Sbobinatura Diagnostica per Immagini e RadioterapiaProf.11/03/15 ore 14-16

PRINCIPI DI RADIOTERAPIA

Le definizioni che daremo servono per meglio comprendere cos'è questa disciplina, a cosa serve questa disciplina, aiutano nello studio degli argomenti che fanno parte del programma e soprattutto aiutano per rispondere correttamente agli esami.

– La Radioterapia è una disciplina medica che utilizza a scopo terapeutico le radiazioni ionizzanti, le quali, quindi, possono essere definite come il farmaco che viene utilizzato quando il paziente deve essere sottoposto ad un trattamento radiante.– La Radioterapia NON è una tecnica, bensì una disciplina medica.– Le radiazioni ionizzanti servono quasi esclusivamente per il trattamento di neoplasie maligne; solo in casi selezionati possono essere utilizzate per il trattamento di neoplasie benigne.– Insieme alla chirurgia, la Radioterapia, è l'unica modalità terapeutica che può eradicare la malattia neoplastica.– La Radioterapia viene utilizzata sia da sola e sia in concomitanza con trattamenti farmacologici sistemici (chemioterapia, terapia ormonale, terapia immunologica e cosi via).– La Radioterapia può precedere o seguire un intervento chirurgico: → quando precede un intervento chirurgico, si parlerà di Radioterapia pre-operatoria (o Radioterapia neoadiuvante); → quando segue un intervento chirurgico, si parlerà di Radioterapia post-chirurgica ( o Radioterapia adiuvante); → quando sarà l'unica terapia, si parlerà di Radioterapia curativa.

– Abbiamo detto che le radiazioni ionizzanti sono il farmaco che la Radioterapia utilizza.Le radiazioni ionizzanti sono radiazioni elettromagnetiche capaci di provocare ionizzazioni, quindi devono essere dotate di una certa energia.Le radiazioni ionizzanti possono essere utilizzate sia a scopo diagnostico e sia a scopo terapeutico. Prevalentemente vengono utilizzati i fotoni X ad alta energia; i fotoni X sono radiazioni elettromagnetiche prive di carica, che viaggiano nel vuoto alla velocità della luce e che sono caratterizzate da una frequenza e da una lunghezza d'onda: → all'aumentare della frequenza e al diminuire della lunghezza d'onda, aumenta l'energia della radiazione fotonica.

– Nelle interazioni delle radiazioni con la materia, a seconda dell'energia dei fotoni, prevalgono l'effetto fotoelettrico oppure l'effetto Compton: → per radiazioni di bassa energia, prevale l'effetto fotoelettrico; l'effetto fotoelettrico risente del numero atomico, allora: maggiore è il numero atomico, maggiore sarà l'assorbimento delle radiazioni. Pensiamo, per esempio, ad una pellicola radiografica e vediamo che ci sarà una scala di grigi che va dal bianco al nero; abbiamo detto che i fotoni X a bassa energia risentono del numero atomico. Per la Diagnostica per Immagini si utilizzano fotoni X a bassa energia; se consideriamo una radiografia vediamo che le ossa le vediamo bianche e l'aria la vediamo nera → questo perché le ossa hanno un elevato numero atomico e quindi assorbono tutte le radiazioni e la pellicola non si può impressionare e rimarrà quindi bianca; l'aria, invece, ha un numero atomico trascurabile e quindi non assorbirà radiazioni (le quali quindi attraverseranno incontrastate l'aria) e quindi la pellicola si vedrà nera; lì dove ci sono i vasi e le altre strutture vedremo una scala di grigi e su

questa base il radiologo interpreta le immagini. → le radiazioni fotoniche ad alta energia, invece, non risentono del numero atomico, bensì risentono della densità elettronica. Per esempio, se devo trattare un tumore posto al di là dell'osso (cioè l'osso è interposto tra le radiazioni e il tumore) dovrò utilizzare radiazioni ad alta energia, perché se usassi radiazioni a bassa energia verrebbero assorbite dall'osso (perché abbiamo detto che le radiazioni a bassa energia risentono del numero atomico) e non raggiungerei il tumore.

In Radioterapia si utilizzano anche radiazioni a bassa energia (dell'ordine di 40-50-60 kV), per esempio per trattare tumori cutanei (superficiali); quindi maggiore è la profondità del bersaglio da trattare, maggiore deve essere l'energia dei fotoni che devo utilizzare per raggiungerlo.

– In Radioterapia, come radiazioni, posso essere utilizzati anche gli elettroni; gli elettroni, al contrario dei fotoni X, hanno una massa e una carica.

– In radioterapia, come radiazioni, posso essere utilizzate anche le particelle pesanti (Adroterapia): protoni, neutroni e quant'altro.

