METODE U RADIOTERAPIJI

Prof.dr Vesna Spasić Jokić

Medicinski fakultet, Vojnomedicinska akademija, Univerzitetodbrane, Beograd

Fakultet tehničkih nauka, Univerzitet u Novom Sadu

svesna@uns.ac.rs i svesna@vin.bg.ac.rs

RADIOTERAPIJA

Primena jonizujućih zračenja u lečenjukarcinoma

Palijativni tretman

TBI (total body iradiation)-za pripremutela kod transplantacije kostane srži

Tretman nemalignih bolesti, ali uz velikirizik mogućnosti indukcije karcinoma

“doziranje”

Za radikalne kurativne slučajeve:- za čvrste velik tumore (mete) (50 do 70) Gy, - za limfomne tumore (20 do 40) Gy

Kod palijativne radioterapije: odjednom (6-10) Gyna tumor u metastazi da bi se ublažio bol

Ukupna doza se raspoređuje (frakcioniše) u dnevne doze obično (1,8 – 2) Gy, 5 dana nedeljno. Ovakav plan uračunava sve moguće retrogradne slučajeve i vikend pauzu

Zračenje oštećuje DNK ćelijetumorskog tkivaZa razliku od zahteva u zaštiti od zračenja sada biramo ćelijsku SMRT

Dve osnovne grupe:1) radioterapija spoljašnjim snopom(teleterapija, perkutana terapija):terapija zatvorenim izvorima zračenja

2) brahiterapija: terapija otvorenimizvorima zračenja

Zahtev za mernu nesigurnost pri

isporuci doze volumenu mete

•Da bi se efikasno tretirao tumor i smanjile

komplikacije propisana doza mora biti odredjena

sa greškom manjom od 5 %.

ICRU Rep 24 (1976) i Rep.42 (1988)

IAEA 398

AAPM TG 105 Report (2007)

Metode proračuna doze

Konvencionalna

Konvolucija uskog

snopaMonte Carlo

GLAVA & VRAT

konvolucija

Monte Carlo

Planiranje terapje

10MV 4MV

Modifikacija snopa ubacivanje dinamičkog klina

Radioterapija spoljašnjim snopom-planiranje

Konvencionalna – tretman je planiran ilisimuliran na posebno kalibrisanimkonvencionalnim dijagnostičkim Rtg uzupotrebu bolusa na tretmanskoj glavi. Virtualno simulisana 3 D konformalna

radioterapija: upotreba CT slike i posebnog 3D softvera za planiranjeIntenzitetom modulisana radioterapija: koristi

MLC ne samo da oblikuje profil snopa već i davarira intenzitet snopa kroz metu.

Anatomija pacijenta mora biti definisana

CT slike

Ostali podaci

Broj slajsova

Kreiran 21 slajs na

1 cm dužine9

3D planiranje korišćenjem

podatak dobijenim na CT

Intenzitetom Modulisana Radioterapija

•Distribucija doze

homogenija u Planned

Target Volume (PTV)

Smanjeno izlaganje zdravog tkiva

visokim dozama

Apertura snopa je oblikovana

prema nepravilnom obliku mete

(tumora)

Modulisan fotonski fluks

Glava i vrat

dojka

prostata

dinamička tehnika

Postavljanje

kolimatora MLC

Kvaliteti snopa u radioterapiji

1. Niskoenergetsko X (do 100 kV i HVL do 3 mm Al)2. Srednjeenergetsko X (80 kV - 300 kV

HVL: 2 mm Al - 4 mm Cu)3. Gama zračenje 60Co (1,25 MeV) 4. Visokoenergetsk fotoni (1 MeV - 50 MeV;

TPR20,10 : 0.5 - 0.84)5. Visokoenergetski elektroni (3 MeV -50 MeV ;

R50 :1 g/cm2 - 20 g/cm2)

6. Protonsko zračenje (50 MeV do 250 MeV; Rp 0,25 g/cm

2 - 25 g/cm2)7. Teški joni: Z između 2 (He) i 18 (Ar)

(Rp 2 g/cm2 - 30 g/cm2 )

Linearni akcelerator

Akcelerator čestica je uređaj koji koristi električno i/ili magnetno polje da ubrza naelektrisane čestice (poveća energiju)

2 MeV linearni Van de Grafov akcelerator (1960)

Prvi LINAK je instaliran u Hameršmit bolnici u Londonu 1950.godine

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:2mv_accelerator-MJC01.jpghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:2mv_accelerator-MJC01.jpg

‚linearni akcelerator

Strogi terminološki: deo sistema u kome seelektroni ubrzavaju do određene energije.

