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Lezione diLezione di RadioterapiaProf. F.Schillirò

Seconda Università degliSeconda Università degli Studi di Napoli

Definizione di Radioterapia:

branca medica che utilizza le radiazioni ionizzanti a fini

terapeutici


Radiazioni ionizzanti: => Fotoni o radiazioni elettromagnetiche

trasporto di energia senza trasporto di materia o carica elettrica

RAGGI X: *sono fotoni prodotti da un tubo Coolidge o da macchine acceleratrici (LINACS) bombardando con

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

* 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

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

A] F t i GA] 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 tumoraliprofondiprofondi

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 quandoattraversano cute e sottocute; trattamento di focolai superficiali(es. tumori cutanei e cicatrici chirurgiche); disponiamo di un vastorange di energia elettronica: 5-21 MeV seconda dello spessore del

focolaio superficiale da irradiare.

FASI DELLE INTERAZIONI CON LA MATERIA DELLE R.I.

Fisica → emissione cessione trasferimento ed assorbimento di energia

Biofisica → fenomeni di ionizzazione ed eccitazione

Fisico-chimica →

- azione diretta (con gli atomi)

- azione indiretta (formazione di radicali liberi)


Chimica → rottura di legami, polimerizzazioni, depolimerizzazioni

Biochimica → alterazioni molecolari Biochimica → alterazioni molecolari

Biochimico-biologica → danni al DNA, RNA, citoplasma, inibizioni enzimatiche

Biologica → aberrazioni di varie componenti cellulari, alterazioni morfo-pfunzionali e metaboliche, lesioni del materiale genetico

Fase biologica

1 Riparazione dei danni1. Riparazione dei danni

o

2. Blocco riproduttivo → morte cellulare (ore, giorni, settimane)

oo

3. Mutazioni → effetti ritardati (mesi, anni)


EFFETTO OSSIGENO

L’ossigeno interferisce sulla reazione chimica combinandosi facilmente con ichimica combinandosi facilmente con i radicali liberi

L’effetto è rilevante per le radiazioni a basso LET, mentre lo è meno per quelle ad alto LET

Quando il trasferimento lineare di energia è alto predomina l’azione diretta

FRAZIONAMENTO DELLA DOSE

Comporta l’attenta valutazione di 5Comporta l attenta valutazione di 5 parametri tra loro strettamente correlati

1. Dose globale

2. Dose per frazione

3 Rateo di dose3. Rateo di dose

4. Intervallo di tempo tra le frazioni

5. Tempo globale di trattamento


Deve essere considerata inoltre la quantità di malattia da irradiare

• Focolaio sub clinico (residuo di malattia dopo• Focolaio sub clinico (residuo di malattia dopo intervento chirurgico e/o chemioterapico) la dose globale può essere ridotta

• Focolaio clinicamente o radiologicamente evidente la dose globale deve essere piùevidente, la dose globale deve essere più elevata poiché nei grossi focolai neoplastici le cellule possono trovarsi in ipoossigenazione

PRINCIPALI TITOLI DI FRAZIONAMENTO Irradiazione protratta (tipica della

curieterapia interstiziale ed endocutanea)

Frazionamento normale

Split Course caratterizzata da 2/3 cicli di Split Course caratterizzata da 2/3 cicli di radiazione con un’unica frazione giornaliera per 5 gg/settimana alternati ad 1/2 intervalli di 2/4 settimane


Irradiazione ipofrazionata 1/5 frazioni nella settimana con dosi singole elevate (4/6 Gy)

Irradiazione iperfrazionata frazionamento pmultiplo giornaliero con riduzione della dose per frazione ma con aumento della dose totale ottenuta senza prolungamento della durata complessiva del trattamentoL’iperfrazionamento viene realizzato con l’i i iù f t t di d f i il’impiego, più frequentemente, di due frazioni distanziate di almeno 4/9 ore

Irradiazione accelerata consiste nella riduzione della durata globale del t tt t tt t di i d l’ bit ltrattamento ottenuta diminuendo l’abituale intervallo tra le singole frazioni ma lasciando invariata la dose per frazione

Indicata nei tumori rapidamente proliferantiIndicata nei tumori rapidamente proliferanti


RADIOSENSIBILITA’ DELLE CELLULE TUMORALI(RADIORESPONSIVITA’)

Presenta notevoli variazioni tra le diverse linee cellulari

A titolo orientativo può essere elencata laA titolo orientativo può essere elencata la seguente scala di radioresponsività in ordine decrescente di alcuni principali tipi di tumore