Contrariamente ai fotoni X, che attraversano bene la materia essendo privi di carica e vanno maggiormente in profondità se hanno una maggiore energia, gli elettroni e gli adroni hanno una massa e una carica; consideriamo un muro di gomma: se io direziono un fascio luminoso contro il muro di gomma e il muro di gomma è sottile, un po' di luce riesce a superare il muro; se invece il muro di gomma è spesso, la luce non supererà il muro di gomma; se, invece, lancio una pietra contro il muro di gomma, il muro di gomma si piegherà a seconda dell'energia e della massa della pietra che ho lanciato. Quando la pietra avrà ceduto tutta l'energia iniziale al muro di gomma, la pietra cascherà a terra e il muro di gomma tornerà normale.L'esempio del muro di gomma è un modo per spiegare il PICCO DI BRAGG. Il picco di Bragg si raggiunge lì dove una particella con carica e massa rilascia tutta la sua energia. Vediamo di spiegarlo un po' meglio. Il fotone avrà il 100% di capacità terapeutica, a seconda dell'energia del fotone, per esempio ad 1,5cm, a 2cm, a 3cm, poi prosegue la sua corsa e, magari, a 20cm di profondità ci sarà il 60% della sua energia.La particella pesante, incontrando il corpo, rilascia pochissima energia fino a quando non incontra una resistenza capace di fermare la sua corsa → lì dove la particella pesante si ferma si avrà il picco della dose terapeutica e al di là del picco (quindi al di là della resistenza che ne ha fermato la corsa) non ci sarà più dose terapeutica.

Quindi, i fotoni vanno in profondità e rilasciano la dose in maniera graduale a seconda della profondità; le particelle pesanti rilasciano tutta l'energia in profondità provocando poca tossicità al davanti del bersaglio e nulla tossicità posteriormente al bersaglio.Tutto questo è importante perché in Radioterapia dobbiamo tenere in mente due concetti:1) concetto di tessuto trattato: è quel volume contenente la neoplasia che deve ricevere una dose terapeutica2) concetto di tessuto irradiato: è tutto ciò che sta intorno [alla neoplasia] e che comunque riceve una dose di radiazioni, anche bassa.L'effetto stocastico delle radiazioni: significa che non esiste una dose soglia che possa preservare da un danno da radiazioni; quindi qualunque dose è teoricamente capace di provocare un danno genetico, cellulare.

La Radioterapia ha come concetto fondamentale quello di erogare una giusta dose terapeutica ad un volume preciso risparmiando il più possibile i tessuti sani. Per fare questo si ha la necessità di entrare da più parti. Se ho un volume addominale, è impensabile che io possa entrare solo da una porta (come per esempio in un radiogramma diretto dell'addome), dovrò, invece, avere una porta che entra dal davanti, una porta che entra da un lato, una porta posteriore e una che entra dall'altro

lato; naturalmente, il volume trattato avrà una forma quadrata, limitata; il volume irradiato, invece, avrà una forma molto più ampia perché è tutto quel tessuto che comunque viene attraversato dalle radiazioni.

Per far si che il volume trattato riceva la giusta dose e il volume irradiato sia il minore possibile dobbiamo utilizzare delle tecniche radioterapiche che più o meno in modo sofisticato ci permettono di raggiungere questi obiettivi. L'obiettivo, come in farmacologia, è quello di migliorare l'indice terapeutico, che non è altro che il rapporto tra costo (in termini di tossicità) e beneficio; dobbiamo sempre avere un rapporto costo/beneficio < 1 , perché se è >1 dobbiamo riflettere se è il caso di utilizzare questo farmaco (radiazione ionizzante o qualsiasi altro farmaco) oppure no.

Torniamo un po' indietro.Per far sì che noi possiamo erogare questa dose di radiazioni al giusto tessuto abbiamo delle macchine che ci aiutano. Le macchine sono una cosa e le tecniche sono altra cosa; con la stessa macchina posso fare più tecniche... mai individuare la macchina con la tecnica!Le macchine che vengono utilizzate in Radioterapia sono i cosiddetti acceleratori lineari; gli acceleratori lineari sono delle macchine complesse provviste di una guida d'onda sulla quale vengono accelerati degli elettroni. Avete presente il soggetto che fa surf? Il soggetto sta sull'apice dell'onda e man mano che prende altre onde aumenta la velocità. La stessa cosa succede all'elettrone, il quale viaggia su questi picchi di onda e man mano aumenta la sua velocità, la sua energia fin quando non va a sbattere contro un materiale che ne frena la corsa e si provoca la produzione di fotoni X ad alta energia; se noi non facciamo sbattere gli elettroni contro il materiale abbiamo la possibilità di utilizzare gli elettroni anche a scopo terapeutico [e quindi non solo come mezzo per produrre fotoni X].Quindi, gli acceleratori lineari, generalmente, sono macchine capaci di erogare tecniche radioterapiche utilizzando sia fotoni X ad alta energia e sia elettroni.

