Wilhelm Konrad Röntgen ( ) X-sugárzás1895.

Átírás

1 Wilhelm Konrad Röntgen ( ) X-sugárzás1895. A sugárterápia alapjai Dr. Urbancsek Hilda Onkológia Intézet Sugárterápia Nem Önálló Tanszék

2 Sugárterápia (RaTh): Sugárfizika (fizika, technika, mechanika, informatika) Sugárbiológia (sugárérzékenyítők, biológiai - válaszmódosítók, hipertermia) IGRT (Image Guided- képalkotók vezérelt RaTh: UH,CT,MR,PET,PET/CT, SPEC, ANY) BART (Biológiailag adaptált biokémia, pathológia, genomika) Célzott RaTh: Izotópot szállító antitestek Individualizált (immunológia, pszichoonkológia)

3 Sugárkezelés Az ionizáló sugárzás nagyobb károsodást hoz létre a malignus sejtekben, mint a normál sejtekben A normál sejtek regenerálódása jobb, mint a malignus sejteké

4 A sugárterápia alapjai Technikai lehetőségek: sugárforrások, mint a sugárterápia eszközei, sugárfizikai feltételek, berendezések, komputerek Ismeretek: indikációk, a választás feltételei, a sugárterápia onkológiai alkalmazása, átlagdózis és dózis eloszlás, valamint a sugárkezelés qualitása

5 A sugárterápia szerepe - pre op.: a tumor nagyság redukálása (down staging) - post op.: a recidív tumorok prevenciója (metasztázisok?)

6 A sugárkezelés szerepe az onkológiai ellátásban - Definitív kezelés ahol a sugárkezelés kuratív lokális modalitás - Szerv megőrzés szerv kimérő sebészeti resectiot követően - A loco regionális kontrol valószínűségének növelése a radikális műtéti exstirpációt követően - A tünetek palliálása primer vagy metasztatikus tumor növekedés esetén

7 Sugárforrás helyzete Teleterápia: távol besugárzás sugárforrás: testen kívül Brachyterápia: közel besugárzás sugárforrás: test szövetek között, test üregekben, test felszínén

8 A sugárkezelés helye az onkoterápiás tervben A/ Egyedüli : adjuvans, curratív,palliatív Palliáció (tünetek pl. fájdalom, vérzés csökkentése) B/ Kombinációban Műtéttel: Preoperativ Postoperativ Intraoperativ Kemoterápiával: Sequentialis Szinkron Alteralo Concurrent

9 SUGÁRTERÁPIA HATÁSA Eredmények: 1. LTC : CR PR NC PD 2. Túlélés : teljes, tumormentes, TTP, TWIST korai Mellékhatások: késői helyi: inflammatio általános fibrózis functio laesea

10 Sugárzás - anyag kölcsönhatása Elektromágneses Korpuszkuláris

11 Sugárzások osztályozása nem ionizáló - rádióhullámok - mikrohullámok - fény sugárzások Ionizáló közvetetten (semleges részecskék) - fotonok (rtg., gamma) - neutronok közvetlenül (töltött részecskék) - elektronok - protonok - a-részecskék - nehézionok

12 Sugárzások osztályozása részecske - elektronok - protonok - neutronok - a-részecskék - nehézionok elektromágneses* sugárzások (fotonsugárzás) röntgensugárzás (atommagon kívül keletkezik) rtg. készülékek, CT lineáris gyorsítók (fékezési) gammasugárzás (magsugárzás) - radioaktív izotópok (Ra-226, Co-60, Ir-192). *Csak megfelelő nagyságú energia esetén hoznak létre ionizációt

13 I. Elektromágneses sugárzás Nagyenergiájú röntgen sugárzás terápiás rtg cső gyorsító Radioaktív izotópok γ sugárzása 226 Ra, 137 Cs, 60 Co, 192 Ir

14 Radioaktív izotópok 226 Ra T 1/2 = 1620 év E = 1.4 MeV 137 Cs T 1/2 = 30 év E = 0.66 MeV 60 Co T 1/2 = 5.27 év E = 1.25 MeV 192 Ir T 1/2 = 74.3 nap E = 0.32 MeV

15 II. Korpuszkuláris sugárzás Hélium atommag ( ++ He) elektron (e - ) proton neutron mezonok,... α β p n

16 Sugárzás - anyag kölcsönhatása Fotoeffektus (külső héj) diagnosztikus tartomány Compton-szórás terápiás tartomány Párképződés (elektron - pozitron) min. 2*511 kev Arthur H. Compton

