Adroterapia

Le particelle cariche (protoni o ioni più pesanti anche di energia relativamente elevata) perdono energia durante linterazione con la materia biologica cambiando il loro LET e dando luogo ad altre particelle pesanti cariche. La qualità della radiazione varia durante lattraversamento dei tessuti. Gli effetti di irradiazione di un tumore (la dose) dipendono : LET (Linear Energy Transfer) = E / x RBE (Relative Biological Effectiveness) = D / D OER (Oxigen Enhauncement Ratio) = D / D 0 (D 0 è la dose in aria per il tessuto completamente ossigenato in aria a pressione normale) L'effetto della irradiazione dipende sia dal tipo di radiazione utilizzata che dalle caratteristiche del tessuto irradiato. (proprietà fisiche e biofisiche della radioterapia) in Protonterapia: D eq = D RBE Piano di trattamento su curve isodose ed isoeffetto Adroterapia

Un Semiempirico approccio nella valutazione dell'RBE (Belli et al.) (1) Esperimenti su colture cellulari determinano curve dose-risposta a seguito di irraggiamento con fasci monoenergetici e si ottengono le relative curve sopravvivenza cellulare. Si ipotizza che la sopravvivenza cellulare vada come exp (- D - D 2 ) e con un fit si ottengono i valori dei parametri. e dipendono dallenergia delle particelle incidenti e questo esprime il fatto che lefficacia biologica dipende dallenergia Ma negli irraggiamenti in adroterapia si è in una situazione molto lontana da quella di un fascio monoenergetico. Infatti anche se il fascio iniziale fosse monoenergetico, dopo che esso ha attraversato un certo spessore di materiale, in particolare il tessuto anteposto al volume bersaglio, le particelle che lo costituiscono hanno una distribuzione energetica non più praticamente piccata su di un singolo valore, e la larghezza di questa distribuzione aumenta con lo spessore attraversato; (Straggling)... non mi inoltro troppa ma risultati sperimentali mostrano che l'RBE dipende oltre che dall'LET anche dallo spessore del tessuto attraversato

Un Semiempirico approccio nella valutazione dell'RBE (Belli et al.) (2) Se in un certo volumetto del tessuto bersaglio i protoni che rilasciano la dose hanno una distribuzione normalizzata di energia n(E), la dose totale rilasciata è data da: Se si vuole conoscere leffetto per una certa dose, basta ricavare il valore di KN p dalla [1] e sostituirlo nella [2], dove appaiono le funzioni (E) e (E). Queste stesse due ultime espressioni possono essere utilizzate per ricavare lRBE da associare ad una certa distribuzione di energia n(E), per un dato livello di sopravvivenza S X. Infatti, si può dapprima utilizzare S x = exp (- D - D 2 ) applicata alla radiazione di riferimento, calcolare lammontare di dose D X rilasciata da questultima e corrispondente a S X ; inoltre, sostituendo S X in [2], questa espressione diventa unequazione quadratica in KNp. Sostituendo la sua soluzione in [1] si può calcolare la dose D rilasciata da protoni con distribuzione di energia n(E) e che hanno causato un livello di sopravvivenza S X, e quindi il relativo RBE, uguale a D X /D. dove L(E) è il LET in funzione dellenergia, N p il numero totale di protoni, e K un fattore di proporzionalità dipendente dalle unità di misura scelte. Utilizzando la distribuzione n(E) la sopravvivenza si esprime con: [1] [2]

Un Semiempirico approccio nella valutazione dell'RBE (Belli et al.) (3) Schema del metodo impiegato per il calcolo della sopravvivenza nei diversi punti del tessuto attraversato dal fascio. Le simulazioni con codici Monte Carlo danno le distribuzioni in energia, in ogni punto di interesse, dei protoni che rilasciano la dose, e gli esperimenti con protoni monoenergetici permettono di determinare i parametri a e b delle curve di sopravvivenza a diverse energie. Integrando queste informazioni con il modello per linterazione tra le diverse componenti energetiche, si ha la sopravvivenza a seguito dellirraggiamento con ogni dato spettro.

OER (Oxigen Enhauncement Ratio) Ad aumentare del LET diminuisce il valore dell'OER, dunque gli ioni C ed Ne sembrano efficaci nella terapia di tumori poco ossigenati.

Dose assorbita in acqua per fasci di elettroni prodotti da un acceleratore lineare Percorso massimo nel tessuto, espresso in centimetri, circa uguale alla metà dell'energia iniziale del fascio espressa in MeV. Gli elettroni sono usati per trattamenti profondi fino a qualche centimetro dalla superficie cutanea.

Dose assorbita in acqua per fasci di fotoni prodotti da un acceleratore lineare Andamento esponenziale decrescente dopo un massimo a pochi centimetri. I fotoni sono usati per trattamenti profondi anche a molti centimetri dalla superficie della cute.

Dose assorbita in acqua (fotoni, neutroni, elettroni, protoni) Le curve dose-profondità di fasci di protoni danno luogo al "picco di Bragg". Per i protoni dunque la dose superficiale è bassa se confrontata con la dose assorbita nella regione del picco.

Picco di Bragg allargato (Spread-Out Bragg Peak = SOBP) Variando l'energia durante l'irradiazione in modo ben controllato è possibile sovrapporre molti picchi di Bragg ed ottenere un SOBP

SOBP, PLATEAU e TAIL I protoni e gli ioni possono essere utilizzati per realizzare terapie conformi molto accurate. Per gli ioni esiste una "coda" (TAIL) dovuta alla frammentazione dei nuclei incidenti. I frammenti più leggeri hanno un percorso nella materia maggiore, rispetto ai progenitori e determinano una dose oltre il picco. (Il Neon è pesante...al massimo l'ossigeno se si vuole terapia conformazionale)

Dipendenza della posizione del picco di Bragg dall'energia iniziale del fascio Per raggiungere profondità superiori a 25 cm, i fasci di protoni devono avere energia iniziale non inferiore ai 200 MeV

Curva isodose con fotoni e protoni (trattamento di un liposarcoma retroperitonale adiacente al midollo spinale) L'irradiazione conformazionale è migliore nei protoni