Kolokvijalno: sistem koji visokofrekventnimelektromagnetskim talasima ubrzava elektrone, kroz linearnu cev, do visokih energija.

Visokoenergetski snop elektrona:za plitketumori ili za formiranje snopa X-zračenjaudarom u metu od teškog materijala.

Snop X-zračenja : za duboke tumore

Dužina talasovoda zavisi od konačne energije elektrona:

~30 cm na 4 MeV~150 cm na 25 MeV.

Teleterapijske mašine

• Mašine u perkutanoj radioterapiji koje sadrže radioaktivne izvore-emitere gama zračenja.

• Aktivnosti: (185-370) TBq; Jačina doze na 80 cm od izvora: (100-200) cGy/min

60Co 137Cs 152Eu

T1/2 godine 5,3 30 13,4

Energija MeV 1,17 i 1,33 0,662 0,6-1,4

Spec. const jačine KairGym2/GBqh 309 78 250

HVL cm Pb 1,1 0,5 1,1

Način proizvodnje 59Co+n u reaktoru

fisioniprodukt

151Eu +n u reaktoru

RF napon konstantne frekvencije ( 10 -30) MHz primenjen je između dve elektrode, a naelektrisana čestica se ubrzava dok prolazi kroz prorez između dve elektrode.

Sinrociklotron je ciklotron kod kog se menja frekvencija RF električnog polja da bi se kompenzovao porast mase čestica koje se ubrzavaju kada njihova brzina počne da se približava brzini svetlosti.

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Orsay_proton_therapy_dsc04443.jpg

Protonska terapija

• 1946 Robert R.Wilson, osnivač Fermi National Labs, predložio primenu protona i teških jona u terapiji

• 1954 Prvi pacijent u Berkliju• 1989 Početak projekta TESLA(INN Vinča)• 2018. 80,000 pacijenata godišnje• 30 centara u svetu

• Energija: (50-250) MeV• Praktični domet u tkivu:

(3-25) cm 17

Broj centara: 8Max. Klinička energija: 60 MeV - 90

MeVDomet u tkivu (ICRU): 3,1 cm - 6,5 cmTip akceleratora: ciklotronLokacije: Davis, CA, USA;

Clatterbridge, UK; Nice, France; Chiba, Japan; Villigen, Switzerland; Vancouver, Canada; Berliin, Germany; Louvain-la-Neuve, Belgium

Broj centara: 18Max. Klinička energija: 160 MeV - 1 GeVDomet u mišiću: od 17,9 cm Tip akceleratora:ciklotron, sinhrociklotron,

sinhrotron Lokacije: Cambridge, USA; Uppsala, Sweden;

Moscow, Russia; Faure, South Africa; Bloomington, USA; Orsay, France; Dubna, Russia; Villigen, Switzerland; Boston, USA; Kashiwa, Wakaza , Hyogo and Shizouka in Japan; Loma Linda, USA; Tsukuba, Japan; Berkley, USA and St Petersburg, Russia

Zašto protoni imaju prednost

• Relativno niska ulazna

doza (plato)

• Maksimalna doza na

odredjenoj dubini

(Bragov pik)

• Nagli pad distalne doze

• Energetska modulacija

(prošireni Bragov pik)

• RBE blizu 1 (1,1)

Dubina

Do

za

Fotoni

Protoni

Protonska terapija

PREDNOSTI NEDOSTACI

Nulta doza iza Bragovog pika, niska ispred

Tretman većih tumora višim dozama

Oprema je mnogo skuplja reda (25-40) M$ u poređenju sa cenom od (3-5) miliona dolara za kompletan konvencionalni radioterapijski departman

Dobra lokalizacija u prostoru

Velike dimenzije akceleratora i transportnih linija

Protoni su naelektrisane čestice – skreću u mag.polju

visoke cene same terapije (2 x veća od fotonske terapije)

Uzak snop i Bragov pik,precizno se oblikuje prema obliku tumora

Duboki tumori zahtevaju velike energije protona reda ( 230-250) MeV

Interakcija protona sa materijom

Gustina utiče na oblik Bragovog pikaRBE= 1

Linearni kvadratni model smrti tumorskih

ćelija: Frakcija ćelija koje prežive dozu D

je mala2

)( DDeDS

Kako da snop postane koristan?

