OBIETTIVO del CORSO IL TSRM E LE NUOVE FRONTIERE DELL IMAGING DALLA RADIOTERAPIA DEL PASSATO ALLA RADIOTERAPIA DEL FUTURO

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1 BENVENUTI AL CORSO DI AGGIORNAMENTO IL TSRM E LE NUOVE FRONTIERE DELL IMAGING DALLA RADIOTERAPIA DEL PASSATO ALLA RADIOTERAPIA DEL FUTURO CTSRM ELISEO FANT BELLUNO, dicembre 2005 OBIETTIVO del CORSO L evoluzione della radioterapia ed il ruolo dell imaging radiologico nello studio e preparazione di un piano di cura radioterapico La prima parte, LA RADIOTERAPIA DEL PASSATO, vuole essere una retrospettiva storica della nascita e dello sviluppo della radioterapia Epitelioma ulcerato prima della radioterapia IMAGING REALE La sede e i limiti della lesione sono ben visibili dall occhio del radioterapista Sede della lesione neoplastica posta in profondità Sede dei campi d ingresso per la radioterapia IMAGING VIRTUALE Centratura effettuata con riferimento rispetto ai reperi esterni naturali LA SECONDA PARTE, LA RADIOTERAPIA DEL FUTURO, illustra le nuove frontiere e prospettive nella cura del cancro che si sono aperte dall evoluzione tecnologica delle apparecchiature e dall utilizzo della TC, della RNM e della PET per la definizione dei volumi da irradiare. Presentazione schematica dei volumi radioterapici: GTV ( Gross Tumor Volume) CTV ( Clinical Target Volume) PTV (Planning Target Volume)

2 SEZIONE CORPOREA ADDOMINALE Esempio di curve di isodose bidimensionali GTV: è la massa tumorale obiettivabile clinicamente e/o con le tecniche di imaging. CTV: è il volume che contiene il GTV e le infiltrazioni microscopiche PTV: è il volume corporeo irradiato che comprende il GTV, il CTV e considera anche i movimenti del malato e degli organi. CENNI STORICI La scoperta dei raggi x, avvenuta alla fine del 1895, ad opera di W.C. Roentgen, fu seguita dall immediata diffusione degli apparecchi utilizzati per la radiodiagnostica e per la radioterapia. W.C. Roentgen Premio nobel per la fisica nel 1901 SALA DI RADIODIAGNOSTICA AGLI INIZI DEL SECOLO SCORSO A BELLUNO L evoluzione delle unità di radioterapia è stata più complessa. PARTICOLARE DELLA CAMERA OSCURA Dapprima fu sperimentato l impiego delle stesse radiazioni usate per la radiodiagnostica, irradiando forme cutanee di origine infiammatoria e neoplastica.

3 TRATTAMENTI RADIANTI ESEGUITI A BELLUNO PRIMA DEL TRATTAMENTO DOPO IL TRATTAMENTO Prima del trattamento Dopo il trattamento Tra le prime proprietà dei raggi x descritte e osservate furono: la possibilità di attraversare i corpi e di impressionare le lastre fotografiche Queste caratteristiche sono la base della radiologia diagnostica. fu osservato che l esposizione prolungata ai raggi x produceva delle reazioni della cute, che variavano dal transitorio arrossamento, all ulcerazione profonda e cronica. L esposizione prolungata ai raggi x è stata utilizzata in medicina per produrre delle trasformazioni delle parti malate del corpo: è questa la base della radioterapia VIENE DESCRITTO IL PRIMO CASO DI CURA DI UN PAZIENTE CON RAGGI X Carcinoma a cellule squamose Bersaglio situato in posizione visibile

