APPARECCHIATUREAPPARECCHIATUREdi RADIOTERAPIAdi RADIOTERAPIA

Prof. G. Ausili CèfaroProf. G. Ausili CèfaroDr. D. GenovesiDr. D. Genovesi

U.O. Radioterapia U.O. Radioterapia OncologicaOncologica

Ospedale Clinicizzato Ospedale Clinicizzato ChietiChieti

TERMINOLOGIADefinizione di Radioterapia: branca medico-terapeutica che utilizza le

radiazioni ionizzanti a fini terapeutici: tumori maligni, tumori benigni (angiomi e adenomi ipofisari; reazioni immunitarie (rigetto di trapianti d’organo, malattieautoimmuni); affezioni infiammatorie (periartriti etc…);

Radiazioni ionizzanti: => Fotoni o radiazioni elettromagnetiche trasporto di energia senza trasporto di materia o carica elettrica energia di un fotone (insieme di corpuscoli o quanti) = frequenza [concetti quantistico ed ondulatorio]

RAGGI X: *sono fotoni prodotti da un tubo Coolidge o da

macchine acceleratrici (LINACS) bombardando con

elettroni una lamina di tungsteno (effetto “Bremsstrahlung”);

*fascio policromatico con picchi di fluorescenza (necessità di omogenizzazione);

* attraversano i corpi opachi alla luce visibile;

* cedono ad essi parte della loro energia (mediante fenomeni di interazione)

* impressionano le emulsioni fotografiche;

* provocano il fenomeno della fluorescenza

* alta e bassa energia ( < 6 MV; > 10 MV) x trattamento di focolai profondi

A]

=> Particelle materiali e radiazioni corpuscolari radiazioni con trasporto di energia, di materia e/ o carica elettrica protoni, neutroni, elettroni, mesoni (pioni)

A] Fotoni Gamma: sono fotoni emessi da radioisotopi (Co 60; Cs 137; Ir 192; Ra 226)

Stesse caratteristiche fisiche dei raggi X;

Minore profondità

B] Elettroni: particelle negative

estratti per effetto termoelettronico

accelerati ed indirizzati mediante campi elettromagnetici

meno penetranti dei raggi X e gamma

trattamento di focolai superficiali

RADIAZIONI IONIZZANTI DI INTERESSE TERAPEUTICO

• FOTONI o RAGGI X: alto potere penetrativo, trattamento di focolai tumorali profondi

4-6 MVoppureFotoni Gamma della C0 60:Tumori sopradiaframmatici(minore spessore cutaneo)

9-10 MV o > :Tumori sottodiaframmatici(maggiore spessore cutaneo)

• ELETTRONI: basso potere penetrativo; rilasciano tutta la loro energia quando attraversano cute e sottocute; trattamento di focolai superficiali (es. tumori cutanei e cicatrici chirurgiche); disponiamo di un vasto range di energia elettronica: 5-21 MeV seconda dello spessore del focolaio superficiale da irradiare.

• Volume bersaglioVolume bersaglio: è il volume corporeo : è il volume corporeo che si intende irradiare a scopo terapeuticoche si intende irradiare a scopo terapeutico

Si distingue in:Si distingue in:

• Volume-tumore o volume neoplasticoVolume-tumore o volume neoplastico: : comprende strettamente la neoplasia comprende strettamente la neoplasia clinicamente conosciutaclinicamente conosciuta

• Volume a rischioVolume a rischio: comprende tessuti ed : comprende tessuti ed organi clinicamente indenni dalla neoplasia, organi clinicamente indenni dalla neoplasia, ma che occorre irradiare perché, in base alla ma che occorre irradiare perché, in base alla conoscenza della storia naturale di quel tipo conoscenza della storia naturale di quel tipo di neoplasia, presentano un rischio più o di neoplasia, presentano un rischio più o meno elevato di interessamentomeno elevato di interessamento

• Dose bersaglioDose bersaglio: è la dose somministrata : è la dose somministrata al volume bersaglio. Al fine di avere le al volume bersaglio. Al fine di avere le maggiori probabilità di guarigione, occorre maggiori probabilità di guarigione, occorre che tutto il volume bersaglio riceva che tutto il volume bersaglio riceva almeno una certa dose. In termini di almeno una certa dose. In termini di isodoseisodose, la curva che racchiude tutto il , la curva che racchiude tutto il volume bersagliovolume bersaglio