17 Fotoeffektus Compton-effektus Párkeltés

18 A sugárzás hatása az anyagra Sugárfizika: -párképződés

19 A kölcsönhatások valószínőségének függése az elnyelő közeg rendszámától: - Fotoeffektus: a rendszám harmadik hatványával arányos -Compton- effektus: nem függ a rendszámtól -Párkeltés: a rendszám négyzetével arányos

20 Dozimetriai alapfogalmak bármilyen anyag besugárzásakor a sugárzásnak csak egy része lép kölcsönhatásba az anyaggal, a másik része kölcsönhatás nélkül továbbhalad (kölcsönhatáson a sugárzás energiájának az elnyelıdését értjük) csak a szervezet által elnyelt energia okoz biológiai hatást az elnyelt energia nagyságát az elnyelt dózis fogalmával jellemezzük Elnyelt dózis (D): egységnyi tömeg által elnyelt energia, mértékegysége a gray (Gy) 1 Gy = 1 J/kg 1 Gy = 100 cgy Dózisteljesítmény: egységnyi idıő alatti elnyelt dózis, mértékegysége: Gy/perc, Gy/s Egyenértékdózis (H): az elnyelt dózis és sugárzás hatékonyságát kifejező súlytényező (w) szorzata, mértékegysége: Sievert

21 Foton abszorpciója az anyagban 58 kv 1.25 MeV izom Diagnosztika fotóeffektus Terápia Compton szórás

22 A sugárzási tér jellemzésére szolgáló mértékegységek mezőméret fókusz-bőr távolság dózisprofil energia százalékos mélydózis

23 Mélydózisgörbék Percentage depth dose curves % Co Dmax = 0,5 cm x6 Dmax = 1,58 cm x15 Dmax = 2,66 cm e4 R80 = 1,28 cm e6 R80 = 1,96 cm e8 R80 = 2,72 cm e10 R80 = 3,11 cm e12 R80 = 4,03 cm e15 R80 = 5,13 cm e18 R80 = 5,50 cm mm Build up elektron felépülési egyensúly

24 Aktivitás 1 bomlás / másodperc = 1 Bq Henri Becquerel

25 Dózis egységek Besugárzási dózis (ionizáló képesség) D b = Q/ m [C/kg] Abszorbeált dózis (elnyelt energia) D a = E/ m [J/kg] (Gray, Gy) Dózis ekvivalens (biológiai hatásosság) D e = D a Q N [Sv] Q sugárminőségre jellemző kvalitásfaktor N módosító tényezők

26 A sugárzás hatását módosító tényezők Fizikai Kémiai Biológiai sugárzás fajtája oxigénhatás sejtciklus állapota dózisteljesítmény víztartalom sejtbiológiai képességek dózisfrakcionálás sugárvédő vegyületek alkalmazkodási válasz hőmérséklet szabad gyökfogók életkor tiol reaktív vegyületek nem antioxidáns kapacitás antioxidánsok

27 A sugárzás hatása sejtciklusra Sugárbiológia

28 Sejtszintű következmények Sejtelhalás Túlélő sejtekben Mitózisban interfázisban programozott (apoptózis) Kromoszóma aberrációk Mutációk (somatikus és genetikai hatások) rosszindulatú átalakulás legyengülés -sejt túlélés vizsgálata in vitro sejttenyészet, ill. -kolónia képzéssel - karzogramm, SCE - mikronukleusz gyakoriság - FISH - Comet-assay - HPRT-mutáció vizsgálata - Onkogének vizsgálata

29 Biológiai károsodások és következmények Kimutatási eljárás Sejtszintű hatások: -génaktivitás változása -- sejtfelület változása -- sejtek közötti kapcsolat (citokin egyensúly) -- sejtosztódási zavarok Szabályozási zavarok: -energiatermelési zavarok - permeabilitás változás -jelátviteli zavarok -génaktiváció, inaktiváció vizsgálat (PCR) -flow citometria, sejt- ELFO -citokinek, parakrinek és génjeik vizsgálata (PCR) -a jelátvitel biokémiai vizsgálata - hisztológiai vizsgálatok Pl. mikronukleusz gyakoriság

