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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
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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
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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)
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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)
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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
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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
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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
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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
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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)
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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%
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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)
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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
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- 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)
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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.
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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)
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SCHEMA DI LINAC (VARIAN)
LINACMovimento a 360°
Supporto del gantry
Gantry
Lettino di trattamento
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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
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“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
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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
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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
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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
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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%
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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