Apparecchiature Radioterapia

Dispensa apparecchiature RT

Sommario

• Lezione 0: Storia della radioterapia .................................................................................................................. 4
• Lezione 1: Introduzione alla radioterapia .......................................................................................................... 5
• Gli scopi della radioterapia ........................................................................................................................... 5
• Tecniche di radioterapia ............................................................................................................................... 6
• Lezione 2: La dose .............................................................................................................................................. 7
• Unità dosimetriche ........................................................................................................................................ 7
• I fantocci e i controlli di qualità ..................................................................................................................... 8
• Dosimetria Fotoni .......................................................................................................................................... 9
• Dosimetria degli elettroni ............................................................................................................................ 12
• Lezione 3: Acceleratori lineari ........................................................................................................................ 12
• Il LINAC ........................................................................................................................................................ 13
• Gli elementi meccanici principali di un LINAC ............................................................................................. 14
• Sistemi per la modifica del fascio ................................................................................................................ 15
• Lezione 4: Simulatori ....................................................................................................................................... 16
• Simulatore convenzionale ........................................................................................................................... 16
• Simulatore TC .............................................................................................................................................. 17
• Lezione 4.1: On Board Imager ......................................................................................................................... 18
• Composizione .............................................................................................................................................. 18
• Lezione 5: Definizione dei volumi .................................................................................................................... 18
• ICRU 29 ........................................................................................................................................................ 18
• ICRU 50 e 62 ................................................................................................................................................ 19
• ICRU 71 ........................................................................................................................................................ 19
• Lezione 6: Brachiterapia .................................................................................................................................. 20
• Tecniche di infissione .................................................................................................................................. 20
• Tecniche di irraggiamento ........................................................................................................................... 21
• Esecuzione di un piano di trattamento: ...................................................................................................... 22
• Brachiterapia permanente .......................................................................................................................... 22
• Lezione 7: IORT (Intra Operative Radio Therapy) ............................................................................................ 24
• Tecniche di RT IORT ..................................................................................................................................... 24
• Esecuzione del trattamento ........................................................................................................................ 25
• Lezione 9: IMRT (Intensity Modulated Radiation Therapy) ............................................................................. 25
• Treatment planning ..................................................................................................................................... 27
• Lezione 10: IGRT .............................................................................................................................................. 28
• Generalità .................................................................................................................................................... 28
• Considerazioni dosimetriche OBI/CBCT ...................................................................................................... 30
• IGRT mammella ........................................................................................................................................... 31
• RPM ............................................................................................................................................................. 31
• Lezione 11: Stereotassi .................................................................................................................................... 32
• Radiochirurgia.............................................................................................................................................. 32
• Radioterapia stereotassica = SRT ............................................................................................................... 35

Lezione 0: Storia della radioterapia

La nascita della radioterapia, disciplina clinica che si serve delle radiazioni ionizzanti per la cura dei tumori, è stata resa possibile da tre scoperte fondamentali avvenute poco più di 100 anni fa per merito di W.C. Roentgen (1895), H. Becquerel (1896) e M. e P. Curie nel 1898. Questi scienziati, che per le loro ricerche conseguirono il premio Nobel, scoprirono i raggi X e la radioattività naturale; sul loro sviluppo sono fondate la moderna radioterapia a fasci esterni e la brachiterapia, che utilizza le radiazioni emesse da particolari sorgenti poste "vicino" alla lesione da curare.

Occorrono 50 anni di tumultuosi progressi scientifici nel campo delle radiazioni e delle loro applicazioni mediche per arrivare alla moderna radioterapia che si serve oggi delle alte energie dei fasci di radiazioni ionizzanti, meno lesive e più efficaci. In Canada all'inizio degli anni '50 diviene disponibile un apparecchio che sfrutta la radioattività emessa dal Cobalto 60, isotopo radioattivo con tempo di dimezzamento di circa 5 anni, che emette raggi gamma di 1.25 MeV. Negli stessi anni si lavora ad una macchina che possa produrre raggi X ad alta energia senza l'uso di sostanze radioattive e nel 1953 la Brown Boveri Co. in Svizzera disegna la prima macchina acceleratrice di elettroni su un'orbita circolare, con energia di 31 MeV per uso radioterapico. Questa macchina fu installata nella metà degli anni '50 a Zurigo, ad Oslo e negli anni 60 in Italia a Firenze, Milano e Roma. L'acceleratore lineare, dove gli elettroni vengono accelerati su traiettoria lineare, entra nell'uso clinico alla fine degli anni 60 e nella decade 1970-1980, numerose macchine definite appunto acceleratori lineari o LINAC sono a disposizione per uso medico nei centri più importanti degli Stati Uniti e d'Europa.

