Transcript Radioterapie

Radioterapie
Průnik ionizujícího záření do tkání
Ing. Jaroslav Jíra, CSc.
Základní typy ionizujících záření vznikajících rozpadem radionuklidů
Záření
Alfa α
Charakteristika
jádro atomu helia,
Rozsah energií
Poznámka
jednotky MeV
Silně ionizuje, ve vzduchu
dosah jen několik cm, ve vodě
a tkáni zlomky mm.
2 protony +2 neutrony,
náboj (+2)
Beta β
rychlé elektrony,
náboj (-1)
desítky keV až
jednotky MeV
Ve vzduchu dosah několik m,
ve vodě desítky mm.
Gama γ
fotony, elmag.
záření o vlnové
délce <0,1 nm,
f>1018 Hz
náboj (0)
desítky keV až
desítky Mev
Ve vzduchu dosah stovky m, v
kompaktních materiálech
centimetry až decimetry.
Ionizuje nepřímo uvolňováním
nabitých částic.
Elektronvolt – kinetická energie, kterou získá elektron urychlený ve vakuu
napětím 1V.
1eV = 1,602*10-19 J
Veličiny a jednotky vztahující se k ionizujícímu záření
Veličina
Jednotka
Rozměr
Aktivita
zářiče A
1 Bq
Bequerel
s-1
Jedna radioaktivní přeměna
za sekundu
Stará jednotka - curie
1 Ci= 3,7*1010 Bq
Dávka
záření
D
1 Gy
gray
J*kg-1
Energie záření, kterou pohltí
ozařovaná látka v jednotce
hmotnosti
Stará jednotka
1 rad = 0,01 Gy
1 rad= 1R (biol. účinek)
Dávkový
příkon
1 Gy/s
J*kg-1*s-1 Energie záření, kterou pohltí
ozařovaná látka v jednotce
hmotnosti za jednotku času
Definice
Poznámka
Ekvivalentní 1 Sv
dávka
sievert
ED
J*kg-1
Dávka 1 Sv má stejné
biologické účinky na tkáň
jako 1 Gy gama záření.
ED=D*W
Stará jednotka
1 rem= 0,01 Sv
1 rem = 1R (gama záření)
W – váhový faktor
Expozice
(ozáření)
X
C*kg-1
X=ΔQ/Δm, celkový náboj
jednoho znaménka vzniklý
ve vzduchu při úplném
zabrzdění všech elektronů a
pozitronů uvolněných fotony
v elementu vzduchu Δm
Stará jednotka – rentgen
1R = 2,58*10-4 C/kg
1 C/kg
Přípustné dávky ozáření
Podmínky ozáření
Přípustná dávka ozáření [R]
Jednorázové ozáření
do 50
Opakované ozáření během 10 dnů
do 100
Opakované ozáření během 3 měsíců
do 200
Opakované ozáření během více než 3
měsíců
do 500
Nemoc z ozáření
Stupeň
Celková dávka
Příznaky
I
100 až 200 R v období
kratším, než stanovuje norma
Asi za 2-3 týdny po ozáření
zvýšená únava, pocení, závratě,
žaludeční potíže.
II
200 až 300 R v období
kratším, než stanovuje norma
První příznaky za 1-2 hodiny a
trvají asi 2 dny. Poté 10-14 dní
skrytý průběh nemoci, ozářený se
cítí zdráv. Následně se nemoc
načne rozvíjet.
III
300 až 500 R v období
kratším, než stanovuje norma
Totéž jako II, pouze skrytý průběh
trvá jen 1-2 dny.
IV
Nad 500 R
Příznaky ihned, většina případů
končí smrtí.
