµούς για τις ενέργειες των ηλεκτρονικών δεσµών R q, R p, R max, R 50 και R 90. 3.2.1 Περιοχή build-up (βάθη µεταξύ επιφάνειας και z max - 0 z z max ) Η δόση build-up σε δέσµες ηλεκτρονίων είναι πολύ µικρότερη από εκείνη των δεσµών φωτονίων µεγάλων ενεργειών και δηµιουργείται από τις αλληλεπιδράσεις σκέδασης που συµβαίνουν µεταξύ των ηλεκτρονίων µε τα άτοµα του µέσου. Με την είσοδο στο µέσο (π.χ. νερό), τα path lengths των ηλεκτρονίων είναι σχεδόν παράλληλα. Όσο τα ηλεκτρόνια προχωρούν µέσα στον απορροφητή, τα path lengths τους γίνονται πιο πλάγια σε σχέση µε την αρχική τους κατεύθυνση. Αυτό οφείλεται στις πολλαπλές σκεδάσεις, µε αποτέλεσµα την αύξηση της πυκνότητας ροής ηλεκτρονίων κατά µήκος του κεντρικού άξονα της δέσµης [57]. 24

Κατά τη διαδικασία της σύγκρουσης µεταξύ των ηλεκτρονίων και των ατοµικών ηλεκτρονίων, είναι πιθανό η κινητική ενέργεια που έχουν τα αποσχιζόµενα από το άτοµο ηλεκτρόνια να είναι αρκετά µεγάλη (ισχυρή σύγκρουση) έτσι ώστε να προκαλέσουν περαιτέρω ιονισµό. Σε τέτοιες περιπτώσεις, τα ηλεκτρόνια αυτά που αναφέρονται και ως δευτερογενή ηλεκτρόνια ή ακτίνες δέλτα ( ) συµβάλλουν επίσης στην δηµιουργία της δόσης [57]. Όπως φαίνεται στην Εικόνα 3.1, η δόση επιφάνειας των δεσµών ηλεκτρονίων (σε εύρος 75 µε 95%) είναι πολύ υψηλότερη από τη δόση επιφάνειας για ακτίνες φωτονίων (<30%), και ο ρυθµός µε τον οποίο η δόση αυξάνεται από την επιφάνεια στο z max είναι συνεπώς µικρότερος για δέσµες ηλεκτρονίων από ότι για δέσµες φωτονίων. Σε αντίθεση µε τις δέσµες φωτονίων, η επί τοις εκατό δόση επιφάνειας για δέσµες ηλεκτρονίων αυξάνεται µε την ενέργεια των ηλεκτρονίων. Αυτό µπορεί να εξηγηθεί από τη φύση της σκέδασης ηλεκτρονίων. Στις χαµηλότερες ενέργειες, τα ηλεκτρόνια σκεδάζονται πιο εύκολα και σε µεγαλύτερες γωνίες. Αυτό «αναγκάζει» τη δόση να «συσσωρεύεται» ταχύτερα και σε µικρότερη απόσταση, όπως φαίνεται στην Εικόνα 3.3. Ο λόγος της δόσης της επιφάνειας προς τη µέγιστη δόση είναι, ως εκ τούτου, αυξάνει ανάλογα µε την ενέργεια των ηλεκτρονίων [57]. Σε αντίθεση µε τη συµπεριφορά των δεσµών φωτονίων µεγάλων ενεργειών, το βάθος της µέγιστης δόσης σε δέσµες ηλεκτρονίων, z max, δεν ακολουθεί µια συγκεκριµένη συµπεριφορά µε την ενέργεια της δέσµης των ηλεκτρονίων, αλλά είναι αποτέλεσµα του σχεδιασµού των µηχανηµάτων και των εξαρτηµάτων που χρησιµοποιούνται [57]. Εικόνα 3.3: Επί τοις εκατό δόση-βάθους για δέσµες ηλεκτρονίων διαφόρων ενεργειών (πεδίο 10x10 cm 2 ) που δείχνει την αύξηση της επιφανειακής δόσης µε την αύξηση της ενέργειας. 3.2.2 Κατανοµή δόσης πέρα από το z max (z> z max ) Η σκέδαση και η συνεχής απώλεια ενέργειας των ηλεκτρονίων είναι οι δύο διαδικασίες που ευθύνονται για την απότοµη µείωση στη δόση των ηλεκτρονίων σε βάθος µεγαλύτερο του z max. Η ακτινοβολία πεδήσεως που παράγεται στην κεφαλή του επιταχυντή, στον αέρα µεταξύ του παραθύρου του επιταχυντή και των ασθενών και στο ακτινοβολούµενο µέσο ευθύνεται για την "ουρά" στην καµπύλη δόσης βάθος. Το εύρος των ηλεκτρονίων αυξάνεται µε την αύξηση της ενέργειας ηλεκτρονίων. 25