4 Nel 1896 il fisico francese Henri Becquerel dimostrò che un composto dell uranio impressionava le lastre fotografiche come i raggi x. Premio nobel per la fisica nel 1903 Nel 1898 Marie e Pierre Curie identificarono altre due sorgenti naturali di raggi x, il radio e il polonio. Premio nobel per la fisica nel 1903 Il radio e successivamente gli isotopi radioattivi dell iridio, del cesio, dello iodio e dell oro sono stati utilizzati per la radioterapia Controllo radiologico del template nella paziente Proiezione laterale Proiezione anteroposteriore Sezione longitudinale di tubi di radio INIZIO DELL IMPIEGO DEL RADIUM I ricercatori dell epoca cercarono di: Placca radifera per applicazioni dermatologiche Sezione di due aghi di radio con punta differenziare gli impieghi del radio come sorgente di fotoni di alta energia o raggi gamma da quelli delle emissioni di elettroni o raggi beta. per questi ultimi venivano utilizzati preparati con ampie superfici di emissione e scarsa filtrazione per procedere ad irradiazioni superficiali. per le applicazioni profonde venivano usati tubi e aghi filtrati con rilevanti spessori di piombo tali da eliminare praticamente le emissioni di elettroni ed utilizzare i soli raggi gamma.

5 Aghi di radium Si resero disponibili radiazioni di 140 kv con le quali fu possibile cominciare a irradiare tumori semiprofondi e profondi (ora detta anche roentgenterapia). SALA DI ROENTGENTERAPIA A BELLUNO Contenitori piombiferi per il trasporto del radium Per mezzo secolo le sorgenti di radiazioni usate in radioterapia furono il radio e i raggi x di energia fino a kv. In alcuni centri furono sperimentate radiazioni di energia più elevata, quali fotoni di V. nell istituto di radiologia dell università di Roma nel Acceleratore lineare da 8 MeV installato nel 1953 all Hammersmith Hospital di Londra Nel 1953 fu messo a punto a Londra, presso il centro di ricerca del Medical Research Council (MRC ) nell ospedale Hammersmith, un prototipo di acceleratore lineare che funzionò per oltre venti anni.

6 1950 Iniziarono ad essere diffuse le unità di telecobaltoterapia e, specialmente in Europa,betatroni capaci di produrre fotoni o elettroni di energia fino a 15 MeV. Apparecchio di telecobaltoterapia con schermo contrapposto di protezione e bilanciamento del peso In Italia il numero di sorgenti di telecobaltoterapia divenne per un certo periodo elevato, purtroppo senza che contemporaneamente vi fosse uno sviluppo armonico nella distribuzione delle risorse di radioterapia oncologica nel contesto del territorio nazionale. E caratterizzato da una sorgente non puntiforme che eroga raggi gamma ad energia fissa 1970 Cominciarono ad essere installati anche in Italia i primi acceleratori lineari. isodose del cobalto Apparecchio di telecobaltoterapia con due sorgenti contrapposte Caratteristica di questo apparecchio era: Sfruttamento delle sorgenti a bassa attività Bilanciamento del peso dell apparecchio Sorgente Sorgente CENNI STORICI DELLA NOSTRA REALTA LOCALE 1919 Installazione del primo apparecchio radiologico all Ospedale Civile di Belluno Istituzione di un impianto di roentgenterapia monovalvola ( 225 kv, 4 ma), stativo pensile ad alto isolamento e strumentario monometrico di misura. Acquisizione di 100 milligrammi di radium con relativi accessori, per la somma complessiva di Lire Venne istituita una polizza assicurativa per il personale che operava nell Istituto di Radiologia contro i danni e i pericoli delle correnti elettriche e dei raggi x Installazione nuovo apparecchio radiologico di diagnostica a quattro valvole termoioniche, con ortoscopio e trocoscopio con diaframma antidiffusore,