Modulacija dometa

Pasivno rasejanje

Spot scanning – novi trend

Target

Magnetni

skener

‘ploče za

pomeranje

dometa

Patient

Protonski

uzak snop

pencil beam

KOMPLETAN SET,

Homogena doza, distalno

konformalna

Klinički tok radioterapije

CT slike imprtovane u sistem za

Planiranje terapije

Treatment Planning System (TPS)

Svi parametri za isporuku

doze odredjeni pomoću TPS

Svi parametri poslati

Na tretmansku mašinu

11/20/2019 27

Tumori oka Daje se 50 cGy u 5 frakcija, 5 do 7 dana. Preživljavanje u prvih 5 godina: 90 %Preživljavanje posle 5 godina: 80 %Oko se zadržava u 78 % - 97 % slučajeva u zavisnosti od veličine tumora

Iris melanomas

Choroidal melanomas

Niskoenergetska protonska terapija

http://www.triumf.ca/welcome/proton_chair.html

Osnovne faze u protonskoj terapiji oka

Izbor pacijenta: klinički slučaj Hirurški tretman: ugradnja tantalskih klipsova

kao markera

Simulacija: izrada fiksatora, modulatora, kolimatora

Radiografija: verifikacija položaja markera

Kako funkcioniše terapija tumora oka

Volumen mete dobro poznat

Tantalski klips u oku: marker za pozicioniranje pacijenta

Klips ne stvara probleme i ne uklanja se posle tretmana

Individualna maska za imobilizaciju,repoduc.1/10 mm

Pokret oka u toku zračenja prekida snop

Planiranje radioterapijskog tretmana

Parametri za planiranje:

1) Geometrija tumora, pacijenta i tretmana2) Ukupna doza koja se daje tumoru3) Broj frakcija4) Kašnjenje između dve sesije terapije

Tumori oka: (30- 50) Gy u 5 frakcija

Dublje lezije: 60 Gy u 30 frakcija

FOTONI (IMRT) PROTONI

Dose bath

Novi trend: IZAZOVIkoji se rešavaju planiranjem terapije

1. Nesigurnost dometa

2. Skupljanje tumora

3. Promena mase pacijenta

4. CT artefakti

5. Pokretanje organa

SPECILAJNE

TEHNIKE U

RADIOTERAPIJI

Brahiterapija

Jedan od modaliteta terapije jonizujućim zračenjem

Koriste se sićušni izvor (sačma) koji unosi u šupljinu ili

u sam tumor

Implantant može biti trajni ili privremeni

Cilj 1: oblik raspodele doze odgovara

obliku tumora

Cilj 2: Dizajn sačme visoke efikasnosti

(fotoni nižih energija), koji imaju što duže

vreme poluraspada

Brahiterapija• Radioaktivna sačma se postavlja blizu tumora

čime se visoka doza aplikuje na tumor, a štiti okolno zdravo tkivo

• Termin BRAHI (grčka reč) – kratko rastojanje

• Medicinske implikacije: karcinomi prostate, dojke,pluda, ezofagus, ginekološki, analno-rektalni, glave i vrata, sarkomi

Izvori: 60Co, 137Cs, 198Au, 192Ir, 125I, 103Pd

4/6/12

Brahiterapija

PREDNOST: lokalizovana isporuka doze na metu od interesa

NEDOSTATAK: koristi se u slučajevima kada je tumor dobro lokalizovan i relativno mali; opasnost od zračenja; neprijatna za pacijenta; dobro obučen kadar

4/6/12

Prosečno 10 % –20 % tretmana jebrahiterapija

Dva osnovna tipa tretmana

• Intrakavitarni, izvor se postavlja u telesne šupljine blizu volumena mete (tumora) uvek privremeni implantati

• Intersticijalni, izvor se postavlja u sam tumor (stalni ili privremeni implantati)

4/6/12

4/6/12

Tip implantata Opis

Intrakavitarni Izvori su postavljeni u telesne šupljine blizu tumora

Intersticijalni Izvor se smešta u tumor

Površinski Izvor se postavlja iznad tkiva koje se tretira

Intraoperativni Izvor se postavlja u ciljano tkivo, hirurški

Intravaskularni Izvor se postavlja u arterije

Metoda ubacivanja izvora

4/6/12

Metoda punjenja

Opis

Hot loading Aplikator je napunjen i sadrži izvor u vreme ubacivanja u pacijenta

After-loading

Aplikator se prvo postavi u metu, pa se puni izvorom ručno ili automatski daljinski

Klasifikacija tretmana prema jačini doze

4/6/12

Tip tretmana Jačina doze Gy/h

Niska jačina doze (Low dose rate, LDR)