Η κλίση της δόσης των ηλεκτρονίων ορίζεται ως εξής: G=R p /(R p -R q ). Η κλίση της δόσης για χαµηλότερες ενέργειες ηλεκτρονίων είναι εντονότερη από εκείνη για τα υψηλότερης ενέργειας ηλεκτρόνια, επειδή είναι τα χαµηλότερης ενέργειας ηλεκτρόνια σκεδάζονται σε µεγαλύτερες γωνίες από τις αρχικές τους κατευθύνσεις [57]. Εικόνα 3.4: Καµπύλες PDD κεντρικού άξονα για ένα σύνολο δεσµών ηλεκτρονίων από έναν γραµµικό επιταχυντή υψηλών ενεργειών. Όλες οι καµπύλες είναι κανονικοποιηµένες στο 100% στο z max Εάν χρησιµοποιείται θάλαµος ιονισµού στον καθορισµό των κατανοµών δόσης-βάθους για τις δέσµες ηλεκτρονίων, η µετρούµενη κατανοµή ιονισµού-δόσης πρέπει να µετατραπεί σε καµπύλη δόσης-βάθους, χρησιµοποιώντας τις κατάλληλες αναλογίες stopping power νερού/αέρα σε βάθη µέσα στο phantom. Όταν η απόσταση µεταξύ του κεντρικού άξονα µε τα όρια του πεδίου είναι µεγαλύτερη από το πλάγιο εύρος των σκεδαζόµενων ηλεκτρονίων, υπάρχει πλάγια ισορροπία σκέδασης και η δόση βάθους για µια συγκεκριµένη ενέργεια ηλεκτρονίων θα είναι ουσιαστικά ανεξάρτητη από τις διαστάσεις του πεδίου, όπως φαίνεται στην Εικόνα 3.5 για µεγέθη πεδίου µεγαλύτερα από 10 x 10 cm 2 και ενέργεια δέσµης 20 MeV. Με τη µείωση του µεγέθους του πεδίου ένας αυξανόµενος βαθµός µη ηλεκτρονικής ισορροπίας θα είναι παρών στον κεντρικό άξονα και η δόση βάθους καθώς και παράγοντες παροχής (output factors) θα παρουσιάσουν µεγάλη ευαισθησία µε το σχήµα και το µέγεθος του πεδίου, όπως επίσης φαίνεται στην Εικόνα 3.5 για µια δέσµη ηλεκτρονίων 20 MeV και πεδίο µεγέθους µικρότερου από 10 10 cm 2. 26

Όταν το µήκος της µιας πλευράς του πεδίου ηλεκτρονίων µειώνεται κάτω από την τιµή R p για µια δεδοµένη ενέργεια των ηλεκτρονίων, το βάθος της µέγιστης δόσης µειώνεται και η σχετική δόση επιφανείας αυξάνεται µε τη µείωση του µεγέθους του πεδίου. Το R p, από την άλλη πλευρά, είναι ανεξάρτητο από το µέγεθος του πεδίου της δέσµης των ηλεκτρονίων, όπως επίσης φαίνεται στην Εικόνα 3.5 και εξαρτάται µόνο από την ενέργεια της δέσµης [57]. Εικόνα 3.5: PDD καµπύλες για διαφορετικά µεγέθη πεδίου για µια δέσµη ηλεκτρονίων 20 MeV από ένα γραµµικό επιταχυντή. Είναι εµφανές σαφώς ότι τα µεγέθη πεδίων µεγαλύτερα από το πρακτικό εύρος της δέσµης ηλεκτρονίων (το Rp είναι περίπου 10cm για την εν λόγω δέσµη ηλεκτρονίων 20 MeV), η καµπύλη PDD παραµένει ουσιαστικά αµετάβλητη. 3.2.3 Λοξή πρόσπτωση δέσµης Για πλάγια πρόσπτωση µε γωνίες α µεταξύ του κεντρικού άξονα της δέσµης και της κανονικής επιφάνειας του phantom ή του ασθενή που είναι άνω των 20 ο, υπάρχουν σηµαντικές αλλαγές στα χαρακτηριστικά της καµπύλης PDD της δέσµης ηλεκτρονίων σε αντίθεση µε τη συµπεριφορά που παρατηρείται στις ακτίνες φωτονίων. Η Εικόνα 3.6 δείχνει το αποτέλεσµα της πρόσπτωσης της δέσµης υπό γωνία α στις κατανοµές των PDD. Η γωνία α = 0 αντιστοιχεί σε κανονική (κατακόρυφη) πρόσπτωση. Όσο µεγαλύτερη είναι η γωνία α, τόσο πιο επιφανειακό είναι το z max και τόσο υψηλότερη είναι η δόση στο