Diagnostica per immagini e radioterapia: evoluzione e applicazioni cliniche

Radioterapia: Introduzione e Contesto

Il professore comunica che la lezione di oggi è la prima delle quattro lezioni di Radioterapia e aggiunge che è stata anticipata rispetto al programma in seguito a uno scambio con la terza lezione del professor Carnevale, posticipata quindi a mercoledì. Il professore prosegue con l'introduzione intimandoci a mantenere vivo il "sacro fuoco" della curiosità nel nostro percorso di studi e nella pratica futura al fine di conoscere ciò che non sappiamo e approfondire ciò che conosciamo.

La lezione odierna affronterà come le radiazioni ionizzanti agiscono sui tessuti nel contesto della radioterapia, utilizzata nella grande maggioranza dei casi (secondo il professore nel 98% dei casi) per colpire tumori solidi e non solidi.

La radioterapia è quella branca della medicina che si occupa di curare i tumori impiegando a scopo terapeutico oncologico le radiazioni ionizzanti. Queste radiazioni provocano degli effetti biologici interagendo con i tessuti, ma provocano anche degli effetti terapeutici e degli effetti collaterali, dati dal fatto che anche i tessuti sani possono subire l'insulto radiologico. Mentre gli effetti biologici sono argomento di trattazione della Radiobiologia, una specializzazione parallela, gli effetti terapeutici e gli effetti collaterali rientrano nel mondo della Clinica.

Storia della Radioterapia

Il professore ci invita a tener bene a mente le caratteristiche principali dell'infiammazione tumorale: Calor, Rubor, Tumor, Dolor e Functio lesa, spiegandoci come le cellule tumorali perdono la regolazione per avviare la crescita disordinata e disorganizzata che formerà la neoplasia. È bene ricordare che è il tumore l'obbiettivo principale della radioterapia, i cui specialisti lavorano in sinergia con i chirurghi e soprattutto con gli oncologi, specialisti nell'utilizzo dell'immunoterapia.

La radioterapia è una branca della medicina che nasce in Italia nel 1990 ma è già disciplina clinica nel 1922 grazie al Congresso Internazionale di Parigi. La precedente scoperta de raggi X L'iniziale lavoro dei Padri della radioterapia nel 1895, la scoperta della radioattività naturale nel 1896 e la scoperta del radio nel Non esistevano all'epoca gli strumenti atti a fornire sistematicità a successi già allora evidenti ma fondati più sulla capacità di osservare e sperimentare del singolo clinico che su un'impostazione razionale del lavoro. 1898 sono stati momenti fondamentali nello sviluppo di questa specializzazione.

I progressi nelle conoscenze vennero da studi soprattutto europei. Il professore precisa che i raggi X, Da una condizione di totale empirismo, con la ricerca di effetti qualche volta dimostratisi inesistenti, si giunse gradualmente alla quantificazione delle risposte biologiche, alla definizione di metodologie di studio, allo sviluppo di tecniche di trattamento. protagonisti della lezione, sono fotoni che vengono creati e proprio per questo sono diversi dal decadimento e dalla radiazione In altre parole nacquero le basi scientifiche della radioterapia. del Radio che è un processo naturale.

1I pionieri del campo aggiunsero quindi alla pratica radiologica esclusivamente mirata alla diagnosi la nuova disciplina clinica della Radioterapia che, insieme alla Medicina Nucleare, si concentra sullo scopo terapeutico. Inizialmente nasce come disciplina empirica, addirittura i primi pazienti ricevettero cosmetici fatti con impasti naturali contenenti radioisotopi con lo scopo di arrossare la pelle a scopi estetici. Fin dagli inizi la radioterapia si sviluppa osservando e quantificando la risposta dei pazienti alle tecniche di trattamento cercando di migliorare negli anni le armi a disposizione contro il tumore.

Tecniche Radioterapiche

Nascono quindi due gruppi di tecniche radioterapiche attualmente in uso:

1. La Radioterapia transcutanea, la vecchia roentgenterapia, all'epoca effettuata con fotoni X a energia molto bassa.
2. La Curieterapia o brachiterapia con Radio, Radon, Torio.

A queste attualmente si aggiunge la tecnica radioterapica intraoperatoria, che non si effettua più nel centro di Ferrara da più di un anno.