0,4-2

Srednja jačina doze (Medium dose rate, MDR)

2-12

Visoka jačina doze (High dose rate, HDR)

12

Aplikatori

Izmedju zrna postoje realni

procepi Veličina procepa: (5-10) mm

Potrebno je usrednjiti zapreminu tumora

Specifikacija izvora

IAEA TECDOC-1274: Jačina kerme u vazduhu na 1 m od izvora; aktivnost; jačina apsorbovane doze u vodi

Raspodela doze oko

izvora AAPM TG 43

Proračun trajanja tretmana

1) Upotreba Peterson – Parke- ovih tabela (Mančester sistem): zapremina, ukupna referentna kerma u vazduhu, vrsta implantata 2) Izbor referentnih tačaka- prema ICRU 38 i ICRU 583) Korekcija na vreme poluraspada

Brahiterapija karcinoma cerviksa

Elektronski brahiterapijski

izvori

Brahiterapijski izvori bez radionuklida

Minijaturne cevi X zračenja

Obezbedjuje intersticijalno ozračivanje bez

radionuklida

OSTALE SPECIJALNE PROCEDURE

1) Stereotaksa2) Zračenje celog tela fotonima(Total body irradiation, TBI)3) Zračenje cele kože elektronima ( Total skin electron irradiation, TSEI)4) Intraoperativna radioterapija (IORT)5) Endorektalno ozračivanje6) Konformalna radioterapija i intenzitetom modullisana radioterapija (IMRT)7) Slikom vođena radioterapija (Image guided radiotherapy, IGRT)8) Respiratorno ograničena radioterapija

TBI Total body irradiation

Daje se pacijentima pre presađivanja koštane srži

Vrste zračenja: 60Co, MV XUkupna doze: 12 Gy; 6 x 2 Gy, svaki treći dan (visoke doze)Veličina polja: 70 cm x 200 cm (za celog pacijenta) ili više malih polja

Ozračivanje cele kože elektronima TSEI

Cilj: zaštita drugih organa pri zračenju kožnih tumora

Doza: 40 Gy u 20 frakcija

( Total skin electron irradiation, TSEI)

Intraoperativna radioterapijaU jednoj frakciji se daje (10-20) Gy na hiruškitretiran unutrašnji organ, tumor ili osnovu tumora.

Aplikator: za definiciju područja mete; zaštitaokolnog tkiva od zračenja; štiti osetljivo tkivo kojeje deo zračene mete

Tri modaliteta: ortovoltažno X-zračenje; MV elektroni i brahiterapijski 192Ir

Slikom vođena radioterapijaSlika anatomije pacijenta i tumora dobijena pomoću CT, ultrazvuka ili PET služi za dnevno vođenje geometrije zračenja.

Uzima u obzir promene mete i geometrije pacijenta pre svake sesije. Sistem mora biti brz

“Respiracijom ograničena radioterapija”

Scenario bakterijski stimulisane radioterapije

• Bakterije se koriste za proizvodnju lekova protiv raka

54

E. Colilek

Okidačka

smeša

55

Scenario

Sve bakterije su identične.

Gustina populacije je fiksna.

Izlaganje okidaču je uniformno.

Ograničenja:

• Kontrola proizvodnje leka.

Zahtev:

Konceptualni pristup problemu

Stereotaktički tretman je

primena spoljašnjeg snopa

zračenja kroz stereotaktičke

vodjice za preciznu isporuku

doze definisanom volumenu

mete

1STEREOTAKSA

PROCEDURE STEREOTAKSE

Gama nož (radiohirurgija) (Stereotactic Radio surgery, SRS)

Cyber nož (SRS)

Protonska terapija (SRS)

1

Primena

• Tumori mozga– Maligni i nemaligni– Primarni i metastaze

• Arteriovenozne malformacije (AVMs)

• Neuralgije– Poremedaj facijalnih

nerava• Parkinson’ova bolest• Tremori• Epilepsija• ........…

Radiohirurgija

Minimalno invazivna procedura koja koristi fokusirani snop zračenja visokog intenziteta kao ablativni hirurški instrument za uništenje tumora

Tumor = “loš”

Brain = “dobar”

Kritične strukture= “dobre i osetljive”

Radiohirurgija

• Pojedinačna doza (14-34) Gy• Koristi se ako je adenom bar (3-5) mm od optičkog

nerva ili hijazme u mozgu• Tolerancija mesta ukrštanja optičkih nerava u mozgu

na dozu iznad 8 Gy je mala i dovodi do rizika pojave slepila na oba oka

• Kod 97 % pacijenata dolazi do stabilizacije ili smanjenja tumora

• U 17-96 %, dolazi do remisije (popuštaju i simptomi bolesti)

