Introduzione alla Radioterapia -...
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IntroduzioneallaRadioterapia
G.BattistoniINFNMilano
LaradioterapiaoncologicaLa radioterapia consiste nell'uso medico diradiazioni per il trattamento del cancro percontrollarelecellulemaligne.La radioterapia può essere utilizzata cometrattamentodelcurativoocoadiuvante:- cura palliativa (dove la cura non è possibile el'obiettivoèpraticamenteilsollievosintomatico)- come trattamento terapeutico (dove la terapiah a c ome ob i e t t i v o l ’ a umen to d e l l asopravvivenzaepuòesserecurativo).
Laradioterapiaoncologica
Scopi è Fornire un'elevata dose di
radiazione nell'area tumorale è Evitare tessuti sani e organi a
rischio è Dose conforme sul tumore
Tipi di radiazione è “Convenzionale”: fotoni e elettroni è Adroterapia (“Particle Therapy”): protoni
e ioni leggeri (Z<18)
Quantepersonesonocoinvolte
Itipidiradioterapia“convenzionale”
Storicamente,itreprincipalitipidiradioterapiasono:-radioterapiaconfascioesterno(EBRToXBRT)oteleterapia,-brachiterapiaoradioterapiaconsorgentesigillata- terapia sistemica con radioisotopi o radioterapia con sorgente
nonsigillata.Ledifferenzeriguardanolaposizionedellasorgentediradiazione:- RadioterapiaEsterna:èfuoridelcorpo(macchinaradiogena)- Brachiterapia: utilizza sorgenti radioattive sigillate posizionatie
precisamentenellazonaditrattamento- Terapia sistemica: radioisotopi immessi per infusione o
ingestioneorale.
StoriadellaRadioterapia1First image made 12/22/1895
Wilhelm Conrad von Röntgen
Henri Becquerel, M arch 1, 1896 Becquerel rays
Marya Sklodowska, Pierre Curie
1903– 1904, radium-226 began to be used in the treatment of patients with skin cancer and uterine cancer
Leopold Freund
was the first to report, in 1897, the use of ionizing radiation to “cure” a large nevus pigmentosus on the back of a young girl
Victor Despeignes
In 1896 published on the treatment of a 52-year-old man who had an advanced stomach tumor (likely a lymphoma)
StoriadellaRadioterapia2
Paris in 1922, Coutard and Hautant presented evidence that advanced laryngeal cancer could be cured without disastrous, treatment-induced sequelae.
1934, Coutard developed a protracted, fractionated scheme that remains the basis for current radiation therapy
1936, Paterson
published results on the treatment of cancer with x-rays. Brachytherapy,
starting with radium-226 (226Ra) needles and tubes, has increased steadily in the treatment of malignant tumors in many anatomic locations.
Radioterapia con fasci esterni
Negli anni sono divenuti disponibili fasci di diversa natura: elettroni, fotoni, protoni, neutroni, nuclei Il “Treatment Planning” e le modalità di somministrazione della dose di radiazioni sono diventuti più accurati e riproducibili Il progresso nella tecnologia di imaging, calcolo ed elettronica hanno permesso lo sviluppo di trattamenti più sofisticati: Terapia conformazionale 3D (3DCRT) e Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT) Nuove frontiere: Image-Guided Radiation Therapy (IGRT), Charged Particle Therapy, Biologically oriented Therapy
External beam radiation: e- Linac
Radioterapiaesternaconfotoni
Exposure
Exposureis:Aquantityusedtoindicatetheamountofionizationinairproducedbyx-orgamma-rayradiationTheSIunitofexposureisthecoulombperkilogram(C/kg)
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AbsorbedDose
Theabsorbeddose,D,isgivenby:
D=dE/dmWheredEisthemeanenergyimpartedtomatterofmassdmTheunitofabsorbeddoseisisGray(Gy)1Gray=1Jkg-1
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TCP NTCP
RadiotherapeuticInterval
Selectionofanirradiationregimen:deliveryofanoptimaltotaltumordose(TTD)Radiosensitivityofhealthyandtumorcellsispracticallythesame.Theradiotherapeutic intervalisadifferencebetweenradiosensitivityofthetumorandsurroundinghealthyorgansandtissuesItshouldbeincreased
Dosetipicaneitrattamenti
Laquantitàdi radiazioneusata in radioterapiavariaasecondadeltipoestadioditumoretrattato.Pericasidi trattamentocurativo, ladose tipicaperun tumoresolidoepitelialevariada60a80Gy,mentreialtritipiditumore,comeilinfomi,sonotrattaticondositra20e40Gy.
Tolleranzesulladose
On quantity +7 ÷ -5 % In space ±3 mm
FrazionamentodelladoseLadose totaleviene frazionata (diluitanel tempo)perdiversieimportantimotivi.Il frazionamento permette alle cellule normali di avere tempoperrecuperareildannodaradiazione,mentrelecelluletumoralisono generalmente meno efficienti nel riparare tale danno traunafrazioneel’altra.Il frazionamento permette anche cellule tumorali che erano inunafaserelativamenteradio-resistentidelciclocellulareduranteun trattamentodi transireaduna fase sensibiledel cicloprimadellafrazionesuccessiva.Analogamente, i tessuti tumorali che erano cronicamente oacutamente“ipossici”(piùradioresistente)possonoriossigenarsitralefrazioni,migliorandolalororadiosensibilità.