ίδιο σηµείο (z max ) (beam output). Όλες οι τιµές της δόσης κανονικοποιούνται στο 100% στο z max για α = 0. Για µικρές γωνίες πρόσπτωσης α, η κλίση της καµπύλης PDD µειώνεται και το πρακτικό εύρος (R p ) είναι ουσιαστικά αµετάβλητο από αυτό που έχουµε για α=0. Όταν η γωνία α υπερβαίνει τις 60 ο, η καµπύλη PDD χάνει την χαρακτηριστική της µορφή και δεν µπορεί πλέον να οριστεί το R p. Για µεγάλες γωνίες πρόσπτωσης, η δόση στο z max αυξάνεται σηµαντικά. Το αποτέλεσµα αυτό οφείλεται στην αύξηση της πυκνότητας της ροής των ηλεκτρονίων µέσα από τον κεντρικό άξονα της δέσµης που παρατηρείται λόγω της λοξής πρόσπτωσης. [57] 27

Εικόνα 3.6: PDD καµπύλες για διάφορες γωνίες πρόσπτωσης για µια δέσµη α) 9 MeV και β) 15 MeV δέσµη ηλεκτρονίων. Το α=0 σηµαίνει κάθετη πρόσπτωση πάνω στο phantom. Το ένθετο σχήµα δείχνει τη γεωµετρία του πειραµατικού set-up και τις δόσεις στο z max διάφορες γωνίες σε σχέση µε τη δόση στο z max για α=0. 3.3 Προσδιορισµός της ενέργειας δέσµης ηλεκτρονίων Λόγω της πολυπλοκότητας του φάσµατος της, δεν υπάρχει ενιαία ενεργειακή παράµετρος που να χαρακτηρίζει πλήρως την δέσµη των ηλεκτρονίων. Πολλές παράµετροι χρησιµοποιούνται για την περιγραφή της δέσµης ηλεκτρονίων, όπως είναι η «πιο πιθανή ενέργεια» (most probable energy) E p,ο στην επιφάνια του phantom ή του ασθενή, η µέση ενέργεια Ē ο στην επιφάνια του phantom ή του ασθενή και το R 50 το οποίο είναι το βάθος στο οποίο η απορροφώµενη δόση πέφτει στο 50% της µέγιστης δόσης. [57] Η «πιο πιθανή» ενέργεια E p,ο πάνω στην επιφάνεια του phantom σχετίζεται εµπειρικά µε το πρακτικό εύρος R p στο νερό ως εξής: Εξίσωση 3-1 όπου η E p,o είναι σε MeV και το R p σε cm. Η µέση ενέργεια ηλεκτρονίων Ē ο στην επιφάνια του phantom σχετίζεται µε το βάθος ηµίσιας τιµής (half value depth) ως εξής: Εξίσωση 3-2 όπου C = 2,33 MeV / cm για το νερό. Το βάθος R 50 υπολογίζεται από τη µετρούµενη τιµή του I 50, δηλαδή το βάθος στο οποίο η καµπύλη ιονισµού πέφτει στο 50% της µέγιστης τιµής της, από τους τύπους: Εξίσωση 3-3 28 Εξίσωση 3-4

Η µέση ενέργεια σε βάθος z σε phantom νερού, Ē z, σχετίζεται µε το πρακτικό εύρος R p από την εξίσωση Harder ως εξής: Εξίσωση 3-5 3.4 Ακτινοβολία πεδήσεως (ακτινοβολία λόγω Bremsstrahlung) Η «µολυσµατική» ακτινοβολία λόγω Bremsstrahlung εξαρτάται από την ενέργεια της δέσµης ηλεκτρονίων, και είναι συνήθως µικρότερη από 1% για δέσµες ηλεκτρονίων ενέργειας 4 MeV και λιγότερο από 4% για 20 MeV για έναν επιταχυντή µε διπλά scattering foils.[57] 3.5 Προφίλ και έκκεντρες αναλογίες (Profiles and off-axis ratios) Ένα τυπικό προφίλ δόσης για µια δέσµη ηλεκτρονίων 6 MeV µε ένα πεδίο 25 Χ 25 cm 2 στο z max φαίνεται στην Εικόνα 3.7. Η έκκεντρη αναλογία (OAR) αφορά τη δόση σε οποιοδήποτε σηµείο σε ένα επίπεδο, κάθετο προς την κατεύθυνση της δέσµης, ως προς τη δόση του κεντρικού άξονα σε αυτό το επίπεδο. Η γραφική παράσταση του OAR µε την απόσταση από τον κεντρικό άξονα αναφέρεται ως προφίλ δόσης. [57] 3.6 Οµοιογένεια και συµµετρία (Flatness and symmetry) Οι