• Srednje vreme remisije je 29,8 meseci

Komplikacije u radiohirurgiji• Pojava hipopituiarizma (smanjenje lučenja jednog ili više

hormona proizvedenih pituitarnom žlezdom u bazi mozga, prednji režanj hipofize): (2-47)%

• Poremedaj vida: ( 1-11 )%• Oštedenje kranijalnog nerva: retko• Privremena epilepsija• Radijacione nekroze• Stenoze karotidne arterije• The larger the volume of tumour and the closer it is to

the optic nerves the greater the risk of complications

Prednosti

• Tretman tumora nedostupnih konvencionalnom hirurgijom

– Zaustavlja rast menjanjem DNK

• Neinvazivna (nema fizičkog reza)

• Ekstremno precizna

• Krade traje od ma kog tretmana, hirurškog, hemo ili radioterapije: (30-60) minuta

• Efikasnija

• Kompletne troškove pokriva zdravstveno osiguranje

• Manje propratnih efekata

Nedostaci

• Postoje propratne pojave– Problemi sa kožom– umor– Gubitak kose– glavobolje– Otok mozga– Oštedenje tkiva– I još…

• Ne može da potpuno uništi tumor– Samo zaustavlja rast

• Skupa metoda– Oko $12,000 za 1 tretman– Oko $55,000 za 5 tretmana

• Rezultat zahteva vreme– Od 1 meseca do 2 godine

Budude tehnologije• Ekstremno jak snop koji

dezintegriše tumor– menja DNK tako da se

biološki razgradi

• Veda preciznost– Nema oštedenja okolnog

tkiva

• Manje propratnih pojava• Jeftinija terapija• 4-Dimenziono mapiranje• Brži rezultati• Brža procedura

Sajber nož

Prostata

bubreziPankreaspluća

kičma

Diverzitet primene sajber noža

Gama nož

201 izvor gama zračenja

Co-60 smešteni u

hemisferi i ciljani kroz

kolimator do fokalne

tačke.

Glava pacijenta je tako

pozicionirana da tumor

bude u fokalnoj tačku

snopa gama zračenja.

Kako funkcioniše

Gamanož?

Korak 1: Stereotaktički

okvir se postavi na

glavu pod lokalnom

anestezijom.

Korak 2: Napravi se

MRI ili CT slika dok

pacijent nosi okvir

Korak3: Na osnovu slika pravi se plan

tretmana. Ključna tačka: vrlo precizna

isporuka doze.

Korak 4: Pacijent leži na tretmanskom stolu gama noža dok je okvir fiksiran na odgovarajući kolimator

Korak 5: Vrata tretmanske jedinice se otvaraju. Pacijent je smešten u oklopljenom bunkeru pošto je zona zračenja visokog intenziteta.

Before After

Planiranje tretmana

• Planira se:

– Broj snopova (“šotova”)

– Veličina šota

– Lokacija šota

– Intenzitet

• Kvalitet plana zavisi od pacijenta i iskustva medicinskog tima

Meta

5 šotova

Odredjivanje skeleta mete

40 Iteracija

Poredjenje vremena egzekucije

Srednje vreme

Veličina tumora

mali srednji veliki

slučajni

(Std. Dev)

2 min 33 sec

(40 sec)

17 min 20 sec

(3 min 48 sec)

373 min 2 sec

(90 min 8 sec)

numerički

(Std. Dev)

1 min 2 sec

(17 sec)

15 min 57 sec

(3 min 12 sec)

23 min 54 sec

(4 min 54 sec)

Procenjeni broj šotovaRaspoložive veličine šotova:4mm, 8mm, 14mm, and 18mm

Veličina šlema(mm)

4 & 8 4 & 14 4 & 18 8 & 14 8 & 18 14 & 18

Broj šotova

25 10 9 7 7 7

Planiranje tretmana• Odrediti niz konfiguracija snopa

koji de uništiti tumor • Ograničenja:

– Željena raspodela doze– Fizičke karakteristike snopa zračenja– Ograničenja uredjaja za isporuku

doze– Trajanje/frakcionisanje tretmana

Pad doze oko tumora

kritično

Tumor

Doza u tumoru

Opadanje doze u kritičnoj strukturi

Doza u kritičnoj strukturi

Verifikacija plana zračenja pacijenta

4 mm 18 mm14 mm8 mm