Scala di radioresponsività

Neoplasie maligne del sistema emolinfopoietico

Seminoma

Carcinomi indifferenziati delle prime vie aereo digestive

Basalioma cutaneo


Carcinoma spino cellulare (cute e mucosa)

Adenocarcinoma (mammella, endometrio, apparato gastro enterico ghiandoleapparato gastro enterico, ghiandole endocrine)

Sarcomi dei tessuti molli

Osteosarcomi

Melanoma

RADIOSENSIBILITA’ DELLE CELLULE NORMALII danni iatrogeni conseguenti oltre alla da at oge co segue t o t e a a

comparsa di tumori, possono essere classificati in effetti

Lievi

Sequele (danni relativamente modesti)

Complicanze (danni che compromettono la salute del paziente)


RADIOCURABILITA’Dipende da vari fattori

Radiosensibilità propria del tumore

Volume, vascolarizzazione

Estensione locale

Estensione a distanza (metastasi)

Tolleranza dei tessuti sani irradiati

Stato generale del paziente

INDICE TERAPEUTICO

E’ dato dadose tolleranza tessuti sani

dose letale tumore

La dose di tolleranza può essere

minima se espone a rischio di complicanze non superiore al 5% entro 5complicanze non superiore al 5% entro 5 anni

massima quando il rischio di complicanze dopo 5 anni è del 50%


MODALITA’ DI RADIOTERAPIA

RADIOTERAPIA A FASCI ESTERNI

Nella pratica clinica si impiegano fasci diNella pratica clinica si impiegano fasci di fotoni X o Y o di radiazioni corpuscolate ß

ROENTGENTERAPIA CONVENZIONALE

Si basa sull’utilizzo di tubi radiogeniSi basa sull utilizzo di tubi radiogeni funzionanti con tensioni inferiori a 300 Kv

Posti ad una distanza fuoco-pelle non superiore a 50 cm

V i ti d ll t t iVarianti della roentgenterapia

Plesioterapia (distanza di pochi cm della sorgente dalla cute da irradiare, utilizzo di radiazioni molli)

Mesoplesioroentgenterapia (a media distanza 15/30 cm fuoco-pelle)


RADIOTERAPIA CON RADIAZIONI AD ALTA ENERGIA

1 Radioterapia con fotoni γ1. Radioterapia con fotoni γ

- Telecobaltoterapia (utilizza il Cobalto 60) emette 1 particella ß di 0,31 MeV (che viene opportunamente schermata) e 2 fotoni γ rispettivamente di 1,17 e 1,33 MeV

Trova un ottimo impiego nella cura di neoplasie poste a profondità non superiore a 10 cm

2. Terapia con acceleratore di elettroni- Betatrone (accelerazione di elettroni

mediante campi magnetici) l’emissione non è continua ma ad impulsi di brevissima durataIndicato per focolai superficiali o semiprofondi


- Acceleratori lineari –LINAC-(accelerazione di elettroni da un campo elettrico alternato ad altissima frequenza qcon un tragitto rettilineo lungo l’asse dell’acceleratore

l’energia può variare dai 4 ai 6 MV dei piccoli acceleratori ai 6/15 MV di quelli medi e ai 15/30 MV di quelli grandi)

Per un’irradiazione selettiva di focolai superficiali e semiprofondi con notevole

risparmio dei tessuti sottostantip

Utilizzati soprattutto per il trattamento delle adenopatie metastatiche (a livello

cervicale, sovraclaveare, ascellare ed inguinale)


ACCELERATORE LINEARE (LINAC)

Il LINAC accelera gli elettroni, prodotti per effetto termoionico, secondouna traiettoria rettilinea, utilizzando il campo elettrico di un’onda

l tt ti d tt d t (Kl t M t )elettromagnetica prodotta da un apparato (Klystron o Magnetron).

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

Questi elettroni accelerati impattano contro una targhetta di platino otungsteno a cui consegue produzione di fotoni X ad alta energia (effettodi Bremsstrahlung).

Per ottenere la focalizzazione degli elettroni durante l’accelerazioneè applicato un campo magnetico assiale.

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

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

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

Il Linac per il suo funzionamento necessita di altre dueapparecchiature sussidiarie:apparecchiature sussidiarie: pompa aspirante: pratica il vuoto spinto nelle cavità;

impianto di raffreddamento: circuito chiuso ad acqua tridistillata.