30 Szöveti, szervi és szervezeti következmények Szöveti, szervi, szervezeti - funkciózavar, ill. kiesés (CSV, GI, KIR) -klinikai, hematológiai kép - on-line esetösszehasonlítás ( komp. adatbázis Ulm)

31 Az elnyelt energia és a biológiai hatások közötti eltérésekért felelős főbb tényezők Az energia abszorpció és az azt követő elemi történések térbeli inhomogenitása. A sugárzással szemben érzékenyebb biológiai targetek léte és sejten belüli eloszlása A sugárhatást felerősítő szabadgyökös mechanizmusok

32 Sugárterápiás lehetőségek Kezelések dózisának kiszolgáltatása Összdózis: Ép szöveti tolerancia - tumoricid összdózis Frakcionálás Normál frakcionálás: 1,8-2,5 Gy/die, heti 5x Hypofrakcionálás: 3-6 Gy/fr heti 2-3x Hyperfractionalas: napi 2-3x 0,8-1,2 Gy heti 5x CHART: 6 óránként 0,8-l,5 Gy ( Continuus hyperfractionated accelerated RT ) CHARTWEL hétfő péntek (Weekand less)

33

34 Szervek Nyirokszervek Csontvelő, Gonádok Vékonybél Bőr szaruhártya, lencse GI-szervek: garat, nyelőcső, gyomor, végbél Növekvő porcok Hajszálerek Növekvő csontok Kifejlett porc és csont, tüdő, vese, máj, hasnyálmirigy, mellékvese, agyalapi mirigy Izmok Agy Gerincvelő Sugár-érzékenység Nagy Viszonylag nagy Közepes Viszonylag Kicsi Kicsi A parenchymális hypoplasia fő mechanizmusa Elsősorban az őssejtek és differenciálódó intermitótikus sejtek pusztulása A többrétegű hám osztódó vagy differenciálódó intermitótikus sejtjeinek destrukciója A chondroblasztok pusztulása Endotelsejtek károsodása Kötőszöveti sejt, chondroblaszt és oszteoblaszt pusztulás A hipoplázia a hajszálerek és kötőszöveti elemek sérülésének másodlagos következménye, a parenchyma különböző fokú direkt sérüléseivel A hipoplázia a hajszálerek és kötőszöveti elemek sérülésének másodlagos következménye, a parenchyma kisfokú direkt sérülésével

35 LET = LINEAR ENERGY TRANSFER Sugárzás LET érték 60 Co γ-sugárzás 0,2 kev/µm 250 kv fékezési rtg 2,0 kev/µm 14 MeV neutron 75 kev/µm Nehéz részecske kev/µm nagy LET érték nagy biológiai hatás növekvő foton energia csökkenő LET érték Biológiai hatása az ELNYELT dózisnak van!

36 RBE = Relative Biologic Függ: Effectiveness sugárzás minőségétől frakciónkénti dózistól dózisteljesítménytől oxigén jelenlététől v. hiányától szövet, sejt típusától

37 OER = Oxygen Enhancement Ratio

38 Repair A sugárzás hatása függ: Napi dózis Össz. gócdózis Frakciók közti idő Össz. kezelési idő FRAKCIONÁLÁS REGENERÁLÓDÁS

39 Penetráció Foton: Elektron: d = 10 cm, fősugár mentén 6 MV 67.5 % 15 MV 76.5 % 25 MV 82.0 % R 80 a fősugár mentén 6 MeV 20 mm 10 MeV 33 mm 20 MeV 67 mm

40 Kilovoltos (röntgenterápiás) készülékek Közelbesugárzók: kv, Szőrı: mm Al, Szöveti felezıréteg: 3-10 mm Felületi besugárzók: kv, Szőrı: 1-6 mm Al, Szöveti felezıréteg: 1-4 cm Félmély besugárzás: kv, Szőrı: 2,5 5 mm Al, Szöveti felezıréteg: 2-3 cm Mély (orthovoltos) besugárzók: kv, Szőrı: mm Cu, Szöveti felezıréteg: 4-7 cm

41 Besugárzó berendezések: Co-60 59Co + n 60Co 60Co 60Ni + γ1 + γ2 + ß- + ν foton energiák: 1.17 MeV és 1.33 MeV (1.25MeV) felezési idı: év nagy fajlagos aktivitás Cs-137 foton: MeV, felezési idı: 30 év kis fajlagos aktivitás