Detekce ionizujícího záření, Geiger-Müllerův počítač
Základem je trubice naplněná inertním plynem (He, Ne, Ar) se zhášedlem (Br)
V trubici jsou dvě elektrody pod napětím 100-1000 V
Ionizující záření proniká okénkem do trubice a při srážce s atomem jej ionizuje
Díky vysokému napětí dochází k lavinovému jevu a následně výboji
Zhášedlo omezuje dobu trvání výboje na cca. 5 ms
Výboj se projeví jak záporný napěťový impulz, který je zpracován elektronikou
Lavinový jev
Při srážce ionizované částice s atomem vzniká jeho ionizací elektron a kladný iont
Díky silnému elektrickému poli jsou ionty urychlovány ke katodě a elektrony k
anodě
Srazí-li se elektron s dalším atomem, dojde k další ionizaci
Lavinovým jevem jsou takto vytvářeny další a další elektrony a ionty až dojde k
výboji
Radioterapie
- používá se při léčbě zhoubných nádorů, kdy se využívá skutečnosti, že
nádorová tkáň ve stavu intenzivního (patologického) buněčného dělení je na
radiaci zpravidla citlivější než tkáň zdravá
- cílem je zničení nádoru a co nejmenší poškození okolní zdravé tkáně.
- ozařování se provádí před operací i po ní, může být i samotným léčebným
postupem u pokročilých neoperovatelných nádorů.
- záření vzniká buď v radioizotopových ozařovačích (13755Cs nebo 6027Co) nebo
jako brzdné záření vznikající při dopadu vysokoenergetických elektronů
- léčba probíhá většinou pomocí vysokoenergetického záření (paprsky X, gama
záření, urychlené elektrony) o energii jednotek až desítek MeV
- často se také uplatňuje v kombinaci s chemoterapií.
Principem je poškození DNA buněk maligních nádorů díky energii fotonů nebo
nabitých částic, které na nádor dopadají. Tohoto poškození se dosahuje buď
přímou ionizací atomů tvořících strukturu DNA nádorové buňky nebo nepřímou
ionizací, kdy je ionizována voda, a tvoří se volné radikály poškozující DNA.
Elektromagnetické spektrum
Při radioterapii se využívá pásmo označené jako gama a část pásma označeného
jako RTG (paprsky X).
1PHz = 1 petahertz = 1015 Hz
1EHz = 1 etahertz = 1018 Hz
1ZHz = 1 zetahertz = 1021 Hz
Energie záření se vypočítá podle vztahu W= h*f
kde h = 6.626*10-34 J*s je Planckova konstanta
f je frekvence záření
Zdroje záření pro radioterapii
Radioizotopové ozařovače
Kobalt 60Co, energie záření 1,17 a 1,33 MeV (přidružené záření β se filtruje a
nepoužívá se). Výměna zdroje 3-5 let, poločas rozpadu 60Co T1/2=5,3 roku
Cesium 137Cs, energie záření E=0,66 MeV, T1/2=33 roku
Lineární urychlovače
Jsou zdrojem vysokoenergetického záření. Princip je stejný jako u rentgenky.
Žhavená katoda (wolfram) o teplotě 2000-2500 °C produkuje elektrony.
Elektrony jsou urychleny napětím v řádu desítek až stovek kV.
Urychlené elektrony narazí do anody (wolfram, molybden), vzniká brzdné,
případně charakteristické záření.
Vycházející svazek fotonů je dále usměrňován sadou clon – kolimátorem
Rentgenka
Dávkování
Dávka záření aplikovaná na nádor se podle typu a stadia nádoru pohybuje mezi
20 - 80 Gy
Frakcionace
Celková dávka záření, která se má aplikovat na nádor, bývá někdy rozdělena do
většího počtu menších dávek. Jedna taková dávka se pohybuje od 1,8 do 2 Gy.
Pacient dostává typicky jednu dávku denně pětkrát do týdne.
Hlavním důvodem frakcionace jsou horší regenerační schopnosti nádorových
buněk oproti zdravým buňkám, které po každém ozáření regenerují rychleji.
Dalším důvodem je zvýšená odolnost nádorových buněk vůči radiaci, pokud jsou
ve stavu hypoxie. Tento stav je u nádorových buněk způsoben řidší kapilární sítí,
než je tomu u zdravé tkáně. Díky tomuto rozložení léčby se nádorovým buňkám
dá čas na reoxygenaci, čímž se zvýší jejich citlivost na radiaci.
