vol. 5 4/2016 Inżynier i Fizyk Medyczny
192
radioterapia
\
radiotherapy
artykuł naukowy
\
scientific paper
Wstęp
Można by zaryzykować stwierdzeniem, że radioterapia jako
metoda leczenia rozpoczęła się od radiochirurgii. Dlaczego?
W pierwszych latach stosowania promieniowania jonizującego
w medycynie stosowano dawki jednorazowe. Niestety powikłania
po leczeniu znacznie przewyższały wyleczenia, dlatego zdecydo-
wano się na „podzielenie” dawki przepisanej na mniejsze frakcje.
Przez wiele lat usiłowano opracować optymalny sposób frakcjo-
nowania dawki. Stosowano małe dawki frakcyjne, które apliko-
wano jeden raz lub kilka razy dziennie (niskie dawki frakcyjne to
hipofrakcjonowanie). Próbowano podawać duże dawki frakcyjne
z kilkudniową przerwą (wysokie dawki frakcyjne to hiperfrakcjo-
nowanie) [1]. Wreszcie w latach pięćdziesiątych ustalono standard
frakcjonowania dawki w radioterapii: dawka frakcyjna 1,8‑2,2 Gy
aplikowana raz na dzień, czyli z przerwą ok. 24-godzinną, pięć razy
w tygodniu (z zachowaniem przerwy sobotnio-niedzielnej). Jed-
nak już w latach siedemdziesiątych zauważono, że „uniwersalny”
standard frakcjonowania dawki nie „działa” w sposób optymalny
na wszystkie guzy nowotworowe. Pojawiły się modele matema-
tyczne [2-4] opisujące wpływwielkości dawki frakcyjnej oraz czasu
trwania radioterapii na wyniki leczenia. W latach osiemdziesiątych
zauważono, że wydłużenie czasu trwania radioterapii zmniejsza
szanse chorego na wyleczenie [5]. W latach dziewięćdziesiątych
po raz pierwszy od momentu wykorzystania promieniowania
jonizującego w praktyce klinicznej zrezygnowano z przerwy so-
botnio-niedzielnej [6]. Początek XXI wieku to bardzo intensywne
poszukiwania modeli matematycznych, które pomogłyby radio-
terapeutom wybrać optymalny sposób frakcjonowania dawki
dla konkretnego guza nowotworowego. Z wszystkich rozważań
radiobiologicznych wynikało, że większa dawka frakcyjna zwięk-
sza prawdopodobieństwo zniszczenia komórek nowotworowych,
ale niestety również komórek zdrowych – prawidłowych, które
otaczają guz nowotworowy [7, 8]. W tym miejscu warto wrócić
do lat sześćdziesiątych ubiegłego wieku. Kierując się wytyczny-
mi radiobiologicznymi, szwedzki neurochirurg Lars Leksell [9, 10]
zaprojektował aparat terapeutyczny do napromieniania małych
zmian nowotworowych w mózgu. Założenie było proste: jeżeli
guzów nowotworowych znajdujących się wmózgu nie można usu-
nąć chirurgicznie, zniszczmy je promieniowaniem jonizującym. Tak
powstało pojęcie „radiochirurgia”. Tym aparatem był mocno zmo-
dyfikowany aparat kobaltowy, który pod nazwą GammaKnife jest
używany w praktyce klinicznej do dnia dzisiejszego. Niestety, ma
on poważne ograniczenia w radioterapii, może być stosowany tyl-
ko do napromieniania guzów w głowie. Podsumujmy: radiochirur-
gia to napromienienie dużymi dawkami frakcyjnymi małych guzów
nowotworowych. Z punktu widzenia radiobiologii to korzystne
rozwiązanie, większa dawka to większe prawdopodobieństwo
zniszczenia komórek nowotworowych. Nie mniej ważna jest mała
objętość napromieniana [11, 12].