• Curva di isodoseCurva di isodose: è la linea che unisce : è la linea che unisce tutti i punti che assorbono la stessa dose. tutti i punti che assorbono la stessa dose. Le curve di isodose standard si riferiscono Le curve di isodose standard si riferiscono a valori percentuali. Si dà il valore 100 ai a valori percentuali. Si dà il valore 100 ai punti che assorbono il massimo della dose, punti che assorbono il massimo della dose, e di 90, 80, 70… ai punti che assorbono e di 90, 80, 70… ai punti che assorbono rispettivamente il 90%, 80%, 70%rispettivamente il 90%, 80%, 70%

• Organo criticoOrgano critico: organo (o tessuto) che, pur : organo (o tessuto) che, pur essendo clinicamente sano, si trova nella essendo clinicamente sano, si trova nella situazione di ricevere una dose vicina o situazione di ricevere una dose vicina o superiore al suo limite di tolleranza (e quindi superiore al suo limite di tolleranza (e quindi al rischio di subire danni clinicamente al rischio di subire danni clinicamente rilevanti)rilevanti)

• Organi critici in rapporto al volume irradiatoOrgani critici in rapporto al volume irradiato

Capo-colloCapo-collo: : midollo spinale, retina, mucosa midollo spinale, retina, mucosa orale, gh. salivari, mandibolaorale, gh. salivari, mandibola

Torace-mammellaTorace-mammella: : midollo spinale, linfatici midollo spinale, linfatici ascellari, plesso brachiale, pericardio , ascellari, plesso brachiale, pericardio , polmonipolmoni

Addome superioreAddome superiore: : midollo spinale, fegato, renimidollo spinale, fegato, reni

PelviPelvi: : vescica, retto, ossavescica, retto, ossa

Istogramma Dose-Volume: per valutare se il Istogramma Dose-Volume: per valutare se il nostro obiettivo terapeutico è stato nostro obiettivo terapeutico è stato perseguitoperseguito

• Campo di irradiazioneCampo di irradiazione: è l’area : è l’area cutanea interessata dal fascio incidente cutanea interessata dal fascio incidente di radiazioni. Viene determinata di radiazioni. Viene determinata regolando opportunamente l’apertura regolando opportunamente l’apertura del collimatore, ed eventualmente con del collimatore, ed eventualmente con l’aiuto di schermi aggiuntivil’aiuto di schermi aggiuntivi

• Build upBuild up: è il fenomeno per cui lo strato : è il fenomeno per cui lo strato di tessuto che assorbe la maggiore di tessuto che assorbe la maggiore energia non è situato nell’immediata energia non è situato nell’immediata superficie, ma a profondità crescenti in superficie, ma a profondità crescenti in rapporto all’energia delle radiazionirapporto all’energia delle radiazioni

Es: per il Es: per il 6060Co il build-up è di 5 mmCo il build-up è di 5 mm

Distanza della sorgente radioattivaDistanza della sorgente radioattiva

• Distanza sorgente-pelleDistanza sorgente-pelle (DSP): è stabilita (DSP): è stabilita con un telemetro ottico. Scala graduata delle con un telemetro ottico. Scala graduata delle distanze che si proietta sulla cute del distanze che si proietta sulla cute del paziente. Si fa coincidere il valore di DSP paziente. Si fa coincidere il valore di DSP voluto con il centro del campo, alzando od voluto con il centro del campo, alzando od abbassando il lettino di trattamentoabbassando il lettino di trattamento

• Sistema isocentricoSistema isocentrico: il punto di riferimento : il punto di riferimento è costituito dal centro di rotazione della è costituito dal centro di rotazione della testata, o isocentro; esso deve rimanere testata, o isocentro; esso deve rimanere sempre in un ben definito rapporto spaziale sempre in un ben definito rapporto spaziale rispetto al corpo del pz, qualunque sia rispetto al corpo del pz, qualunque sia l’angolo di inclinazione della testata stessal’angolo di inclinazione della testata stessa

• Tecniche di irradiazione: Tecniche di irradiazione: campo campo singolosingolo

• Tecniche di irradiazione: Tecniche di irradiazione: campi campi contrapposticontrapposti

