Radioterapia Prof. F.Schillirò

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1 Lezione di Radioterapia Prof. F.Schillirò Seconda Università degli Studi di Napoli Definizione di Radioterapia: branca medica che utilizza le radiazioni ionizzanti a fini terapeutici Scaricato da 1

2 Radiazioni ionizzanti: o carica elettrica => Fotoni o radiazioni elettromagnetiche trasporto di energia senza trasporto di materia 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 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 Scaricato da 2

3 RADIAZIONI IONIZZANTI DI INTERESSE TERAPEUTICO FOTONI o RAGGI X: alto potere penetrativo, trattamento di focolai tumorali profondi 4-6 MV oppure Fotoni 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. 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) Scaricato da 3

4 Chimica rottura di legami, polimerizzazioni, depolimerizzazioni Biochimica alterazioni molecolari Biochimico-biologica danni al DNA, RNA, citoplasma, inibizioni enzimatiche Biologica aberrazioni di varie componenti cellulari, alterazioni morfo- funzionali e metaboliche, lesioni del materiale genetico Fase biologica 1. Riparazione dei danni o 2. Blocco riproduttivo morte cellulare (ore, giorni, settimane) o 3. Mutazioni effetti ritardati (mesi, anni) Scaricato da 4

5 EFFETTO OSSIGENO L ossigeno interferisce sulla reazione chimica 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 5 parametri tra loro strettamente correlati 1. Dose globale 2. Dose per frazione 3. Rateo di dose 4. Intervallo di tempo tra le frazioni 5. Tempo globale di trattamento Scaricato da 5

6 Deve essere considerata inoltre la quantità di malattia da irradiare 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 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 Scaricato da 6

7 Irradiazione ipofrazionata 1/5 frazioni nella settimana con dosi singole elevate (4/6 Gy) Irradiazione iperfrazionata frazionamento multiplo giornaliero con riduzione della dose per frazione ma con aumento della dose totale ottenuta senza prolungamento della durata complessiva del trattamento L iperfrazionamento viene realizzato con l impiego, i più frequentemente, t di due frazioni i distanziate di almeno 4/9 ore Irradiazione accelerata consiste nella riduzione della durata globale del trattamento tt t ottenuta t diminuendo i d l abituale l intervallo tra le singole frazioni ma lasciando invariata la dose per frazione Indicata nei tumori rapidamente proliferanti Scaricato da 7

8 RADIOSENSIBILITA DELLE CELLULE TUMORALI (RADIORESPONSIVITA ) Presenta notevoli variazioni tra le diverse linee cellulari A 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 Scaricato da 8

9 Carcinoma spino cellulare (cute e mucosa) Adenocarcinoma (mammella, endometrio, apparato gastro enterico, ghiandole endocrine) Sarcomi dei tessuti molli Osteosarcomi Melanoma RADIOSENSIBILITA DELLE CELLULE NORMALI I danni iatrogeni conseguenti oltre alla a comparsa di tumori, possono essere classificati in effetti Lievi Sequele (danni relativamente modesti) Complicanze (danni che compromettono la salute del paziente) Scaricato da 9

10 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 da dose tolleranza tessuti sani dose letale tumore La dose di tolleranza può essere minima se espone a rischio di complicanze non superiore al 5% entro 5 anni massima quando il rischio di complicanze dopo 5 anni è del 50% Scaricato da 10

11 MODALITA DI RADIOTERAPIA RADIOTERAPIA A FASCI ESTERNI Nella pratica clinica si impiegano fasci di fotoni X o Y o di radiazioni corpuscolate ß ROENTGENTERAPIA CONVENZIONALE Si basa sull utilizzo utilizzo di tubi radiogeni funzionanti con tensioni inferiori a 300 Kv Posti ad una distanza fuoco-pelle superiore a 50 cm non Varianti della roentgenterapia t Plesioterapia (distanza di pochi cm della sorgente dalla cute da irradiare, utilizzo di radiazioni molli) Mesoplesioroentgenterapia (a media distanza 15/30 cm fuoco-pelle) Scaricato da 11

12 RADIOTERAPIA CON RADIAZIONI AD ALTA ENERGIA 1. 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 durata Indicato per focolai superficiali o semiprofondi Scaricato da 12