προδιαγραφές για την επιπεδότητα των δεσµών ηλεκτρονίων, σύµφωνα µε την ιεθνή Ηλεκτροτεχνική Επιτροπή (International Electrotehnical Commision, IEC) δίνεται στο z max και αποτελείται από δύο προϋποθέσεις: 1) Οι προδιαγραφές επιπεδότητας προϋποθέτουν ότι η απόσταση µεταξύ του 90% επιπέδου της δόσης µε τα γεωµετρικά όρια του πεδίου δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 10mm κατά µήκος των κυρίων αξόνων και 20mm κατά µήκος των διαγωνίων. (2) Η δεύτερη προϋπόθεση είναι ότι η µέγιστη τιµή της απορροφούµενης δόσης, οπουδήποτε εντός της περιοχής που οριοθετείται από το περίγραµµα της 90% ισοδοσικής καµπύλης δεν πρέπει να υπερβαίνει 1,05 φορές την απορροφώµενη δόση στον άξονα της δέσµης στο ίδιο βάθος. Οι προδιαγραφές για τη συµµετρία των δεσµών ηλεκτρονίων σύµφωνα µε το IEC στο z max είναι ότι στο crοss beam profile δεν πρέπει να αποκλίνει περισσότερο από 2% για κάθε ζεύγος συµµετρικών σηµείων σε σχέση µε την κεντρική ακτίνα. [57] 29

Εικόνα 3.7: Προφίλ δόσης σε βάθος z max για µια δέσµη ηλεκτρονίων 12 MeV και µέγεθος πεδίου 25 x 25 cm 2. 3.7 Ισοδοσιακές καµπύλες Ισοδοσιακές καµπύλες είναι οι γραµµές που διέρχονται από τα σηµεία των ίσων δόσεων. Οι ισοδοσιακές καµπύλες που συνήθως σε τακτά µεσοδιαστήµατα της απορροφούµενης δόσης εκφράζονται ως ποσοστό της δόσης ως προς ένα σηµείο αναφοράς που συνήθως λαµβάνεται το z max σηµείο του κεντρικού άξονα της δέσµης. Όταν η δέσµη ηλεκτρονίων διαπερνά ένα µέσο, η ακτίνα διαχέεται ταχέως κάτω από την επιφάνεια λόγω σκέδασης. Ωστόσο, η επιµέρους εξάπλωση των ισοδοσιακών καµπυλών ποικίλλει ανάλογα µε το επίπεδο ισοδοσιακών, την ενέργεια της δέσµης, το µέγεθος του πεδίου, και το collimation της δέσµης. Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό των ισοδοσιακών καµπυλών της δέσµης ηλεκτρονίων είναι η διόγκωση των καµπυλών χαµηλής τιµής (<20%), ως άµεσο αποτέλεσµα της αύξησης της γωνίας σκέδασης ηλεκτρονίων µε τη µείωση της ενέργειας τους. Σε ενέργειες άνω των 15 MeV, οι δέσµες ηλεκτρονίων εµφανίζουν πλευρική σύσφιγξη των υψηλότερης τιµής ισοδοσιακών καµπυλών (> 80%). Οι ισοδοσιακές καµπύλες για δέσµες ηλεκτρονίων 9 MeV και 20 MeV εµφανίζονται στην Εικόνα 3.9 και στην Εικόνα 3.10 αντίστοιχα. Τα φαινόµενα της διόγκωσης και σύσφιξης ισοδοσιακών καµπυλών είναι σαφώς ορατά. Ο όρος penumbra (παρασκιά) ορίζει γενικώς την περιοχή στο άκρο της δέσµης ακτινοβολίας πάνω από τα οποία ο ρυθµός δόσης αλλάζει γρήγορα ως συνάρτηση της απόστασης από τον κεντρικό άξονα της δέσµης. Η φυσική παρασκία µιας δέσµης ηλεκτρονίων µπορεί να ορίζεται από την απόσταση µεταξύ δύο ισοδοσιακών καµπυλών σε ένα συγκεκριµένο βάθος. Μια παρασκιά που ορίζεται µε αυτόν τον τρόπο είναι µια ταχέως µεταβαλλόµενη συνάρτηση του βάθους. Η ICRU συνέστησε τις 80% και 20% ισοδοσιακές ως αναφορά για τον προσδιορισµό της φυσικής παρασκιάς και ότι το συγκεκριµένο βάθος µέτρησης να είναι το R 85 / 2 όπου R 85 είναι το βάθος του επιπέδου του 85% της δόσης για τον κεντρικό άξονα της δέσµης ηλεκτρονίων. 30