APPARECCHIATURE di RADIOTERAPIA Prof. G. Ausili Cèfaro Dr. D. Genovesi U.O. Radioterapia Oncologica Ospedale Clinicizzato Chieti

Definizione di Radioterapia: branca medico-terapeutica che utilizza le TERMINOLOGIA Definizione di Radioterapia: branca medico-terapeutica che utilizza le radiazioni ionizzanti a fini terapeutici: tumori maligni, tumori benigni (angiomi e adenomi ipofisari; reazioni immunitarie (rigetto di trapianti d’organo, malattie autoimmuni); affezioni infiammatorie (periartriti etc…); Radiazioni ionizzanti: => Fotoni o radiazioni elettromagnetiche trasporto di energia senza trasporto di materia o carica elettrica energia di un fotone (insieme di corpuscoli o quanti) = frequenza [concetti quantistico ed ondulatorio] RAGGI X: *sono fotoni prodotti da un tubo Coolidge o da macchine acceleratrici (LINACS) bombardando con elettroni una lamina di tungsteno (effetto “Bremsstrahlung”); *fascio policromatico con picchi di fluorescenza (necessità di omogenizzazione); * 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 A]

=> 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

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.

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

Dose bersaglio: è la dose somministrata al volume bersaglio 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%

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

Istogramma Dose-Volume: per valutare se il nostro obiettivo terapeutico è stato perseguito

Campo di irradiazione: è l’area cutanea interessata dal fascio incidente di radiazioni. Viene determinata regolando opportunamente l’apertura del collimatore, ed eventualmente con l’aiuto di schermi aggiuntivi Build up: è il fenomeno per cui lo strato di tessuto che assorbe la maggiore energia non è situato nell’immediata superficie, ma a profondità crescenti in rapporto all’energia delle radiazioni Es: per il 60Co il build-up è di 5 mm

Distanza della sorgente radioattiva Distanza sorgente-pelle (DSP): è stabilita con un telemetro ottico. Scala graduata delle distanze che si proietta sulla cute del paziente. Si fa coincidere il valore di DSP voluto con il centro del campo, alzando od abbassando il lettino di trattamento Sistema isocentrico: il punto di riferimento è costituito dal centro di rotazione della testata, o isocentro; esso deve rimanere sempre in un ben definito rapporto spaziale rispetto al corpo del pz, qualunque sia l’angolo di inclinazione della testata stessa

Tecniche di irradiazione: campo singolo Tecniche di irradiazione: campi contrapposti Tecniche di irradiazione: campi multipli > numero dei fasci => > omogeneità di dose

Il Simulatore di Radioterapia Apparecchio radiologico dotato di: - Scopia - Grafia in grado di riprodurre le geometrie del trattamento radioterapico

Il Simulatore di Radioterapia Elementi costitutivi: Stativo ruotante sui cui estremi sono montati il tubo radiogeno e l’intensificatore di immagine; Sistema generatore del fascio X; Lettino con tastiera di comando; Tavolo di comando; Monitor; Interfaccia/Rete Accessori

Simulatore: Il Gantry Comporta angoli di rotazione di 360° e movimento verticale per modificare a piacimento la distanza fuoco - isocentro

Le funzioni del Simulatore di Radioterapia Lo scopo è di “simulare” e quindi di preparare il trattamento radiote- Rapico, utilizzando gli stessi parametri che verranno utilizzati nel- L’Unità di terapia: posizionamento del paziente distanza ( cute - isocentro) inclinazione dei fasci ampiezza dei campi posizione dei campi

“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: 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

ACCELERATORE LINEARE (LINAC) Il LINAC accelera gli elettroni, prodotti per effetto termoionico, secondo una traiettoria rettilinea, utilizzando il campo elettrico di un’onda 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 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.

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)

SCHEMA DI LINAC (VARIAN)

LINAC Supporto del gantry Movimento a 360° Gantry Lettino di trattamento

La Cobaltoterapia: differenze con i LINACS Contenitore di Uranio impoverito Posizione della sorgente in attività Schermatura in piombo

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

Linac / CT IGRT (: Radioterapia Guidata dalle Immagini)