SCHEMA DI FUNZIONAMENTO DEL LINAC

Gli elettroni emessi vengonoguidati da microonde sii tt b liimpattano su un bersagliogenerando raggi X che conopportuni collimatori vengonoindirizzati sul paziente.

Se si elimina il bersaglio glielettroni, di varia energia aseconda dell’accelerazione acui sono stati sottoposti,raggiungono direttamente ilpaziente.

SCHEMA DI LINAC (GE, SIEMENS)


SCHEMA DI LINAC (VARIAN)

LINACMovimento a 360°

Supporto del gantry

Gantry

Lettino di trattamento


La Cobaltoterapia:differenze con i LINACS

Contenitore di Uranio impoverito

Posizione

Schermatura in piombo

Posizione della sorgente in attività

Il Confronto tra Co60 e LINAC

Cobaltoterapia LINAC

Dose rate:

250 Gy/min. SAD 100 cm

350 Gy/min. SAD 80 cm Penombra presente

Energia fissa:

solo fotoni (gamma)

Dose rate: significativamente più

alto delle unità di TCT

Penombra quasi assente

Energie variabili: fotoni (X) ed elettroni

1.25 MeV

Sostituzione della sorgente(ogni 4-5 anni circa)

fotoni (X) ed elettroni

4, 6, 10, 18, 25 MV

due energie di fotoni e molteplici di elettroni sulla stessa macchina

Manutenzione periodica


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

E’ POSSIBILE IDENTIFICARE 3 PERCORSI DI TREATMENTE’ 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


Linac / CT IGRT(: Radioterapia Guidata dalle Immagini)

ASSOCIAZIONI TERAPEUTICHERADIOTERAPIA E CHIRURGIARADIOTERAPIA E CHIRURGIA

R.T. complementare → combinata con la chirurgia

R.T. neoadiuvante → pre operatoria


R.T. pre- e post- operatoria → adottata per le neoplasie del retto e della vescica

IORT IORT

RADIOTERAPIA E CHEMIOTERAPIA

CHEMIOTERAPIA E CHIRURGIA

RADIOTERAPISTA

Identifica la posi ione e la profondità del Identifica la posizione e la profondità del volume bersaglio

Identifica gli organi di rispetto


Volume bersaglio: è il volume corporeo che si intende

irradiare a scopo terapeutico

Si distingue in:

V l t l l ti d Volume-tumore o volume neoplastico: comprende

strettamente la neoplasia clinicamente conosciuta

Volume a rischio: comprende tessuti ed organi

clinicamente indenni dalla neoplasia, ma che occorre

irradiare perché, in base alla conoscenza della storia

nat rale di q el tipo di neoplasia presentano n rischionaturale di quel tipo di neoplasia, presentano un rischio

più o meno elevato di interessamento

Sceglie le modalità e la tecnica di irradiazione

Determina la dose totale e la dose bersaglio giornaliera

S li t i di i i i di Sceglie tra i diversi piani di cura

forniti dal fisico quello a suo avviso ottimale


FISICO

Elabora su indicazione del Radioterapista:Elabora su indicazione del Radioterapista:

Le curve isodose La dose al build-up La dose al volume bersagliog La dose agli organi di rispetto Il tempo di esposizione

Dose bersaglio: è la dose somministrata al volume bersaglio. Al

fine di avere le maggiori probabilità di guarigione, occorre che tutto il

volume bersaglio riceva almeno una certa dose. In termini di

isodose, la curva che racchiude tutto il volume bersaglio

Curva di isodose: è la linea che unisce tutti i punti che assorbono

la stessa dose. Le curve di isodose standard si riferiscono a valori

percentuali. Si dà il valore 100 ai punti che assorbono il massimo

della dose, e di 90, 80, 70… ai punti che assorbono rispettivamente

il 90%, 80%, 70%


BUILD-UP

L’assorbimento massimo di energia non è inL’assorbimento massimo di energia non è in superficie ma a livelli di profondità variabili in rapporto all’energia del fotone incidente

Organo critico: organo (o tessuto) che, pur essendoclinicamente sano, si trova nella situazione diricevere una dose vicina o superiore al suo limite ditolleranza (e quindi al rischio di subire danniclinicamente rilevanti)

Organi critici in rapporto al volume irradiato

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

Torace-mammella: midollo spinale, linfatici ascellari,plesso brachiale, pericardio , polmoniplesso brachiale, pericardio , polmoni

Addome superiore: midollo spinale, fegato, reni

Pelvi: vescica, retto, ossa

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