7 1939 Installazione nuovo apparecchio radiologico di diagnostica ( ortoclinoscopio e stativo a colonna con tavolo Sostituzione apparecchio di roentgenterapia con una nuova unità capace di 250 kv e 12 ma Installazione di uno stratigrafo Viene installato il primo apparecchio di diagnostica ( trocoscopio da usare specificamente per la fase di centratura del bersaglio radioterapico) installazione apparecchio DERMOPAN e PLESIOROENTGENTERAPIA. Dermopan 1952 Assegnazione da parte dell Alto Commissariato per l Igiene e la Sanità Pubblica di 150 milligrammi di radium, portando quindi la quantità totale a 250 milligrammi Sostituzione apparecchio di roentgenterapia con uno pendolare ( 250 kv, 20 ma ) Data di costituzione dell Unità Autonoma di Radioterapia con propria dotazione di risorse umane e tecnologiche. Plesioroterapia 1977 Installazione primo apparecchio di telecobaltoterapia 1990 Installazione del simulatore di terapia Installazione primo acceleratore lineare (GE Saturno 42, con energie fotoni 6-18 MV, energie elettroni MeV ) Sostituzione apparecchio telecobaltoterapia con uno più moderno. Dal 1977 collabora con l UO di Radioterapia l UO di Fisica Sanitaria per lo studio delle tecniche di radioterapia e la responsabilità del calcolo della dose di radiazioni, che dal 1988 utilizza un computer dedicato (TPS). Poiché il calcolo della dose è fatto sulle sezioni TC, tenendo conto anche della diversa densità degli organi. Gli esami TC sono eseguiti con l apparecchio dell UO di Radiodiagnostica. LO SVILUPPO DELLA METODOLOGIA E DELLA TECNICA RADIOTERAPICA E LEGATO: alla convinzione di effettuare i trattamenti radioterapici con intenti radicali nella maniera più rigorosa. all utilizzo di sistemi sempre più precisi che la tecnologia offre e che noi dobbiamo sfruttare ed utilizzare al meglio. alla disponibilità di risorse e mezzi adeguati alla domanda

8 I primi trattamenti radioterapici comprendevano: volumi molto estesi con una limitata schermatura degli organi a rischio e delle aree non coinvolte da malattia. la presenza di compressori limitatori per ridurre la dove possibile lo spessore del volume corporeo al fine di aumentare il tasso di trasmissione in profondità. una centratura che faceva riferimento nella maggioranza dei casi ai punti di repere naturali esterni quali cresta iliaca, trocantere, apofisi ensiforme, ecc. l utilizzo dell imaging radiologico per la fase di centratura era quasi del tutto assente. Due campi contrapposti di irradiazione a tutto spessore Irradiazione addominale con compressore limitatore L affermarsi delle radiazioni di alta energia e il perfezionamento tecnologico delle apparecchiature per radioterapia esterna con fasci collimati e delle sorgenti radioattive per curieterapia, nonché l affinamento delle tecniche di irradiazione e le acquisizioni derivanti dal moderno imaging hanno consentito: il miglioramento della qualità dei trattamenti radianti di aumentare favorevolmente in maniera significativa la risposta terapeutica la diminuzione significativa degli effetti collaterali indesiderati o Piano di cura relativo all irradiazione della mammella con tecnica di 2 campi contrapposti tangenziali per evitare di irradiare il parenchima polmonare sottostante usando fotoni x prodotti da un acceleratore lineare

9 Alla realizzazione di una radioterapia con campi sempre più piccoli hanno contribuito in maniera determinante: le nuove apparecchiature di diagnostica per immagini (TC, RNM e PET) i moderni simulatori di terapia i treatment planning systems (TPS) per il calcolo della dose i sistemi di controllo e di verifica prima e durante la radioterapia l evoluzione tecnologica della radioterapia degli apparecchi di alta energia ( >1 MegaVolt) della tecnica (2D, 3D, 4D, ) La brachiterapia (o curieterapia) ha rappresentato per molti anni, fin dall inizio del secolo scorso, l arma più usata dai radioterapisti per la lotta contro il cancro: brachiterapia a contatto brachiterapia interstiziale (fili di Iridio 192) brachiterapia endocavitaria (Cesio 137) Il capostipite dei radioisotopi per curieterapia è stato il Radium 226. Esso è stato usato fin dai primi anni del secolo scorso per la cura dei tumori, affiancandosi alla radioterapia con fasci esterni. La massima diffusione si è avuta dagli anni 20 agli anni 50, con notevoli progressi pratici dopo l adozione, nella maggior parte dei centri, del metodo di Paterson-Parker contenente regole pratiche per la distribuzione dei preparati radioattivi. E stato progressivamente abbandonato a partire dagli anni 50, quando si resero disponibili nuovi radionuclidi. I SOSTITUTI DEL RADIO PIU USATI SONO I SEGUENTI : Iridio 192 Oro 198 Iodio 125 Palladio 103 Stronzio 90 Gli impieghi clinici comprendono le applicazioni di modalità tecniche molto diverse. Possiamo distinguere tre tecniche principali: gli applicatori esterni la brachiterapia interstiziale ed endocavitaria la radioterapia metabolica