Negli ultimi 20 anni del secolo XX lo sviluppo tecnologico in campo radioterapico è stato enorme e molto rapido, potendosi avvalere anche dell'ausilio dell'informatica. Parallelamente alla radioterapia a fasci esterni anche la brachiterapia fa grandi passi in avanti: si ricercano radioisotopi in sostituzione del radium e modalità di trattamento che offrano maggiore protezione per il paziente e l'operatore. Nascono così tecniche, prima manuali e poi meccaniche, di inserimento da lontano delle sorgenti sia a contatto che all'interno dell'organo da curare. Prima vengono usati il Cobalto 60 nel Catetron e il Cesio 137 nel Curietron.

La possibilità di misurare le radiazioni ionizzanti e di conoscerne la distribuzione all’interno del corpo umano ha accompagnato lo sviluppo della radioterapia con la possibilità di trarne il grande beneficio della guarigione da una patologia tumorale accompagnata dalla riduzione al minimo degli effetti collaterali. Inoltre lo studio degli effetti delle radiazioni sui tessuti animali e umani, sani e tumorali, ha permesso la identificazione di modalità di frazionamenti della dose utili a distruggere determinati tumori con la morte delle cellule malate senza la contemporanea morte delle cellule sane.

Il trattamento del paziente neoplastico oggi è complesso e richiede una stretta integrazione delle terapie oncologiche, chirurgiche, radioterapiche e chemioterapiche al fine di conseguire i migliori risultati con il minimo danno e il massimo risparmio degli organi. La radioterapia può essere usata in alcune forme tumorali o in alcuni stadi di esse come terapia esclusiva, cui può conseguire la guarigione, oppure può integrarsi con chirurgia e chemioterapia per conseguire lo stesso risultato. In caso di dolore, soprattutto se dovuto alla presenza del tumore diffuso allo scheletro, la radioterapia può essere ritenuta l'analgesico più efficace e dare un notevole contributo al miglioramento della qualità di vita del paziente.

Le due anime della radioterapia, quella clinica e quella tecnica, strettamente fuse, pur essendo la parte tecnologica al servizio di quella clinica, rappresentano un binomio di grande interesse nella medicina moderna per la cura del paziente affetto dal cancro.

Lezione 1: Introduzione alla radioterapia

Gli scopi della radioterapia

Come definito nel DL 187/00 Art. 3 comma 2: le esposizioni mediche (...) devono mostrare di essere sufficientemente efficaci mediante la valutazione dei potenziali vantaggi terapeutici da esse prodotti (...), rispetto al danno alla persona che l’esposizione potrebbe causare, tenendo conto dell’efficacia, dei vantaggi e dei rischi di tecniche alternative disponibili, che si propongono lo stesso obiettivo, ma che non comportano una esposizione, ovvero comportano una minore esposizione alle radiazioni ionizzanti.

L’applicazione in radioterapia dei principi di radioprotezione del paziente devono tener conto di due aspetti: che in RT l’esposizione del paziente è intenzionale, e dagli effetti biologici deterministici da questa esposizione è atteso un beneficio per il soggetto esposto. L’obiettivo ideale di un trattamento radioterapico è la somministrazione ad un definito volume corporeo della dose che si ritiene necessaria per ottenere l’effetto terapeutico ricercato, con la minima dose possibile ai tessuti sani. L’insuccesso della radioterapia può derivare sia dalla insufficienza della dose somministrata a determinare la morte di tutte le cellule tumorali clonogeniche, sia dalla mancata inclusione nel volume irradiato di tutte le cellule neoplastiche.

Un insuccesso è anche rappresentato dalla produzione di danni gravi in grado di compromettere la qualità o la possibilità di vita del paziente, per eccesso della dose somministrata ai tessuti sani o per eccesso del volume di tessuto sano che è stato compreso nel volume irradiato. La figura mostra gli andamenti delle curve dose-risposta per la probabilità di controllo del tumore (TCP-Tumor Control Probability) e per la probabilità di complicazioni a livello del tessuto sano (NTCP-Normal Tissue Complication Probability). Queste curve dose-risposta hanno generalmente un andamento sigmoidee, la cui pendenza dipende dalla radiosensibilità individuale. Nelle situazioni cliniche più favorevoli la curva relativa alla TCP è nettamente spostata a sinistra rispetto a quella relativa alla NTCP.

Nella pratica quotidiana, il radioterapista deve trovare un compromesso tra il controllo locale del tumore e l’emergenza di complicazioni. Questo avviene attraverso la scelta di piani di trattamento ottimizzati rispetto ai modelli TCP-NTCP. Infatti, anche se esiste una correlazione chiara tra dose erogata e probabilità di controllo del tumore, è importante che nei trattamenti curativi, una maggiore efficacia del trattamento non sia ottenuta a spese di un aumento non accettabile del rischio del danno ai tessuti sani.

