IntroduzioneallaRadioterapia

G.BattistoniINFNMilano

LaradioterapiaoncologicaLa radioterapia consiste nell'uso medico diradiazioni per il trattamento del cancro percontrollarelecellulemaligne.La radioterapia può essere utilizzata cometrattamentodelcurativoocoadiuvante:- cura palliativa (dove la cura non è possibile el'obiettivoèpraticamenteilsollievosintomatico)-  come trattamento terapeutico (dove la terapiah a c ome ob i e t t i v o l ’ a umen to d e l l asopravvivenzaepuòesserecurativo).

Laradioterapiaoncologica

Scopi è  Fornire un'elevata dose di

radiazione nell'area tumorale è  Evitare tessuti sani e organi a

rischio è  Dose conforme sul tumore

Tipi di radiazione è  “Convenzionale”: fotoni e elettroni è  Adroterapia (“Particle Therapy”): protoni

e ioni leggeri (Z<18)‏

Quantepersonesonocoinvolte

Itipidiradioterapia“convenzionale”

Storicamente,itreprincipalitipidiradioterapiasono:-radioterapiaconfascioesterno(EBRToXBRT)oteleterapia,-brachiterapiaoradioterapiaconsorgentesigillata-  terapia sistemica con radioisotopi o radioterapia con sorgente

nonsigillata.Ledifferenzeriguardanolaposizionedellasorgentediradiazione:-  RadioterapiaEsterna:èfuoridelcorpo(macchinaradiogena)-  Brachiterapia: utilizza sorgenti radioattive sigillate posizionatie

precisamentenellazonaditrattamento-  Terapia sistemica: radioisotopi immessi per infusione o

ingestioneorale.

StoriadellaRadioterapia1First image made 12/22/1895

Wilhelm Conrad von Röntgen

Henri Becquerel, M arch 1, 1896 Becquerel rays

Marya Sklodowska, Pierre Curie

1903– 1904, radium-226 began to be used in the treatment of patients with skin cancer and uterine cancer

Leopold Freund

was the first to report, in 1897, the use of ionizing radiation to “cure” a large nevus pigmentosus on the back of a young girl

Victor Despeignes

In 1896 published on the treatment of a 52-year-old man who had an advanced stomach tumor (likely a lymphoma)

StoriadellaRadioterapia2

Paris in 1922, Coutard and Hautant presented evidence that advanced laryngeal cancer could be cured without disastrous, treatment-induced sequelae.

1934, Coutard developed a protracted, fractionated scheme that remains the basis for current radiation therapy

1936, Paterson

published results on the treatment of cancer with x-rays. Brachytherapy,

starting with radium-226 (226Ra) needles and tubes, has increased steadily in the treatment of malignant tumors in many anatomic locations.

Radioterapia con fasci esterni

Negli anni sono divenuti disponibili fasci di diversa natura: elettroni, fotoni, protoni, neutroni, nuclei Il “Treatment Planning” e le modalità di somministrazione della dose di radiazioni sono diventuti più accurati e riproducibili Il progresso nella tecnologia di imaging, calcolo ed elettronica hanno permesso lo sviluppo di trattamenti più sofisticati: Terapia conformazionale 3D (3DCRT) e Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT) Nuove frontiere: Image-Guided Radiation Therapy (IGRT), Charged Particle Therapy, Biologically oriented Therapy

External beam radiation: e- Linac

Radioterapiaesternaconfotoni

Exposure

Exposureis:Aquantityusedtoindicatetheamountofionizationinairproducedbyx-orgamma-rayradiationTheSIunitofexposureisthecoulombperkilogram(C/kg)

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AbsorbedDose

Theabsorbeddose,D,isgivenby:

D=dE/dmWheredEisthemeanenergyimpartedtomatterofmassdmTheunitofabsorbeddoseisisGray(Gy)1Gray=1Jkg-1

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TCP NTCP

RadiotherapeuticInterval

Selectionofanirradiationregimen:deliveryofanoptimaltotaltumordose(TTD)Radiosensitivityofhealthyandtumorcellsispracticallythesame.Theradiotherapeutic intervalisadifferencebetweenradiosensitivityofthetumorandsurroundinghealthyorgansandtissuesItshouldbeincreased

Dosetipicaneitrattamenti

Laquantitàdi radiazioneusata in radioterapiavariaasecondadeltipoestadioditumoretrattato.Pericasidi trattamentocurativo, ladose tipicaperun tumoresolidoepitelialevariada60a80Gy,mentreialtritipiditumore,comeilinfomi,sonotrattaticondositra20e40Gy.

Tolleranzesulladose

On quantity +7 ÷ -5 % In space ±3 mm

FrazionamentodelladoseLadose totaleviene frazionata (diluitanel tempo)perdiversieimportantimotivi.Il frazionamento permette alle cellule normali di avere tempoperrecuperareildannodaradiazione,mentrelecelluletumoralisono generalmente meno efficienti nel riparare tale danno traunafrazioneel’altra.Il frazionamento permette anche cellule tumorali che erano inunafaserelativamenteradio-resistentidelciclocellulareduranteun trattamentodi transireaduna fase sensibiledel cicloprimadellafrazionesuccessiva.Analogamente, i tessuti tumorali che erano cronicamente oacutamente“ipossici”(piùradioresistente)possonoriossigenarsitralefrazioni,migliorandolalororadiosensibilità.