Tecniche di irradiazione: Tecniche di irradiazione: campi multiplicampi multipli

> numero dei fasci => > omogeneità > numero dei fasci => > omogeneità di dosedi dose

Il Simulatore di Il Simulatore di RadioterapiaRadioterapia

Apparecchio radiologico dotato di:

- Scopia

- Grafia

in grado di riprodurre le geometrie del trattamento radioterapico

Il Simulatore di RadioterapiaIl Simulatore di Radioterapia

Elementi costitutivi:

-Stativo ruotante sui cui estremi sono montati il tubo radiogeno e l’intensificatore di immagine;

-Sistema generatore del fascio X;

-Lettino con tastiera di comando;

-Tavolo di comando;

-Monitor;

- Interfaccia/Rete

- Accessori

Simulatore: Il GantrySimulatore: Il Gantry

Comporta angoli di rotazione di 360° e movimento verticale permodificare a piacimento la distanza fuoco - isocentro

Lo scopo è di “simulare” e quindi di preparare il trattamento radiote-Rapico, utilizzando gli stessi parametri che verranno utilizzati nel-L’Unità di terapia:

-posizionamento del paziente

-distanza ( cute - isocentro)

-inclinazione dei fasci

-ampiezza dei campi

-posizione dei campi

Le funzioni del Simulatore di Radioterapia

“Treatment Planning” RadioterapicoL’insieme delle procedure di preparazione e di impostazione per l’esecuzione di un trattamento radioterapico

E’ POSSIBILE IDENTIFICARE 3 PERCORSI DI TREATMENT PLANNING RADIOTERAPICO:A) Percorso “semplice” 1^ Simulazione (per campi singoli di elettroni o fotoni; campi contrapposti); Calcolo di dose con calcolo dei tempi di esposizione Esecuzione della Terapia

B) Percorso “complesso” 1^ Simulazione ( campi contrapposti e campi multipli) TAC di centratura con ricostruzione del volume bersaglio geometrico Piano di trattamento (Fisica Sanitaria-Tecnici di Radioterapia) 2^ Simulazione o di verifica che il piano sia corretto; tatuaggi definitivi Esecuzione della terapia con indicazione di eventuale sagomatura dei campi

C) La moderna Radioterapia Conformazionale tridimensionale (3D)Richiedono dispositivi tecnici di elevato livello; si riferiscono allacosiddetta radioterapia conformazionale e prevedono metodi evoluti perla valutazione della distribuzione della dose:

Identificazione dei volumi

Definizione della posizione del paziente con immobilizzazione dello stesso

TAC, RMN, Simul TAC per la ricostruzione in tidimensionale (3D) dei volumi di interesse

Ricostruzione 3 D (tridimensionale) dei volumi di interesse in tutte le scansioni

Sagomatura con schermi personalizzati o con collimatori multilamellariPiano di trattamento 3D o 2D EVOLUTO

Simulazione di verifica o DRR (radiografia ricostruita in digitale attraverso la TAC)Tatuaggi definitivi, preparazione delle protezioniCalcolo di dose con valutazione dei tempi di esposizioneEsecuzione della terapia radiante

ACCELERATORE LINEARE ACCELERATORE LINEARE (LINAC)(LINAC)

• Il LINAC accelera gli elettroni, prodotti per effetto Il LINAC accelera gli elettroni, prodotti per effetto termoionico, secondo una traiettoria rettilinea, termoionico, secondo una traiettoria rettilinea, utilizzando il campo elettrico di un’onda utilizzando il campo elettrico di un’onda elettromagnetica prodotta da un apparato (Klystron o elettromagnetica prodotta da un apparato (Klystron o Magnetron).Magnetron).

• Gli elettroni vengono trasportati dalle onde Gli elettroni vengono trasportati dalle onde elettromagnetiche come dei “surf” dalle onde del mare elettromagnetiche come dei “surf” dalle onde del mare acquisendo via via energia cinetica sempre maggiore.acquisendo via via energia cinetica sempre maggiore.

• Questi elettroni accelerati impattano contro una Questi elettroni accelerati impattano contro una targhetta di platino o tungsteno a cui consegue targhetta di platino o tungsteno a cui consegue produzione di fotoni X ad alta energia (effetto di produzione di fotoni X ad alta energia (effetto di Bremsstrahlung).Bremsstrahlung).