10 Moulage per brachieterapia con sorgente a contatto La brachiterapia è una terapia con radiazioni erogate da una sorgente a contatto/interna al bersaglio Brachiterapia con sorgente interna al bersaglio L utilizzo dei radionuclidi nella nostra realtà ebbe fine intorno agli anni 70. Da allora in poi l attenzione fu rivolta all affinamento della radioterapia con fasci esterni emessi da: 1. apparecchi di ROENTGENTERAPIA superficiale e semiprofonda sviluppata in particolare per neoplasie cutanee. 2. apparecchio di TELECOBALTOTERAPIA (TCT) in particolare per i trattamenti testa-collo e per quelli di carattere palliativo (piccolo spessori e dosi medio-basse). 3. ACCELERATORE LINEARE per tutti gli altri trattamenti con carattere di curabilità, compresi quelli cutanei,dove vengono utilizzati gli elettroni. La scelta del tipo di apparecchiatura e dell energia necessaria per il trattamento radiante è quasi obbligatoriamente dettata da: sede ed estensione della malattia ubicazione e profondità vicinanza di organi critici Scelto il tipo di energia utile, viene studiato il tipo di tecnica di trattamento che offra il miglior risultato in termini di efficacia terapeutica. La ROENTGENTERAPIA si distingue in: plesioterapia roentgenterapia superficiale roentgenterapia profonda. a seconda del tasso di trasmissione in profondità Le prime due vengono ancora oggi usate, la terza è stata soppiantata dalle alte energie. Trattamento effettuato con roentgenterapia superficiale L energia degli apparecchi di roentgenterapia è compresa fra 80 e 400 KV

11 Curve di isodose di plesiote rapia La plesioterapia consente l irradiazione di lesioni cutanee ( le più importanti sono gli epiteliomi) risparmiando i tessuti sottostanti. SCHERMATURA PERSONALIZZATA EPITELIOMA Lesione curabile con plesioterapia o roentgenterapia superficiale Contracture di Dupuytren La roentgenterpia superficiale è caratterizzata da tensioni variabili da 50 a 150 kv con carichi di corrente da 5 a 30 ma. IERI 2 D La necessità di definire i volumi di interesse in radioterapia e la procedura di selezione si è sempre basata sul metodo radiografico data la comune origine della radiodiagnostica e della radioterapia. Il rilevamento della sezione corporea può essere eseguita utilizzando due sistemi: Sistema manuale (2D) Sistema computerizzato (3D) L introduzione della cobaltoterapia prima e, successivamente dell acceleratore lineare ha rappresentato da subito molti vantaggi rispetto alla roentgenterapia, nel trattamento dei tumori profondi e semiprofondi. Inoltre la possibilità di disporre di elettroni con differenti energie consente di risparmiare i tessuti sottostanti.

12 SISTEMA MANUALE: si tratta di un sistema relativamente macchinoso ed impreciso; ha rappresentato l unico metodo prima dell avvento della Tc. Può essere suddiviso in due tempi: rilevamento del profilo corporeo localizzazione degli organi interni RILEVAMENTO PROFILO CORPOREO Conformatore ad aste conformatore multiple e parallele a sole radiante Rilevatore di profilo corporeo a pantografo Rilevazione profilo corporeo DISEGNO ORIGINALE DAL QUALE VENNE COSTRUITO IL PANTOGRAFO PER IL RILEVAMENTO DEL PROFILO CORPOREO NEL 1976 IN RADIOTERAPIA A BELLUNO Curvimetro in piombo Mappa del profilo