Radioterapiaeimaging
Lastrategiabasedeltrattamento
LinealEnergyTransfer
LinealenergytransferistheenergytransferredfromaparticletothemediumtraversedperunitlengthThemagnitudeisexpressedinkilo-electronvoltspermicrometer(keV/µm)
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UnLinacperRadioterapia
MedicalLinearaccelerator
TreatmentHead
(StraightBeam)
PowerSupply
Modulator
ElectronGun
MagnetronOr
Klystron
WaveGuidesystem
TreatmentHead
(BentBeam)
BendingMagnet
AcceleratorTube
AblockdiagramoftypicalmedicalLinearAccelerator
Electron Energy ~ 16-25 MeV
Bremms
e-
g
LaTestatadiunLinac(Varian)
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Conformazionedelladose
Ilcollimatoremultilamellareècostituitodadueopposteschieredilamelledilegaditungstenoingradodimuoversiindipendentementel’unadall’altragrazieamotoriseparati.Muovendolesingolelamelledivienepossibilecostruirecampidiformairregolarecorrispondentialprofilodelvolume,senzal’ausiliodiblocchiconvenzionali.
Anche: Modulazione delle intensità
IntensityModulatedRadioTherapy(IMRT)
Forma evoluta di radioterapia conformazionale cheaggiunge alla conformazione geometrica sul target lamodulazionedelfascioradiante.
• Permette la conformazione della dose a volumi consuperficiconcave
• Maggiorrisparmiodeitessutisanicircostanti.• Miglioreuniformitàdelladoseall’internodeltarget• Somministrazione simultanea di dosi differenziate sutargetmultiplisecondolatecnicaSMART(simultaneousmodulatedacceleratedradiationtherapy)
Terapiadiprecisione
Necessitaditecnichediposizionamentoimmobilizzazione,surveydellaposizione
The Leksell Gamma Knife Perfexion (LGK-PFX) is a 60Co based medical device,manufactured by Elekta AB InstrumentsStockholm,Sweden.TheItisemplyedinthecure of different brain pathologies: smallbrainandspinal
cord tumors (benignand malignant), bloodvessel abnormalities,as well as neurologicproblems can be fullytreated.
The Leksell Gamma Knife Perfexion:
FabrizioCappucciINFN,Milan.
The ionizing gamma radiation is emittedfrom 192 60Co sources (average activity~1TBqeach).The sources are arranged on 8 identicalsectorsof24elements.T h e s e c t o r s c a n b e p l a c e d i ncorrespondence of three differentcollimation set able to focus the gammarays on a common spot, called theisocenter of the field, having a radialdimension of about 4, 8 and 16 mmrespectively.
The Leksell Gamma Knife Perfexion:
FabrizioCappucciINFN,Milan.
Protectiveshield;LEAD.
Collimatorchannels;TUNGSTEN.
Isocenterofthefield.
Radiativesourcesencapsulatedinstainlesssteelbushings.
Gammex457SolidWater
Geometry Modelization: Materials
FabrizioCappucciINFN,Milan.
Source Modeling: Geometry and materials
Metallicbushing.60Cocylindricalpelletsof1mmindiameterand1mminlength.
Theβ- electron (average energyofabout315keV)issupposedtobeabsorbedfromthesourceorthebushingitself
FabrizioCappucciINFN,Milan.
Relative dose distribution:
ComplicationofRadiationTherapyThere is two types of toxicity: acute and long termtoxicity.SystemicsymptomssuchasFatigue, local skin reaction,GI toxicity, oropharyngeal mucositis & xerostomia,myelosuppression.Long-term sequelae:may occurmanymonths or yearsafterradiationtherapy.Radiation therapy is known to be mutagenic,carcinogenic,andteratogen,andhavingincreasedriskofdevelopingbothsecondaryleukemiaandsolidtumor.
Radioterapiaetumorisecondari
Ilcasodeitumoripediatrici
LaterapiaIOeRT§ Intraoperativeelectron
irradiation(IOERT)initsbroadestsensereferstothedeliveryofirradiationatthetimeofanoperation.
§ IOERTevolvedasanattempttoachievehighereffectivedosesofirradiationwhiledose-limitingstructuresaresurgicallydisplaced.
IntraoperativeIrradiation:TechniquesandResultsL.Gunderson,C.Willet,L.Harrison,F.A.Calvo,HumanaPress2007–ISBN:0-89603–523-9
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IOeRT–ClinicalIndications§ Breastcancer§ Primaryandrecurrentcolorectal§ Pancreaticcarcinoma§ Livermetastasis§ Sarcomas(retroperitoneal;softtissue;bone)§ Locallyadvancedandrecurrentgynecologicmalignancies§ Bladdercancer§ Prostatecancer§ Lungcancer
IntraoperativeIrradiation:TechniquesandResultsL.Gunderson,C.Willet,L.Harrison,F.A.Calvo,HumanaPress2007–ISBN:0-89603–523-9
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HowadedicatedIOeRTacceleratormustbe?
1. Maximum mobility, able to move inside standard hospital space (elevators,doors…):mobileunitdimensions210x76x180cm.
L I A C Dimensions