• Per ottenere la focalizzazione degli elettroniPer ottenere la focalizzazione degli elettroni durante durante l’accelerazione è applicato un campo l’accelerazione è applicato un campo magnetico assiale.magnetico assiale.

• Gli elettroni prodotti subiscono una prima Gli elettroni prodotti subiscono una prima collimazione da parte di un collimatore fisso (primario) collimazione da parte di un collimatore fisso (primario) e attraversano il “monitor”costituito da due camere di e attraversano il “monitor”costituito da due camere di ionizzazione a piatti paralleli che coprono l’intera ionizzazione a piatti paralleli che coprono l’intera superficie del fascio.superficie del fascio.

• Il monitor serve per controllare la simmetria del fascio, Il monitor serve per controllare la simmetria del fascio, l’intensità di dose e la dose integrata (unità monitor).l’intensità di dose e la dose integrata (unità monitor).

• Infine le dimensioni del fascio di fotoni X vengono Infine le dimensioni del fascio di fotoni X vengono regolate da un collimatore mobile mentre per gli regolate da un collimatore mobile mentre per gli elettroni viene aggiunto un collimatore supplementare elettroni viene aggiunto un collimatore supplementare per ridurne la diffusione.per ridurne la diffusione.

• Il Linac per il suo funzionamento necessita di altre due Il Linac per il suo funzionamento necessita di altre due apparecchiature sussidiarie:apparecchiature sussidiarie:– pompa aspirantepompa aspirante: pratica il vuoto spinto nelle cavità;: pratica il vuoto spinto nelle cavità;– impianto di raffreddamentoimpianto di raffreddamento: circuito chiuso ad acqua : circuito chiuso ad acqua

tridistillata.tridistillata.

SCHEMA DI FUNZIONAMENTO SCHEMA DI FUNZIONAMENTO DEL LINACDEL LINAC

• Gli elettroni emessi Gli elettroni emessi vengono guidati da vengono guidati da microonde si impattano su microonde si impattano su un bersaglio generando un bersaglio generando raggi X che con opportuni raggi X che con opportuni collimatori vengono collimatori vengono indirizzati sul paziente.indirizzati sul paziente.

• Se Se si elimina il bersagliosi elimina il bersaglio gli gli elettroni, di varia energia a elettroni, di varia energia a seconda dell’accelerazione seconda dell’accelerazione a cui sono stati sottoposti, a cui sono stati sottoposti, raggiungono direttamente raggiungono direttamente il paziente.il paziente.

SCHEMA DI LINAC (GE, SIEMENS)SCHEMA DI LINAC (GE, SIEMENS)

SCHEMA DI LINAC (VARIAN)SCHEMA DI LINAC (VARIAN)

LINACLINAC

Gantry

Lettino di trattamento

Movimento a 360°

Supporto del gantry

La Cobaltoterapia:La Cobaltoterapia:differenze con i LINACSdifferenze con i LINACS

Contenitore di Uranio impoverito

Schermatura in piombo

Posizione della sorgente in attività

Il Confronto tra Co60 e Il Confronto tra Co60 e LINACLINAC

• Dose rate:Dose rate:– 250 Gy/min. SAD 100 250 Gy/min. SAD 100

cmcm– 350 Gy/min. SAD 80 cm350 Gy/min. SAD 80 cm

• Penombra presentePenombra presente

• Energia fissa:Energia fissa:– solo fotoni (gamma)solo fotoni (gamma)– 1.25 MeV1.25 MeV

• Sostituzione della sorgenteSostituzione della sorgente (ogni 4-5 anni circa)(ogni 4-5 anni circa)

• Dose rate:Dose rate:– significativamente più significativamente più

alto delle unità di TCTalto delle unità di TCT

• Penombra quasi assentePenombra quasi assente

• Energie variabili:Energie variabili:– fotoni (X) ed elettronifotoni (X) ed elettroni– 4, 6, 10, 18, 25 MV4, 6, 10, 18, 25 MV– due energie di fotoni e due energie di fotoni e

molteplici di elettroni molteplici di elettroni sulla stessa macchinasulla stessa macchina

• Manutenzione periodicaManutenzione periodica

Cobaltoterapia LINAC

Linac / CT IGRTLinac / CT IGRT (: (: Radioterapia Guidata dalle ImmaginiRadioterapia Guidata dalle Immagini))