Pionieri e Strumenti Storici

Primo trattamento brachiterapico Golden e London (S.Pietroburgo) trattamento di un basalioma del viso 1903 I veri pionieri: ... Pierquin, Richard alamı Collare con sorgenti di radio - Brachiterapia endocavitaria -Sistema di Parigi e di Manchester "I ciarlatani" :... Il radio è utile per tutto: inalazione crema di bellezza, bagno stimolante ..??

Nei disegni sono ritratte le prime tecniche di Radioterapia: un collare utilizzato per i tumori testa-collo, un dispositivo per il tumore della cervice uterina, degli aghi utilizzati nella brachiterapia interstiziale ancora oggi in uso sotto forma di tubi flessibili volti a somministrare alte dosi di radiazioni al tumore minimizzando gli effetti sul tessuto sano circostante.

Nella foto è rappresentato il Cobalto-60, uno strumento del primo centro italiano di Radioterapia sorto nel 1957 in Val Sugana, nell'ospedale di Trento. Le pareti dell'ospedale erano costruite attaccate alla roccia e quindi la struttura era perfetta per evitare problemi di radio-conduzione. Ad oggi questi strumenti sono stati sostituiti da acceleratori lineari in grado di produrre fotoni.

Radiazioni e Strumenti Attuali

2A scopo terapeutico vengono utilizzate tutte le radiazioni nel contesto della radioterapia: i protoni, prodotti dalla ionizzazione del nucleo atomico, gli elettroni, i neutroni ma anche le radiazioni alfa, beta e soprattutto i fotoni ad alta energia. Questi ultimi infatti sono quelli maggiormente adoperati nei centri di radioterapia regionali associati agli ospedali di provincia, come a Ferrara, e sono utilizzati attraverso acceleratori lineari che producono raggi X. Questi raggi hanno un'altissima energia che viene misurata in Megavolt a differenza delle energie utilizzate nella radiologia che sono nell'ordine dei kilovolt. Alla base dell'acceleratore lineare (Linac) c'è il celebre tubo di Curie produttore di raggi X che, grazie alle alte energie, permette di ionizzare la materia ad una profondità più elevata.

Nelle foto sono ritratti gli strumenti attualmente utilizzati nel mondo della radioterapia per produrre radiazioni ionizzanti. In alto a sinistra, un acceleratore lineare di ultima generazione Any SAS ar SBRT trecement in 15 minutes or irss che arriverà nei prossimi mesi anche all'ospedale di Cona, in Trutien basso a sinistra un macchinario analogo chiamato Cyber-Knife e in basso a destra un sistema di tomoterapia che effettua la radioterapia in modo elicoidale come una Tac. In alto a destra è invece presente un sistema per la produzione di protoni: si tratta di uno strumento complesso che si trova in Italia solo nel centro di Trento e nel centro di Pavia.

L'Acceleratore Lineare (Linac)

Nell'immagine è riassunto il funzionamento del Linac, un acceleratore lineare di fotoni X, che si compone di diverse parti. Inizialmente un ciclotrone (un generatore di elettroni) produce elettroni che, una volta accelerati nella sezione delle guide d'onda, andranno ad impattare un target di tungsteno dal cui impatto si generano i raggi X. Nella fase finale del processo, i fotoni ad alta energia prodotti vengono diretti verso il paziente attraverso la testata del gantry, la sezione terminale del macchinario. A questo livello e prima dell'emissione finale, l'energia dei raggi, che può spaziare dai 4,6,8,10 MV, viene modulata in base al volume tumorale bersaglio specifico del paziente in terapia grazie alla presenza di collimatori multilamellari che adattano il fascio al profilo della neoplasia.

Il funzionamento di un acceleratore di elettroni è simile ma in questo caso è assente l'impatto con la lastra di tungsteno e gli elettroni sono direttamente convogliati verso il paziente. L'effetto ionizzante di questo tipo di radioterapia è di conseguenza più potente.