Radioterapiaeimaging

Lastrategiabasedeltrattamento

LinealEnergyTransfer

LinealenergytransferistheenergytransferredfromaparticletothemediumtraversedperunitlengthThemagnitudeisexpressedinkilo-electronvoltspermicrometer(keV/µm)

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UnLinacperRadioterapia

MedicalLinearaccelerator

TreatmentHead

(StraightBeam)

PowerSupply

Modulator

ElectronGun

MagnetronOr

Klystron

WaveGuidesystem

TreatmentHead

(BentBeam)

BendingMagnet

AcceleratorTube

AblockdiagramoftypicalmedicalLinearAccelerator

Electron Energy ~ 16-25 MeV

Bremms

e-

g

LaTestatadiunLinac(Varian)

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Conformazionedelladose

Ilcollimatoremultilamellareècostituitodadueopposteschieredilamelledilegaditungstenoingradodimuoversiindipendentementel’unadall’altragrazieamotoriseparati.Muovendolesingolelamelledivienepossibilecostruirecampidiformairregolarecorrispondentialprofilodelvolume,senzal’ausiliodiblocchiconvenzionali.

Anche: Modulazione delle intensità

IntensityModulatedRadioTherapy(IMRT)

Forma evoluta di radioterapia conformazionale cheaggiunge alla conformazione geometrica sul target lamodulazionedelfascioradiante.

•  Permette la conformazione della dose a volumi consuperficiconcave

•  Maggiorrisparmiodeitessutisanicircostanti.•  Miglioreuniformitàdelladoseall’internodeltarget•  Somministrazione simultanea di dosi differenziate sutargetmultiplisecondolatecnicaSMART(simultaneousmodulatedacceleratedradiationtherapy)

Terapiadiprecisione

Necessitaditecnichediposizionamentoimmobilizzazione,surveydellaposizione

The Leksell Gamma Knife Perfexion (LGK-PFX) is a 60Co based medical device,manufactured by Elekta AB InstrumentsStockholm,Sweden.TheItisemplyedinthecure of different brain pathologies: smallbrainandspinal

cord tumors (benignand malignant), bloodvessel abnormalities,as well as neurologicproblems can be fullytreated.

The Leksell Gamma Knife Perfexion:

FabrizioCappucciINFN,Milan.

The ionizing gamma radiation is emittedfrom 192 60Co sources (average activity~1TBqeach).The sources are arranged on 8 identicalsectorsof24elements.T h e s e c t o r s c a n b e p l a c e d i ncorrespondence of three differentcollimation set able to focus the gammarays on a common spot, called theisocenter of the field, having a radialdimension of about 4, 8 and 16 mmrespectively.

The Leksell Gamma Knife Perfexion:

FabrizioCappucciINFN,Milan.

Protectiveshield;LEAD.

Collimatorchannels;TUNGSTEN.

Isocenterofthefield.

Radiativesourcesencapsulatedinstainlesssteelbushings.

Gammex457SolidWater

Geometry Modelization: Materials

FabrizioCappucciINFN,Milan.

Source Modeling: Geometry and materials

Metallicbushing.60Cocylindricalpelletsof1mmindiameterand1mminlength.

Theβ- electron (average energyofabout315keV)issupposedtobeabsorbedfromthesourceorthebushingitself

FabrizioCappucciINFN,Milan.

Relative dose distribution:

ComplicationofRadiationTherapyThere is two types of toxicity: acute and long termtoxicity.SystemicsymptomssuchasFatigue, local skin reaction,GI toxicity, oropharyngeal mucositis & xerostomia,myelosuppression.Long-term sequelae:may occurmanymonths or yearsafterradiationtherapy.Radiation therapy is known to be mutagenic,carcinogenic,andteratogen,andhavingincreasedriskofdevelopingbothsecondaryleukemiaandsolidtumor.

Radioterapiaetumorisecondari

Ilcasodeitumoripediatrici

LaterapiaIOeRT§  Intraoperativeelectron

irradiation(IOERT)initsbroadestsensereferstothedeliveryofirradiationatthetimeofanoperation.

§  IOERTevolvedasanattempttoachievehighereffectivedosesofirradiationwhiledose-limitingstructuresaresurgicallydisplaced.

IntraoperativeIrradiation:TechniquesandResultsL.Gunderson,C.Willet,L.Harrison,F.A.Calvo,HumanaPress2007–ISBN:0-89603–523-9

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IOeRT–ClinicalIndications§  Breastcancer§  Primaryandrecurrentcolorectal§  Pancreaticcarcinoma§  Livermetastasis§  Sarcomas(retroperitoneal;softtissue;bone)§  Locallyadvancedandrecurrentgynecologicmalignancies§  Bladdercancer§  Prostatecancer§  Lungcancer

IntraoperativeIrradiation:TechniquesandResultsL.Gunderson,C.Willet,L.Harrison,F.A.Calvo,HumanaPress2007–ISBN:0-89603–523-9

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HowadedicatedIOeRTacceleratormustbe?

1.   Maximum mobility, able to move inside standard hospital space (elevators,doors…):mobileunitdimensions210x76x180cm.

L I A C Dimensions