42 Sugárterápia tervezése 3D (három dimenzióban történő) computeres. A megfelelő adatok kalkulációja (sugárfizika). Ezek összevetése a tumor biológiával és szenzitivitással (Gaps, prolongálás, frakcionálás) A sugárkezelés szimulációja (szimulátorban) figyelembe véve a tumor és a rizikószervek viszonyát. A sugárkezelési mezők és a dózis eloszlás megerősítése (jóváhagyása)

43 Radiotherápia, sugárkezelés tervezése Fizikusi rész: Az optimális dózis eloszlás kiszámolása. A CTV-ben homogenitás. A maximálisan abszorbált dózis a CTV-ben. A rizikószervek védelme. A sugárkezelési volumen minimalizálása. Optimalizálás. A kezelés alatti quality control. Individualizált, optimalizált sugárkezelés

44 Radiotherápia, sugárkezelés tervezése Orvosi: A tumor diagnosztizálása: klinikai, pathológiai, lokalizációja. Meghatározása a: tumornak és a klinikai target volume-nak (CTV). A rizikószervek észlelése!

45 Sugárkezelés tervezése ALARA- elv as low as reasonable - homogén dózis eloszlás a tumoron belül - maximum dózis elérése a tumoron belüli aktív területeken - normál szövetek védelme

46 Optimális dózis Az adequát és inadequát dózis között nagyon kis különbség van. A klinikai megfigyelések alapján számított optimális biológiai effektust kell elérni.

47 Orvosi döntés Ha minden lehetőség biztosított akkor is szükséges a legjobb terápiás döntés meghozatala a beteg érdekében. (ONCOTEAM majd Sugárterápiás) A legjobb sugárkezelési módszert kell választani, amely megöli a tumorsejteket és elkerüli az egészséges sejteket.

48 Sugárterápia tervezéséhez szükséges adatok: - a beteg klinikai adatai (labor, tu. markers, Karnofsky stb.) stádium (TNM) - helye, nagysága, infiltráció/metasztázis, - képalkotó módszerek: Rtg., UH, CT, MR, PET, PET-CT, SPECT - histologia (pathológia) grading (G)

49 Besugárzástervezés Homogén dóziseloszlás a céltérfogaton belül Maximális dózis a céltérfogaton belül Ép szövetek, kritikus szervek védelme

50 Céltérfogat meghatározása ICRU Report 50 (1991.) ICRU Report 62 (1999.) GTV Gros tumor volume ( leképezhető, képalkotón látható) CTV Clinical target volume 10 8 (mikroszkópikus terjedés klinikai, biológiai határ) PTV Planning Target Volume 10 2 (biztonsági zóna geometriai portal határ ) Treated volume (Target Volume TV) Irradiated volume (Treatment Portal Volume TPV)

51 Célterület (kismedence)

52 Besugárzástervezés Mélydózisok, izodózisgörbék, output faktorok minden mezőhöz (tervezőrendszer) Betegadatok: testkontúrok (CT szeletek), inhomogenitások (tüdő) Besugárzási körülmények mezőméret, gantry, kollimátor szög, izocentrum helye/belépés helye

53 Besugárzástervezés Álló mezők Mozgó mező Ép szövetek védelmére takarások blokkok MLC In vivo dozimetria, EPID (Electronic Portal Imaging Device)

54 A sugárkezelés dózis hatás elmélete 20 Gy alatt: - nincs permanens károsítás Gy (frakcionált irradiáció): tumor károsítás és repair az egészséges sejtekben.

55 Problémák Túldozírozás = radionecrosis Inadequát aluldozírozás = tumor recidíva

56 A radiotherápiás egységhez szükségesek: Megavoltos sugárforrás. Izocentrikus (pendel, rotációs) besugárzó készülék. Mezőtakaráshoz kellékek, kompenzátorok. Lézeres betegpozicionáló rendszer, a besugárzás alulról is kivitelezhető legyen. Beteg monitorizáló rendszer (EKG, légzés triggerelt).