Produzione Fotoni X con Acceleratore Lineare

3Acceleratore Lineare - Produzione fotoni X Impatto degli elettroni sul target di tungsteno e produzione di fotoni X Guide d'onda, sezione acceleratrice Generatore di elettroni Sagomatura della geometria del fascio attraverso i diversi collimatori

Produzione e Accelerazione di Particelle Pesanti

Centri specifici adoperano macchinari che utilizzano particelle pesanti come protoni e ioni carbonio per trattare condizioni cliniche particolari. Un esempio è la terapia del melanoma retrooculare, il melanoma è una malattia notoriamente radioresistente che necessita quindi di trattamenti ad alto trasferimento lineare di energia (LET) per avere una risposta terapeutica. Quindi a differenza dei fotoni, che sono radiazioni Produzione e accelerazione di particelle pesanti: elettromagnetiche e quindi trasporto di energia senza materia, si utilizzano in tal caso particelle dotate sia di materia che di carica. Queste particelle vengono accelerate e indirizzate verso un target anch'esse ma utilizzando macchinari complessi di grandi dimensioni che arrivano a occupare interi piani sotterranei.

Le radiazioni Alpha e le radiazioni Beta trovano un'applicazione maggiore con i radioisotopi nell'ambito della medicina nucleare.

La Brachiterapia utilizza invece un tipo di proiettore che utilizza sorgenti di Iridio o di Iodio. Sigillate all'interno del proiettore, queste sorgenti convogliano le radiazioni attraverso dei conduttori simili a cateteri verso il campo da trattare del paziente. Le dimensioni di questo device sono simili a quelle di un capello. Fuente de Ir-192 Encapsulado Cable Conductor 3

Categorie di Radiazioni nella Pratica Clinica

4CATEGORIE DI RADIAZIONI UTILIZZATE NELLA PRATICA CLINICA Le categorie di radiazioni utilizzate nell'ambito della radioterapia e quindi più importanti da ricordare sono i fotoni X a 10 Megavolt, gli elettroni a 12 MeV e i protoni mentre i fotoni y 60Cobalto non sono più attualmente utilizzati. Nei centri provinciali, come quello di Ferrara, vengono utilizzati fotoni X a MV ed elettroni a MV.

Il professore fa due esempi di domande che potrebbero capitare all'esame. "Qual è la definizione di Radioterapia?" e "Che energia devono avere gli elettroni per produrre fotoni X di energia 10MV?", la risposta alla seconda domanda è "10MeV perché i fotoni prodotti per rallentamento hanno la stessa energia dell'elettrone incidente sulla lastra di tungsteno".

Dopo una domanda non udibile di uno studente, il professore spiega nuovamente che il fotone è emesso dal processo di frenamento dell'elettrone che impatta il tungsteno, tuttavia i fotoni possono essere emessi da una qualunque radiazione con una certa energia che attraversa la materia. Anche le radiazioni che colpiscono il paziente sono radiazioni elettromagnetiche che interagiscono con degli atomi e producono fotoni, motivo per cui la radioterapia viene effettuata in bunker che permettono di limitare la nube radiologica di trattamento.

Andamento della Dose in Profondità

Apparecchiature per la Teleradioterapia: andamento della dose in profondità Energia Picco di Bragg Fotoni X ortovoltaggio Fotoni Y 6°Co Fotoni X Linac 10 MV Elettroni Linac 12 MeV Protoni Profondità

Nell'immagine sono rappresentati i diversi andamenti in profondità delle radiazioni radioterapiche. I fotoni y aggiungono il picco di maggiore energia assorbita a 0,8 cm dalla superficie cutanea del paziente trattato, se si dovesse quindi bersagliare un focolaio tumorale situato a 10 cm di profondità dovranno essere aumentati i tempi di erogazione delle radiazioni. Invece, utilizzando i Linac, gli acceleratori lineari multi- energetici che permettono di emettere radiazioni ad energie da 4,6,8,10,12 fino a 18 MV, si ha la possibilità di ottenere un massimo assorbimento più profondo, a circa 1-2 cm di profondità rispetto alla superficie. Inoltre scendendo in profondità l'assorbimento del fotone x si stabilizza e decade meno di quello del fotone y.

La massima profondità è raggiunta dai Protoni zappresentati dal picco di Bragg nell'immagine, che permettono di trattare volumi tumorali in profondità e molto distanti dalla sorgente delle radiazioni.

Modulando questi raggi, l'intervento terapeutico può essere preciso ed efficace rendendo il radioterapista un "chirurgo senza bisturi". 5