13 - Acceleratori lineari LINAC- (accelerazione di elettroni da un campo elettrico alternato ad altissima frequenza con 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 sottostanti Utilizzati soprattutto per il trattamento delle adenopatie metastatiche (a livello cervicale, sovraclaveare, ascellare ed inguinale) Scaricato da 13

14 ACCELERATORE LINEARE (LINAC) Il LINAC accelera gli elettroni, prodotti per effetto termoionico, secondo una traiettoria rettilinea, utilizzando il campo elettrico di un onda elettromagnetica ti 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 sempre maggiore. Questi elettroni accelerati impattano contro una targhetta di platino o tungsteno a cui consegue produzione di fotoni X ad alta energia (effetto di Bremsstrahlung). Per ottenere la focalizzazione degli elettroni durante l accelerazione è applicato un campo magnetico assiale. Gli elettroni prodotti subiscono una prima collimazione da parte di un collimatore fisso (primario) e attraversano il monitor costituito da due camere di ionizzazione a piatti paralleli che coprono l intera superficie del fascio. Il monitor serve per controllare la simmetria del fascio, l intensità di dose e la dose integrata (unità monitor). Infine le dimensioni del fascio di fotoni X vengono regolate da un collimatore mobile mentre per gli elettroni viene aggiunto un collimatore supplementare per ridurne la diffusione. Il Linac per il suo funzionamento necessita di altre due apparecchiature sussidiarie: pompa aspirante: pratica il vuoto spinto nelle cavità; impianto di raffreddamento: circuito chiuso ad acqua tridistillata. Scaricato da 14

15 SCHEMA DI FUNZIONAMENTO DEL LINAC Gli elettroni emessi vengono guidati da microonde si impattano su un bersaglio generando raggi X che con opportuni collimatori vengono indirizzati sul paziente. Se si elimina il bersaglio gli elettroni, di varia energia a seconda dell accelerazione a cui sono stati sottoposti, raggiungono direttamente il paziente. SCHEMA DI LINAC (GE, SIEMENS) Scaricato da 15

16 SCHEMA DI LINAC (VARIAN) LINAC Movimento a 360 Supporto del gantry Gantry Lettino di trattamento Scaricato da 16

17 La Cobaltoterapia: differenze con i LINACS Contenitore di Uranio impoverito 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) 1.25 MeV Sostituzione della sorgente (ogni 4-5 anni circa) Dose rate: significativamente più alto delle unità di TCT Penombra quasi assente Energie variabili: fotoni (X) ed elettroni 4, 6, 10, 18, 25 MV due energie di fotoni e molteplici di elettroni sulla stessa macchina Manutenzione periodica Scaricato da 17

18 Treatment Planning Radioterapico L 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 alla cosiddetta radioterapia conformazionale e prevedono metodi evoluti per la 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 multilamellari Piano di trattamento 3D o 2D EVOLUTO Simulazione di verifica o DRR (radiografia ricostruita in digitale attraverso la TAC) Tatuaggi definitivi, preparazione delle protezioni Calcolo di dose con valutazione dei tempi di esposizione Esecuzione della terapia radiante Scaricato da 18

19 Linac / CT IGRT (: Radioterapia Guidata dalle Immagini) ASSOCIAZIONI TERAPEUTICHE RADIOTERAPIA E CHIRURGIA R.T. complementare combinata con la chirurgia R.T. neoadiuvante pre operatoria Scaricato da 19

20 R.T. pre- e post- operatoria adottata per le neoplasie del retto e della vescica IORT RADIOTERAPIA E CHEMIOTERAPIA CHEMIOTERAPIA E CHIRURGIA RADIOTERAPISTA Identifica la posizione ione e la profondità del volume bersaglio Identifica gli organi di rispetto Scaricato da 20

21 Volume bersaglio: è il volume corporeo che si intende irradiare a scopo terapeutico Si distingue in: 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 naturale 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 Sceglie tra i diversi i piani i di cura forniti dal fisico quello a suo avviso ottimale Scaricato da 21

22 FISICO Elabora su indicazione del Radioterapista: Le curve isodose La dose al build-up La dose al volume bersaglio 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% Scaricato da 22

23 BUILD-UP L 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 essendo clinicamente sano, si trova nella situazione di ricevere una dose vicina o superiore al suo limite di tolleranza (e quindi al rischio di subire danni clinicamente 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, polmoni Addome superiore: midollo spinale, fegato, reni Pelvi: vescica, retto, ossa Scaricato da 23