Gli elettroni hanno una capacità di penetrazione in profondità molto bassa perché non sono dotati di un'energia molto elevata, quindi gli elettroni vengono impiegati per il trattamento delle patologie superficiali. Quindi le patologie superficiali possono essere trattate con gli elettroni o con fotoni X a bassa energia (cioè dell'ordine di kV, perché quando parliamo di fotoni X ad alta energia intendiamo quelli con un'energia dell'ordine dei MV).

Quindi, gli acceleratori sono macchine capaci di erogare fotoni X ad alta energia oppure elettroni ad alta energia.Con gli acceleratori si eroga la cosiddetta Radioterapia Esterna (o Teleterapia).Le tecniche che possono essere utilizzare per fare una radioterapia esterna sono:– Tecnica a due dimensioni (2D), ormai obsoleta ma viene utilizzata in qualche caso. Significa che la profondità del mio volume la trovo utilizzando due piani ortogonali, quindi in due dimensioni.– Tecnica 3D conformata, tecnica moderna e attuale di erogazione. Significa che il mio volume lo ricostruisco in modo tridimensionale e conformo il fascio a seconda della forma tridimensionale del volume; quindi il volume è fisso e il fascio segue la forma del volume, però l'intensità del fascio è sempre uguale.– Tecnica ad intensità modulata della dose, tecnica moderna e attuale di erogazione. Con questa tecnica la ricostruzione del volume è tridimensionale così come nella tecnica 3D, però il fascio non ha sempre la stessa intensità durante tutta l'esposizione, perché ci sono delle lamelle che, a seconda della conformazione del volume, si aprono o si chiudono per far sì che l'intensità della radiazione venga modulata a seconda della forma del volume.– Tecniche volumetriche, distinte in: volumetriche elicoidali e volumetriche seriali. In una tecnica volumetrica, la radiazione seguirà un angolo a 360° rispetto al volume (come avviene nella TC) e la dose non solo entra seguendo tutta la circonferenza del paziente, ma durante l'erogazione si ha il

movimento delle lamelle, quindi cambia la forma e cambia anche l'intensità della dose. Quindi questa è una tecnica IMRT [RadioTerapia ad Intensità Modulata] evoluta.– Tecnica stereotassica, che sarà oggetto di una lezione a parte, quindi è inutile soffermarsi adesso.

Secondo voi, il tessuto trattato è meglio trattato con quali di queste tecniche di cui abbiamo detto? Quelle elicoidali, perché la distribuzione è migliore. E secondo voi quali di queste tecniche incrementa il tessuto irradiato? Sempre quelle elicoidali. Quindi, se con la volumetrica da un lato abbiamo una migliore distribuzione della dose terapeutica nel volume, di contro dobbiamo tenere conto che il tessuto irradiato è molto più ampio.

[Il professore risponde ad una domanda]: 2D e 3D è come noi acquisiamo la forma del volume. Se io acquisisco in due dimensioni, faccio una radiografia [dice qualcosa che mi è incomprensibile] ortogonale. Mi spiego meglio: se io ho un tumore superficiale (che posso misurare con un calibro) ed emetto un [forse dice “tanto”] di elettroni, questa di fatto è una tecnica in 2D, perché non mi interessa ricostruire in modo tridimensionale come la dose si distribuisce, perché ho un volume così, la dose arriva e mi basta così.3D è quando io mi ricostruisco sia il volume e sia gli organi sani.[il professore risponde ad un'altra domanda sempre inerente alla prima]: certo, l'orientamento è sempre uguale; io posso fare un campo a 0° e uno a 90° in 2D e un campo a 0° e uno a 90° in 3D. In poche parole, se voglio fare una ricostruzione tridimensionale devo acquisire delle immagini (per esempio immagini mediante TC) che mi consentono poi di fare una ricostruzione sui piani assiale, coronale e sagittale; se, invece, faccio una tecnica in 2D è o … [non capisco cosa dice] oppure con due radiogrammi ortogonali che sono su due dimensioni.

Per fare le tecniche da 3D in su, il nostro volume deve essere acquisito tramite imaging sofisticato, quale la Tomografia Computerizzata (TC); vi consiglio di non parlare di TAC (Tomografia Assiale Computerizzata) ma di TC; perché la TAC è la vecchia dizione, perché le vecchie macchine consentivano solo una visione assiale; le nuove macchine di TC consentono una ricostruzione lungo tre piani (assiale, coronale e sagittale); quindi, noi che siamo medici o futuri medici dobbiamo chiamarla TC e non TAC, la dizione TAC la lasciamo a chi non si occupa di medicina.