Radiosenzitivita tkání (od nejvyšší po nejnižší)
1. Lymfatická tkáň (slezina, thymus)
2. Buňky kostní dřeně
3. Epitel tenkého střeva
4. Zárodečné buňky – spermatogonie
5. Bazální vrstva epidermis
6. Endotel malých cév
7. Oční čočka
8. Ledviny, játra
9. Dospělá kost a chrupavka
10. Nervová tkáň, sval a vazivo
Základní rozdělení radioterapie
Brachyterapie
Zevní radioterapie
Brachyterapie
Základní charakteristikou brachyterapie („ozařování na krátkou vzdálenost“) je
koncentrace vysoké dávky záření v místě aplikace s prudkým poklesem do jejího
okolí (intenzita záření klesá se čtvercem vzdálenosti). Zdroj záření je buď přímo v
nádoru nebo v jeho bezprostřední blízkosti. To umožňuje lokálně aplikovat, ve
srovnání se zevní radioterapií, větší dávku a v kratším čase.
Brachyterapie je vhodná léčba pro malé, dobře přístupné a ohraničené nádory,
jako jsou oblasti prsu, dělohy, prostaty, průdušek nebo ústní dutiny.
Dávkování u tohoto typu radioterapie dělíme na:
LDR (Low Dose Rate) – méně než 2 Gy/hod
MDR (Medium Dose Rate) – rozsah 2-12 Gy/hod
HDR (High Dose Rate) – více než 12 Gy/hod
Brachyterapie
Brachyterapii lze z hlediska aplikace dělit na dočasnou a permanentní
Dočasná znamená zavedení zářiče a jeho opětovné odstranění. Doba aplikace
bývá v rozsahu jednotek minut v případě HDR až po 24 hodin v případě LDR.
Délka léčby bývá 5-6 týdnů.
Permanentní se u používá u LDR. Znamená trvalé zavedení zářiče na jeho
místo. Zářič se po čase (1-2 měsíce) stane neaktivním. Typickou aplikací je
zavedení radioaktivních zrn jódu do prostaty – viz obrázky.
Aplikační oblasti brachyterapie
Brachyterapie – karcinom prostaty
Den před aplikací je pacient hospitalizován
na urologickém oddělení.
Pomocí UZV vyšetření se vytvoří 3D model
prostaty a zjistí se přesná poloha nádoru
Následující den je pacientovi ve spinální
anestezii zavedena sada aplikačních jehel.
Kontrola jejich polohy se provádí pomocí
rentgenu.
Poté jsou aplikovány zářiče po dobu cca.
deseti minut. Celá procedura však trvá asi
1,5-3 hodiny.
Pacient je poté převezen na oddělení a
následující den zpravidla propuštěn.
Zevní radioterapie (teleradioterapie)
U zevní radioterapie je zdroj záření mimo tělo ozařovaného pacienta, zpravidla
ve vzdálenosti 80-100 cm od těla pacienta, resp. od osy rotace ozařovacího
přístroje.
Zevní radioterapii lze dále rozdělit na:
Konvenční – klasické ozařování nádoru jedním zdrojem záření z jednoho nebo z
několika málo míst. Nevýhodou je poškození zdravé tkáně. Tato metoda je na
ústupu.
Konformní - Ozařovaný objem je individuálně přizpůsoben nepravidelnému
trojrozměrnému tvaru cílového objemu.
Mezi konformní radioterapie patří
Stereotaktická radioterapie - k přesné prostorové lokalizaci cílového objemu
dochází pomocí trojrozměrného koordinačního systému a zobrazovací metody
(CT/MR). Dále je tato metoda radioterapie charakterizována prudkým spádem
dávky mimo cílový objem. Tuto metodu používá gama nůž nebo kybernůž.
IMRT (Intensity Modulated Radiation Therapy) – kromě přizpůsobení svazku
záření tvaru cílového objemu, je upravena i intenzita svazku záření. Lze ozařovat
geometricky složitější cílové objemy. Metodu používají některé kybernože.
Leksellův gama nůž
Zdrojem záření je 201 hermeticky uzavřených kobaltových zářičů.
Tyto zdroje jsou umístěny ve sférické radiační jednotce a jsou dostatečně
odstíněny, aby byl pacient i personál chráněni před nežádoucí radiací.