13 INSERIMENTO SULLA MAPPA DEL PROFILO CORPOREO, DEL VOLUME BERSAGLIO ED EVENTUALI ORGANI A RISCHIO A LIVELLO DELLA SEZIONE DI CENTROCAMPO ( REPERE TATUATO IN CHINA ) SISTEMA COMPUTERIZZATO PER IL RILEVAMENTO DELLA SEZIONE CORPOREA (3-D) La TC costituisce la fonte ideale dell immagine della sezione corporea. Presenta i seguenti vantaggi rispetto al metodo manuale o del classico simulatore di terapia: operativamente è assai semplice e rapida è ricca di particolari anatomici altrimenti non ricostruibili è geometricamente più precisa Supporti per rilevare l ingrandimento al centrocampo griglia forata Substrato dell immagine è il calcolo densitometrico di ogni microvolume corporeo (voxel); consentendo il calcolo degli assorbimenti della radiazione terapeutica da parte dei diversi tessuti, in ragione della densità di ognuno. La fase di presimulazione al simulatore è ancora necessaria per definire: il posizionamento del malato, presidi per la contenzione del volume corporeo e definizione dell estensione del volume bersaglio. OGGI 3D L avvento della TC nella prima metà degli anni 70 ha rivoluzionato i tradizionali concetti legati alla radiologia Il primo dogma o limite che è stato superato è la sovrapposizione proiettiva dei diversi oggetti che si vengono a trovare lungo il percorso del fascio radiogeno incidente. Lo studio TC per la preparazione del piano di cura prevede: -set-up del paziente presimulazione e TC di centramento -simulazione di verifica post-tc -preparazione eventuali campi personalizzati -verifica di localizzazione prima e durante il trattamento con sistemi a film o epid (electronic-portal-image-device). MASCHERA O MOULD PRESIMULAZIONE IMMAGINE TC La TC ha superato la rappresentazione bidimensionale delle immagini aggiungendo una terza dimensione laser

14 Il rilevamento della sezione corporea implica una condizione di set-up del paziente comoda, precisa e riproducibile in ogni fase, dalla presimulazione fino a tutte le sedute di radioterapia. Una variazione di posizione provoca: dislocamento dei punti cospicui che individuano il campo di irradiazione. -- dislocamento del volume bersaglio fuori dal fascio -modificazione della sezione corporea,per quanto riguarda il profilo esterno, nonché la collocazione, la forma e la densità degli organi interni. B A - Bersaglio visibile Bersaglio posto in profondità B A La fase di SET-UP del paziente prevede lo studio affinchè il volume bersaglio venga riprodotto in maniera precisa durante tutte le sedute della radioterapia. Il problema del set-up può essere scomposto e risolvibile con quattro tipi di apparecchiature: PRESIDI DI RIFERIMENTO; MECCANICI: presidi di appoggio di varie parti corporee ( piano inclinato per il dorso, appoggia- testa-braccia-gambe,ecc); laser; PRESIDI DI CONTENZIONE: cuscino o materasso a vuoto spinto, cinghie o fasce; PRESIDI DI RIFERIMENTO E CONTENZIONE: gusci protettivi personalizzati in plexiglas, maschere che permettono di mantenere e riprodurre la posizione del volume bersaglio; PRESIDI DI CONTROLLO RADIOLOGICO: prima del trattamento ( rx di localizzazione), dopo il trattamento ( rx di verifica ), prima e durante il trattamento (verifica con sistemi portali o epid ). LE SCHERMATURE La maggior parte delle schermature usate nei decenni scorsi era costituita con il piombo, ma più recentemente si è fatto uso di leghe a basso punto di fusione, contenenti bismuto,stagno, cadmio e piombo in percentuale fino ad arrivare all uso ormai esteso di collimatori multilamellari controllati direttamente da un software dedicato. C schermature per irradiazione A Campi di campi a mantellina terapia con filtri e ad Y rovesciata cuneiformi A B B schermatura per irradiazione diretta aree linfonodali C Tagliasagome computerizzato Schermatura con lega a basso punto di fusione Verifica della schermatura al simulatore di terapia Schermatura per TCT personalizzata con pallini di piombo

15 VERIFICA DEL PIANO DI CURA RADIOTERAPICO IN FASE DI SIMULAZIONE E DURANTE LA FASE DI TERAPIA RADIANTE Verifica radiologica al simulatore Verifica con film del campo di trattamento radiante previsto dal piano di cura all apparecchio di terapia radiante VERIFICA PORTALE DURANTE IL TRATTAMENTO RADIANTE Verifica portale del campo di terapia previsto dal piano di cura radioterapico a monitor Questo acceleratore Multileaf Collimators variabile, può rappresentare un passo avanti significativo una piccola nuova frontiera per le Unità di Radioterapia che credono nella lotta contro il cancro Quando abbiamo fatto un passo avanti e tracciato una strada pensando di essere arrivati in cima, ci accorgiamo subito che ai nostri occhi si allargano nuovi orizzonti e nuove vie che aspettano di essere percorse. A NOI LA SCELTA