La radioprotezione va interpretata in radioterapia come la ricerca dell’equilibrio migliore possibile tra la probabilità di ottenere l’effetto terapeutico voluto e il rischio di determinare effetti collaterali importanti. Nella ricerca di tale equilibrio occorre tener presente che non esiste la possibilità di una radioterapia totalmente esente da effetti collaterali e che una radioterapia priva di complicazioni può rischiare di essere anche una radioterapia senza successi. In radioterapia l’esistenza di effetti collaterali e un certo rischio di sequele deve essere accettato, ma il criterio di accettabilità (entità del rischio e gravità delle sequele) deve tener conto di molteplici considerazioni attinenti al rapporto costo/beneficio.

I principali fattori da considerare sono:

• Il risultato atteso dal trattamento (guarigione definita, controllo locale, palliazione);
• Le caratteristiche del paziente (età, stato generale, patologie concomitanti, motivazioni psicologiche al trattamento);
• L’aspetto di evoluzione spontanea della malattia;
• L’esistenza di trattamenti alternativi.

L’entità dell’effetto biologico indotto dalle radiazioni dipende dall’entità della dose somministrata e dal suo frazionamento ma il rischio di effetti collaterali e sequele e la rilevanza clinica di tali effetti può essere molto diverso in rapporto alla entità del volume di un organo o di un tessuto sano che viene incluso nel volume irradiato e dalla sede dove si verifica il danno. La ricerca del massimo risparmio dei tessuti sani nella realizzazione tecnica del trattamento rappresenta quindi uno degli aspetti prioritari della radioprotezione del paziente in radioterapia.

Tecniche di radioterapia

L’energia media di un fascio di fotoni è 1/3 dell’energia massima impostata. Nell'uso medico le radiazioni ionizzanti hanno diversi campi di impiego:

• Radioterapia esterna a fascio collimato;
• Radioterapia endocavitaria, interstiziale;
• Radioterapia metabolica;
• Radiodiagnostica;
• Diagnostica radioisotopica.

Tipi di sorgente radioattiva:

• Sorgenti esterne a fascio collimato (impiegate in radioterapia esterna a fascio collimato e radiodiagnostica). Le sorgenti utilizzate in campo medico sono: tubo radiogeno per diagnostica (fino a 140 kV), tubo radiogeno per Röntgenterapia (fino a 250 kV), tubo radiogeno per plesioterapia o terapia di contatto (da 10 a 60 kV), unità per telecobaltoterapia, unità per telecesioterapia, acceleratori lineari (accelerano elettroni fino a 25-30 MeV), acceleratori utilizzati nel campo della ricerca (ciclotroni e sincrotroni per la produzione di neutroni, protoni e adroni con energie nell’ordine dei GeV).
• Sorgenti radioattive sigillate (impiegate in brachiterapia). Sono utilizzate essenzialmente in brachiterapia, che consente di appoggiare la fonte radiogena sul sito d’azione. Oggi è utilizzato l’Iridio 192 che consiste di fare una radioterapia frazionata con High Dose Ratio. Si suddivide in brachiterapia endocavitaria quando la sorgente è inserita in una cavità, mentre brachiterapia interstiziale quando la sorgente è infissa nel tessuto. L'inserimento delle sorgenti viene effettuato seguendo regole geometriche opportune, in modo tale da ottenere una distribuzione dosimetrica ottimale.
• Sorgenti radioattive non sigillate (impiegate in diagnostica e terapia con radiofarmaci). Sono utilizzate in campo della diagnostica della medicina nucleare, e nella terapia metabolica, dove il radiofarmaco si concentra in un determinato tessuto. Per l'effetto terapeutico sono importanti le radiazioni meno penetranti (β e α) perché producono ionizzazione in loco, mentre quelle più penetranti (γ) sono un inconveniente perché contribuiscono a irradiare anche altre parti del corpo.

La misura diretta delle dosi interne provocate da sorgenti non sigillate è nella pratica molto difficile, per cui si utilizzano spesso valutazioni numeriche impiegando metodi di calcolo. L’unità di Cobaltoterapia utilizza un apparecchio collimato, cui è presente una fonte radioattiva di Cobalto per produrre radiazioni Gamma. Sono presenti dei meccanismi meccanici per spostare la sorgente ed interrompere il fascio di radiazioni. Non sono più utilizzate per la bassa energia, per il problema della penombra, per i tempi di trattamento lunghi e per i problemi di radioprotezione e di smaltimento per cambiare la sorgente (più di una volta al mese).

Tecniche di utilizzo di un acceleratore lineare: (frazione di circa 2 Gy a seduta)

• Terapia conformazionale il fascio si conforma al volume tumorale. Si utilizzano delle schermature a lamelle che permettono di creare un campo su misura e schermare la radiazione che non serve;
• Terapia ad intensità modulata IMRT permette di modulare la dose a seconda dei movimenti che fanno le lamelle e i collimatori, riuscendo anche a creare un buco di dose in un organo a rischio;
• Stereotassi consiste nella somministrazione di una dose elevata in una singola frazione, per volumi molto piccoli con lo scopo di necrotizzare il tessuto;
• Radioterapia a immagine guidata;
• Tomoterapia;
• Radioterapia intraoperatoria.

Lezione 2: La dose