Na przełomie XX i XXI wieku wprowadzono do praktyki kli-
nicznej zmodyfikowany akcelerator biomedyczny CyberKnife
[13]. Aparat ten pozwala na generowanie bardzo małych wiązek
promieniowania, dawka może być podawana bardzo precyzyj-
nie, systemy obrazowania pozwalają na weryfikację zgodności
rzeczywistego położenia chorego z zaplanowanym w procesie
przygotowania chorego do radioterapii. Na początku lat dzie-
więćdziesiątych ubiegłego wieku akceleratory biomedyczne zo-
stały wyposażone w kolimatory wielolistkowe, pojawiła się moż-
liwość zaplanowania pól wiązek promieniowania o dowolnym
kształcie, można było zrezygnować z osłon indywidualnych [14].
Jednak pierwsze kolimatory wielolistkowe zostały zainstalowa-
ne w drugiej połowie lat siedemdziesiątych w bombach kobal-
towych, wprowadzono ruch listków kolimatora w czasie ekspo-
zycji promieniowania. Rozwiązanie to w bombach kobaltowych
nie przyjęło się, natomiast w akceleratorach biomedycznych
jak najbardziej. I tak doszliśmy do technik dynamicznych, które
zostały wprowadzone do radioterapii, aby zmniejszyć dawkę
w narządach krytycznych [15, 16]. Obrotowe techniki napromie-
niania w radioterapii stosowane już były od lat sześćdziesiątych
ubiegłego wieku. Pozwalały one na uzyskanie wysokich dawek
w punkcie obrotu ramienia (izocentrum) akceleratora/bomby
kobaltowej. Dochodzimy do momentu, kiedy techniki te zosta-
ły połączone: technika obrotowa z modulacją intensywności
dawki. Pojawiła się możliwość ochrony tkanek zdrowych (ruch
listków kolimatora) i podanie wysokiej dawki w punkcie obrotu
ramienia (izocentrum) akceleratora [17-20]. Czyli idealna (?) tech-
nika do napromieniania małych zmian nowotworowych dużymi
dawkami. Pozostał tylko jeden problem do rozwiązania. Co zro-
bić w sytuacji, kiedy guz nowotworowy zmienia swoje położenie
okresowo, cyklicznie w funkcji ruchów oddechowych? W pierw-
szych latach XXI wieku zaprojektowano układy, które wyłączają
ekspozycję promieniowania, gdy guz nowotworowy znajduje się
poza wiązką promieniowania, aby nie napromienić tkanek zdro-
wych [21]. Równocześnie, kiedy guz był poza wiązką promienio-
wania, nie otrzymywał planowanej dawki. W tym miejscu należy
odpowiedzieć sobie na pytanie: co dzieje się z mocą dawki, kiedy
włącza się promieniowanie? Moc dawki wzrasta, po włączeniu
promieniowania potrzeba pewnego czasu, aby osiągnęła ona
maksimum. Jest to czas kilku milisekund, tym niemniej w tym
czasie jest ona mniejsza od planowanej. Jeżeli ten proces powta-
rzałby się kilkanaście razy w czasie frakcji, zaplanowana dawka
nie byłaby osiągnięta. Producenci akceleratorów biomedycznych
rozwiązali ten problem w ten sposób, że działo elektronowe ge-
neruje wiązkę, ale nie opuszcza ona kolimatora. W ten sposób
czas, kiedy wiązka osiąga pełną moc, został znacznie skrócony.
Można zatem połączyć te techniki (dynamiczną zmianę pola
wiązki, obrót ramienia akceleratora oraz bramkowanie oddecho-
we, czyli VMAT z gatingiem) i zastosować je do radiochirurgii.
Dlaczego radiochirurgia?
Rozważania radiobiologiczne
Radiochirurgia to napromienianie małych zmian, głównie nowo-
tworowych, dużymi dawkami frakcyjnymi. Dużymi, czyli znacz-
nie przekraczającymi „klasyczne” dawki dwugrejowe. Zazwyczaj