Jejich záření je kolimováno do úzkých svazků paprsků, které se kříží ve
společném ohnisku. Dosahovaná přesnost je v desetinách mm.
Žádoucího biologického efektu v malém cílovém objemu nádorové tkáně se
dosahuje aplikací jedné dávky fokusovaného záření ze zevních zdrojů radiačního
záření.
Systém je plně automatizován a
řízen počítačem.
Celková dávka se pohybuje v řádu
desítek Gy.
Leksellův gama nůž – postup při zákroku
1. Pacientovi se upevní na hlavu stereotaktický rám (lokální anestetika v místě
upevnění šroubů)
2. V souladu s polohou stereotaktického rámu
je pomocí zobrazovacích metod (CT, NMR)
přesně stanovena lokalizace nádoru
3. Na základě výsledků ze zobrazovacích metod se vytvoří radiační plán, kdy se
určují ozařovací polohy a časy. Před samotným výkonem proběhne počítačová
simulace, která mj. vypočítá celkovou dávku, kterou obdrží ozařované ložisko.
Vyznačí se také kritické struktury (sluchové a zrakové nervy, oční čočky) a ty se
odstíní wolframovou zátkou.
4. Pacient je umístěn do komory s kobaltovými zářiči, které emitují gama záření o
vysoké energii přes kolimátorovou helmici s 201 otvory. Terapie trvá 5 až 30
minut, celá procedura pak 3-5 hodin. Zákrok může být buď jednorázový nebo je
frakcionován do max. pěti částí.
Gama nůž funguje v nemocnici Na Homolce od roku 1992 (tehdejší cena činila
cca. 100 mil. Kč), od roku 2010 je pak tamtéž používána inovovaná varianta
Perfexion (cena cca. 130 mil. Kč). Každoročně je jím ošetřeno asi 800 pacientů.
Leksellův gama nůž – důvody pro použití
Při rozhodování o „indikaci“ gama nože jsou brána následující hlediska:
- hloubka a nepřístupnost poranění (nádoru) v mozku (LGN umožňuje zásah v
hloubce mozkové tkáně),
- přilehlost artérií a nervů a dalších struktur (LGN je přesný),
- citlivost tkáně k radioaktivnímu záření (okolní tkáň je u LGN vystavena
minimální radiační zátěži),
- vyloučení rizika krvácení, infekcí a dalších post operativních komplikací,
- krátká délka hospitalizace
- 70% ceny klasických neurochirurgických výkonů
Kybernůž - Cyberknife
Princip je podobný jako u gama nože, kdy je nádor ozařován z různých úhlů a
různými intenzitami, avšak místo většího počtu stacionárních zářičů se zde
používá jeden pohyblivý zářič, který se pomocí robotického systému pohybuje
kolem pacienta.
Zdrojem záření je 6MV částicový urychlovač, který je schopen dodat radiační
dávku až 0,8 Gy za jednu minutu.
Paprsek lze do cílové oblasti zaměřit s
přesností 0,5 mm.
Poloha pacienta je během zákroku stále
monitorována pomocí CT.
U nás je od roku 2010 používán v
ostravské
fakultní
nemocnici.
Jeho
pořizovací cena byla cca. 200 mil. Kč.
Kybernůž – postup při zákroku
1. Pacientovi je provedeno komplexní vyšetření pomocí CT, kdy je lokalizována
poloha nádoru.
2. Údaje jsou přeneseny do počítače kybernože.
3. Lékaři stanoví radiační plán, kdy se stanoví ozařovací časy a intenzity, a
zároveň se v okolí vyznačí oblasti zvláště citlivé na radiaci, kterým se robot
má vyhnout.
4. Pacient je umístěn na lůžko a robot provede sérii ozáření různými intenzitami
a z různých úhlů. Procedura trvá 30 - 90 minut.
Výhody oproti LGN
-
Pohyby a dýchání pacienta jsou neustále monitorovány pomocí CT, takže
robot může v reakci na ně korigovat svou činnost. Pacient nemusí být tak
pevně fixován jako u LGN.
-
Odpadá použití stereotaktického rámu.
-
Použití není limitováno pouze na oblast hlavy.
-
Vyšší přesnost zaměření paprsku.