Ritornando alle tecniche di radioterapia esterna.Che differenza c'è tra la tecnica volumetrica seriale e quella elicoidale? La seriale è un campo grande che ruota tutto intorno al paziente, e quindi si fa con i normali acceleratori lineari; la volumetrica elicoidale, invece, prevede un gantry come quello della TC che ruota intorno al paziente e il lettino si muove, quindi la terapia viene fatta fetta per fetta.I nomi commerciali della volumetrica elicoidale sono quelli della tomoterapia, che sicuramente avrete sentito nominare. Quindi, vedete come la macchina non deve essere mai identificata con la tecnica, perché la tecnica che si fa con l'apparecchio di tomoterapia che è un marchio registrato... [non completa la frase] è come se al posto di dire “io uso l'acetilsalicilico” dico “io uso l'aspirina della Bayer”, “io uso Bayer”, è un errore! Allo stesso modo, in Radioterapia, non bisogna mai dire “io uso la Tomoterapia”, “io uso il Vero”, “io uso la Gamma Knife”, “io uso la Cyberknife” bensì dirò “io uso un acceleratore che mi consente di fare una tecnica stereotassica”, “io uso una macchina che mi consente di fare una tecnica volumetrica”; non confondiamo mai il nome della macchina con la tecnica! E' una cosa a cui tengo molto.So che girano degli appunti in cui non è ben chiara la distinzione tra macchina e tecnica.

Oltre a fotoni X prodotti in maniera “elettrica”, vengono utilizzati a scopo terapeutico anche delle radiazioni prodotte per decadimento radioattivo. Una volta venivano utilizzati per la radioterapia esterna anche i fotoni gamma del cobalto-60; tenete presente che il fotone gamma prodotto per decadimento radioattivo del cobalto-60 è IDENTICO al fotone X prodotto in maniera “elettrica”; il nome X o gamma viene semplicemente dal fatto che Röntgen non sapeva a cosa si trovava di fronte

(e li chiamò “fotoni X”) e lo stesso vale per Becquerel (e li chiamò “fotoni gamma”); fotoni gamma e fotoni X sono entrambe radiazioni:– prive di carica– che viaggiano alla velocità della luce– che non hanno nessuna differenza tra loro

Ad oggi le radiazioni prodotte per decadimento radioattivo vengono impiegate prevalentemente per la terapia da contatto (o Brachiterapia). La Brachiterapia è la seconda grande modalità di erogazione del trattamento radiante. Quindi, prima abbiamo parlato dei fasci esterni e adesso della Brachiterapia.Nella Brachiterapia, l'irradiazione viene erogata direttamente lì dove c'è la patologia. L'esempio principe della Brachiterapia è la terapia endocavitaria per i tumori dell'utero: degli applicatori, che vengono posizionati in sede uterina, sono collegati ad una apparecchiatura esterna che è collegata ad una cassaforte che contiene il materiale radioattivo (in genere iridio-192); una volta che gli applicatori vengono posizionati, il personale esce dalla sala dove viene erogata la terapia e tramite una guida computerizzata le sorgenti radioattive escono dalla cassaforte e, percorrendo la guida, si vanno a posizionare (per un periodo ti tempo predeterminato) all'interno degli applicatori; questa si chiama Brachiterapia con sistema afterloading, cioè metto l'applicatore privo di materiale radioattivo, il personale esce e dall'esterno vengono inviate le sorgenti.Un'altra modalità di Brachiterapia è quella Interstiziale. Nella brachiterapia interstiziale, il materiale radioattivo viene posto direttamente all'interno dell'organo malato; prevalentemente viene utilizzata per neoplasie del cavo orale e negli stadi iniziali delle neoplasie prostatiche.

L'ultima modalità di erogazione del trattamento radiante è quella INTRAOPERATORIA. Avrete sicuramente sentito parlare di IORT ( Intraoperative Radiation Therapy) che viene erogata prevalentemente utilizzando un acceleratore lineare che è posto direttamente nella sala operatoria; è un acceleratore lineare che, a differenza di quelli che abbiamo visto prima, è capace di erogare solo elettroni ed è una macchina dedicata a Radioterapia Intraoperatoria. Tenete presente che le prime esperienze di tecnica intraoperatoria sono state condotte portando il paziente dalla sala operatoria al bunker dove c'era l'acceleratore lineare e il fascio di elettroni veniva posto direttamente sul letto chirurgico. Quindi, parlare di IORT con acceleratore dedicato è corretto, mentre parlare ad esempio di NOVAC è sbagliato, perché NOVAC indica il nome dell'acceleratore dedicato alla Radioterapia Intraoperatoria, la quale è una tecnica. Chiara la distinzione?

Luca Mazzeo