METODE U RADIOTERAPIJI
Prof.dr Vesna Spasić Jokić
Medicinski fakultet, Vojnomedicinska akademija, Univerzitetodbrane, Beograd
Fakultet tehničkih nauka, Univerzitet u Novom Sadu
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/cm2 - 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
‚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 Kair
Gym2/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.
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
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
Recommended
