Fejezetek a klinikai onkológiából Előadás jegyzet Szegedi Tudományegyetem Általános Orvosi Kar Onkoterápiás Klinika 2012. 1
SUGÁRTERÁPIA Technikai alapok Dr. Szil Elemér Bevezetés A daganatos betegek kezelésére háromféle lehetőség van, nevezetesen sebészet, sugárterápia, kemoterápia. Ezek alkalmazhatók önállóan, de kombinált formában is bármely kettő, esetleg mindhárom. A kezelések jól definiált protokollok alapján történnek. Ebben a fejezetben a sugárterápia (elsősorban) technikai alapjait elemezzük. Általában igaz, hogy a sugárterápia lokalizált tumorok esetén alkalmazható. A sugárterápia végső célja valamennyi tumoros sejt elpusztítása sugárzással. Nehézséget általában az jelent, hogy a tumor közvetlen közelében egészséges szövetek, ill. rizikószervek helyezkednek el, ezek megvédése is fontos, hogy a különböző korai és késői mellékhatásokat megelőzzük, vagy legalábbis kialakulásuk valószínűségét minimálisra csökkentsük. Így a mai modern sugárterápia célja kettős: - emelni a dózist a céltérfogatban, - csökkenteni a dózist a környező egészséges szövetekben. Az első célkitűzés jobb tumor kontrollt jelent, a második pedig a mellékhatások valószínűségének csökkenését eredményezi. A kettő együtt növeli a gyógyulás esélyét. Egzaktabb elemzést tesznek lehetővé a TCP (Tumor Control Probability) és NTCP (Normal Tissue Complication Probability) nevű valószínűségi függvények. A sugárterápiás folyamat lépései A sugárterápiás folyamat a következő fontos lépésekből áll: Rögzítés Képalkotás Tumor Lokalizáció Besugárzás tervezés Pozícionálás Kezelés. A következőkben ezen lépéseket részletezzük. I. A beteg rögzítése A magas TU (tumor) dózis és az alacsony OAR (Organ At Risk, rizikószerv) dózis közeli tumor és rizikószerv esetén azt jelenti, hogy kis távolságon belül nagy a dózisesés. Ezért a beteg beállítása, rögzítése nagyon fontos, mert kis hiba (mozgás, elmozdulás) a tumorban aluldozírozást, vagy az egészséges szövetekben túldozírozást okozhat. Általános megfontolások A rögzítés fontosságának megértéséhez tisztában kell lenni a GTV (Gross Tumor Volume), a CTV (Clinical Target Vomume) és a PTV (Planning Target Volume) fogalmával. 2
Kezelni a CTV-t kell, a besugárzási terv viszont a PTV-re készül és valósul meg a kezelő készülékkel mezőről mezőre. A PTV áll, a CTV a beteggel mozog. Korrekt kezelés esetén a PTV a teljes kezelés alatt tartalmazza a CTV-t. Ezt segíti elő a rögzítés. Rögzítési technikák Invazív rögzítést alkalmazunk a sugársebészetben, amikor a teljes dózist egyetlen frakcióban adjuk le. (Sztereotaxiás fejkeret.) Nem invazív rögzítés van a frakcionált sugárkezelések esetén. (maszkok, vákuum párnák, termoplasztikus lapok, ragasztó szalagok, ) II. Képalkotás A terápiás célból történő képalkotás a következő célokat szolgálja: 1. Valamilyen képalkotóval (általában CT) készült képsorozat segítségével megalkotjuk a 3D beteg modellt. Ahhoz ugyanis, hogy a besugárzás tervezés során az optimális sugárirányok kiválaszthatók legyenek, ismerni kell a tumor és a rizikószervek térbeli viszonyát és elhelyezkedésüket a testfelszínhez viszonyítva 2. A CT-szeletek az elektronsűrűséget tartalmazzák, ennek ismerete kell ahhoz, hogy a besugárzás tervező rendszerek modellezni tudják a sugárnyalábnak az anyaggal való kölcsönhatását, és ki tudják számolni az energia elnyelődést (elnyelt dózis). A dóziseloszlás alapján történik a besugárzási tervek kiértékelése, elemzése (pl. DVH dózis volumen hisztogram a tumorra és a rizikószervekre). 3. A 3D anatómiai modell a beteg kezelés előtti pozícionálásának is alapja. A 3D anatómiai modell alapja általában CT, de egyéb képalkotók (MRI, PET, SPECT) is fontos kiegészítő információkat szolgáltatnak, elsősorban a tumor pontosabb meghatározásában. III. Tumor lokalizáció A képalkotó által szolgáltatott képeken tervezés előtt be kell jelölni különböző struktúrákat. Itt a következő kérdések merülnek fel: 1. Mely struktúrák fontosak? 2. Hogyan lehet ezeket körvonalazni? 3. Hogyan kombinálhatók különböző modalitások? 1. A tervezéshez két fontos struktúra ismerete szükséges: - a target volumen (TU tumor) - a rizikószervek (OAR Organ At Risk) Ezekkel részletesen az ICRU Report 50 (1993) és az ICRU Report 62 (1999) foglalkozik. Ugyancsak tisztában kell lenni a GTV, CTV, PTV fogalmakkal. 3