57 Sugárkezelési technikák (RT) Brachytherapia Teletherapia - External Beam EBRT Applikációs technika: Manualis After loading (AL) Therapiás Rtg. csövek: (orthovolt, chaoul) permanens seeds Izotóppal működők: Cs-, Co ágyú Akcelerátorok: linearis LINAC AL Technikai kivitelezése circularis - Cyclotron Intracavitalis Interstitialis Moulage Intraluminalis

58 Terápiás röntgencső Katód Álló anód víz vagy olaj hűtés Nagy fókusz nagy intenzitás, nagy dózisteljesítmény

59 Chaoul (50-60 kv) Rtg cső Tubusok Nagyfeszültségű kábel Víz hűtés

60 Orthovolt (80-250kV Al, Cu ~cm)

61 60Co bomlási sémája 60 27Co β MeV γ MeV 60 28Ni γ MeV

62 Kobalt ágyú Forrás (tároló) Forrás (besug.)

63 Lineáris gyorsító izocentrum

64

65 Linear accelerator (LINAC)

66

67

68

69 MLC

70 HDR afterloading berendezés

71 Proton terápia Bragg csúcs William Bragg

72

73 A kezelés folyamata Szimulátor CT, PET/CT, CT szimulátor Linac Tervezőrendszer

74 Lokalizálás Szimulátor használata (elő szim.) Testhelyzet, testhelyzet rögzítők lézer, maszk, kéztartó, lábtartó, hascsapda... A céltérfogat helyének, kiterjedésének meghatározása Képalkotó eljárások igénybevétele CT, MRI, PET, UH,...

75 Szimulátor rtg cső képerősítő

76

77 CT szimulátor Dedikált, gyors CT Egyenes asztallap Nagy apertura (kéztartó) Nagy FOV Virtuális szimulálás (software) Lézer rendszer

78 Asztallap Sima asztal (CT szimulátor, szimulátor, besugárzó berendezések) indexált, karbonszálas asztallap, rögzítő pántok Íves asztal (CT, MR, PET/CT) Betét alkalmazása (indexált asztallap)

79 PET/CT: íves asztal Testkontúr PET/CT:terápiás asztalbetét

80 Lézerrendszer Mező megjelenítése a beteg bőrén Izocentrum és mező Izocentrum és leaf alakzat Izocentrum, mező és leaf alakzat

81 CARINAsim

82 Medence rögzítés Testhelyzet rögzítők Hascsapda Fejrögzítő maszk, lézer Kéztartó Vákuum matrac

83 Teströgzítők ORFIT fej-nyaki régió 1997-től

84 Teströgzítők CIVCO gyártmányú végétől D A Háton fekvő B E C F Hason fekvő

85 Teströgzítők CIVCO gyártmányú végétől Emlő board Maszk

86 Teströgzítők CIVCO gyártmányú végétől Medence rögzítése Maszk Belly board

87 Teströgzítők CIVCO gyártmányú végétől Térdtartó Lábfejtartó

88 Adatlap Rögzítő-pálca Teströgzítők helyzetének dokumentálása Teströgzítők

89 CT szimulátor Dedikált, gyors CT Egyenes asztallap Nagy apertura (kéztartó) TumorLoc (software) Lézerrendszer

90 CT szimulátor Dedikált, gyors CT Egyenes asztallap Nagy apertura (kéztartó) TumorLoc (software) Lézerrendszer

91 CT szimulátor Egyenes asztallap Nagy apertura (kéztartó) Dedikált, gyors CT TumorLoc (software) Lézerrendszer

92 Lézerrendszer LAP Pictor 3D LAP ZERO (860 mm) Tükör Minden reggel teszt Kivetíti a(z) Izocentrumot Mezőt Leaf helyzeteket

93 Hagyományos szimulátor CT szimulátor Hagyományos szimulátor átvilágítás, felvétel készítés megfelelő FAD (Focus Axis Distance) megfelelő mezőméret CT szimulátor topo (ap, oldal) helicalis üzemmód axális szeletek 3D képalkotás

94 Diagnosztikus CT CT szimulátor CT képalkotás natív, kontrasztanyagos, több fázisú döntött gantry virtuális vizsgálatok (beteg nélkül) CT szimulátor beteg reprodukálható fektetése TumorLoc (speciális software) testkontúr mezők (ap, oldal) referencia pont(ok)

95

96 Verifikáció Ap Tervezőrendszer BEV Monitor TPS rekonstrukció Fénymező Utó szimuláció Kazettában Ipari film

97 Köszönöm a figyelmet!

98 PET/CT: íves asztal Testkontúr PET/CT: terápiás asztalbetét