2. A struktúrák körvonalazását másképpen szegmentációnak nevezik. A szegmentáció az a folyamat, amellyel megkülönböztetjük a releváns struktútát (térfogatot) a környezetétől. A besugárzás tervezéshez a szegmentáció a PTV, a rizikószervek valamint a testkontúr körvonalazását jelenti, ennek elkészülte után alkotható meg a 3D anatómiai modell. A szegmentáció lehet manuális, fél-automatikus illetve automatikus. 3. Ha különböző képalkotó modalitások információit pl. CT, MRI, PET, ) korrektül akarjuk egyidejűleg használni, akkor a képelemeket (pixeleket) meg kell feleltetni egymásnak. Regisztrációnak nevezzük azokat a módszereket, amelyekkel ez a megfeleltetés megtörténik. Ez tulajdonképpen egy matematikai transzformáció, melynek során megalkotjuk a két szekvencia közti korrelációt. A regisztráció is lehet manuális, fél-automatikus vagy automatikus. A regisztrált szekvenciák egyidejű megjelenítését képfúziónak nevezzük. IV. A 3D besugárzás tervezés A tervezés célja az optimális besugárzási terv elkészítése. A tervezés alapja a 3D páciens anatómia. A tervezési ciklus előkészítése során elkészülnek a CT (és/vagy MR, PET..) képsorozatok, amelyben definiáljuk a tumor volument és a rizikószerveket. A tényleges tervezés a kezelési paraméterek definiálásával kezdődik, melyet virtuális terápiás szimuláció, majd dózisszámítás követ. A dóziseloszlás kiértékelése után amennyiben az eredmény kielégítő kezdődhet a kezelés. Ha a terv nem teljesíti maradéktalanul az előírtakat, akkor visszalépünk a kezelési paraméterek definíciója szintre, megváltoztatunk bizonyos mezőket, törlünk mezőket, újakat definiálunk.stb. mindaddig, míg a dóziseloszlás nem lesz megfelelő. A tervezési ciklus során a dózist a target volumenre kell koncentrálni, amit több mező (sugárnyaláb) alkalmazásával lehet biztosítani. Az egyes mezők által szolgáltatott dózisok a tumorban összegződnek, ugyanakkor az egészséges szövetek dózisa a toleranciaszint alatt tartható. A 3D modell segítségével a tervezés folyamán: 1. Meghatározzuk az optimális mezőirányokat. A fő kritérium, hogy a nyaláb (mező) teljesen tartalmazza a target volument, és egyáltalán ne tartalmazzon rizikószervet. Ha ez utóbbi nem teljesíthető a valóságos esetek általában ilyenek akkor minimalizálni kell a rizikószerv nyalábba eső térfogatát. Grafikus eszközök: Beam s Eye View (BEV, sugárnézet): A tervező a sugárforrás irányából néz a 3D modell felé. Observer s View (Megfigyelő nézet): tetszőleges irányból szemléljük a nyalábokat. Elősegíti minimalizálni azt a térfogatot, ahol az egyes nyalábok a tumoron kívül átfedik egymást. 4
2. A mezők alakjait pontosan a tumor alakjához illesztjük (BEV). Egy törtvonallal közelítjük a tumor alakot, amelyet a gyakorlatban multileaf kollimátorral (MLC) valósítunk meg. 3. További kezelési paraméterek: sugárzás típusa, energiája, sugármódosító eszközök,.stb. meghatározása. 4. Egy dózisszámító algoritmussal kiszámoltatjuk a várható dózis-eloszlást. 5. A besugárzási terv(ek) értékelése: A dózis-eloszlás elemzése: - térbeli dózis-eloszlás, izodózis felületek, - dózis-eloszlás szeletről-szeletre, kritikus pontok dózisa, - Dózis-Volumen-Hisztogramok. V. A páciens pozícionálása A pozícionálás a páciens pontos kezelési pozíciójának megadását jelenti az első kezelés előtt. Általában három jól elkülöníthető lépésből áll. 1. A beteghez rögzített koordináta rendszer definiálása. 2. A target pont koordinátáinak megadása a fenti koordináta rendszerben. A target pont a tervezés során rögzített azon pont, ahol a nyalábok tengelyei metszik egymást. 3. Pozícionálás a besugárzó eszköznél vagy szimulátornál. Ennek során a target pontot a keezelő készülék izocenterébe kell mozgatni. A készülék izocentere az a pont, ahol a készülék által szolgáltatott, tetszőleges irányból jövő nyalábok tengelyei mind metszik egymást. VI. A kezelés 1. Lineáris gyorsítók (linac) A sugárterápiában a legelterjedtebben használt besugárzó készülékek a lineáris gyorsítók. Működésük alapja: elektronokat gyorsítani hullámvezetőben lévő elektromágneses hullámok mezejében. Nagyfeszültség helyett több egymás utáni kisebb elektromos mezőt alkalmazunk (mikrohullámú technika). A gyorsítók fajtái: Haladó-hullámú gyorsító. Álló-hullámú gyorsító. Rövidített álló-hullámú gyorsító. 2. Kezelési eljárások 5
1. Konvencionális (klasszikus) konformális RT. Konformitás: a 3D dózis-eloszlás kövesse a 3D tumor alakját, ugyanakkor a rizikószervek legyenek kímélve. 2. Intenzitás Modulált Radio Terápia (IMRT). VII. Klinikai dozimetria 1. Alapfogalmak Az elnyelt dózis az m tömegű anyag dm tömegeleme által elnyelt energia osztva a tömeggel. Egysége: J/kg (Gy Gray) Sugárzások típusa: - fotonok - elektronok. Fotonok és elektronok energia-átadása: Fotonok: - fotoelektromos effektus, - Compton effektus, - Párképződés. Ezen folyamatok során szekunder elektronok keletkeznek, melyek újra kölcsönhatnak az anyaggal. Elektronok - ütközések az anyag atomjaival és elektronjaival. - sugárzásos folyamatok (fékezési sugárzás keletkezése). A héjelektronokkal való ütközések az atom gerjesztéséhez ill. ionizációjához vezetnek. 2. A dózis mérése 3. Fantomok 6