Βασικά στοιχεία Ακτινοθεραπείας & Ο γραμμικός επιταχυντής

Είναι η επιστήμη αντικείμενο της οποίας είναι η θεραπεία διαφόρων νόσων με τη χρήση ιοντιζουσών ακτινοβολιών. Είναι μετά της χειρουργικές επεμβάσεις, η περισσότερη χρησιμοποιούμενη μέθοδος αντιμετώπισης θεραπείας καρκίνου και παρουσιάζει την μεγαλύτερη επιτυχία. Εφαρμόζεται σε πάσχοντες από καρκίνο και σε πολλές περιπτώσεις καλοηθών όγκων, όπως ακουστικά νευρινώματα,
δυσπλασίες, μηνιγγιώνματα κ.α. Αποσκοπεί στην εναπόθεση, με τη χρήση δέσμης ακτινοβολίας υψηλής ενέργειας, της μέγιστης δυνατής δόσης στον όγκο στόχο ώστε να υπάρξει  αναστολή της ανάπτυξης του όγκου και της περαιτέρω διαίρεσης των κυττάρων και εν τέλει  πλήρης καταστροφή τους. Πρόκειται για μια σύνθετη κατάσταση αφού υπάρχουν γειτονικοί υγειής ιστοί που είναι αναγκαίο για την αποφυγή σημαντικής βλάβης η ελαχιστοποίηση της εναποτιθέμενης δόσης .

ΕΞΩΤΕΡΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΘΕΡΑΠΕΙΑ

Η θεραπευτική χορήγηση της ιοντίζουσας ακτινοβολίας πραγματοποιείται είτε με την χρήση εξωτερικής δέσμης ιοντίζουσας ακτινοβολίας που προσπίπτει στον ασθενή στοχεύοντας τον όγκο, τεχνική που ονομάζεται εξωτερική ακτινοθεραπεία.

Η εξωτερική ακτινοθεραπεία με τη χρήση δέσμης ιοντίζουσας ακτινοβολίας αποτελεί τον πιο συχνά χρησιμοποιούμενο τρόπο χορήγησης. Συνήθως χρησιμοποιούνται δέσμες ηλεκτρονίων ακτίων – Χ ή ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας, οι οποίες παράγονται από γραμμικούς επιταχύνοντας. Εναλλακτικά, για την παραγωγή της εξωτερικής δέσμης ακτινοβολίας, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ραδιενεργές πηγές γ- ακτινοβολίας, όπως το ραδιονουκλίδιο κοβάλτιο-60. Ωστόσο, η χρήση τους στις μέρες μας είναι περιορισμένη. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι σε σχέση με τους γραμμικούς επιταχυντές α0 η ποιότητα δέσμης από τις ραδιενεργές πηγές είναι χαμηλότερη και β)η ένταση της δέσμης ελαττώνεται με την πάροδο του χρόνου λόγω της ραδιενεργού διάσπασης και απαιτείται αντικατάσταση της πηγής σε εύλογο χρονικό διάστημα ανάλογα με το ραδιονουκλίδιο, γ)  να μπουν μόνο φωτόνια και μάλιστα ενέργειας μικρότερης από αυτή που είναι διαθέσιμη από γραμμικούς επιταχυντές και δ) από άποψη ακτινοπροστασία, η δόση στο προσωπικό είναι μεγαλύτερη λόγω της ύπαρξης ραδιενεργού πηγής που εκπέμπει συνεχώς.

Τα ηλεκτρόνια με ενέργεια από 4 έως 18MeV, που χρησιμοποιούνται στην ακτινοθεραπεία διανύουν αποστάσεις από  έως περίπου 6 cm. Το μικρό αυτό βεληνεκές επιτρέπει τη χρησιμοποίηση τους για την θεραπεία επιφανειακών όγκων με ταυτόχρονο περιορισμό της έκθεσης των υγιών ιστών που βρίσκονται βαθύτερα. Παρόλα αυτά, στις περισσότερες περιπτώσεις αυτό το μικρό θεραπευτικό βεληνεκές δεν επαρκεί αφού οι περισσότεροι όγκοι βρίσκονται σε μεγαλύτερο βάθος μέσα στο σώμα. Έτσι για την θεραπεία της πλειοψηφίας των μη επιφανειακών όγκων, χρησιμοποιούνται κυρίως διεισδυτικές δέσμες φωτονίων με ενέργειες της τάξης του ΜeV.

Γενικότερα το είδος ακτινοβολίας που χρησιμοποιείται και η ενέργεια της αποτελούν βασικές συνιστώσες κατά την ακτινοθεραπεία. Καθώς ο πρωταρχικός στόχος είναι να απορριφθεί η μεγαλύτερη δυνατόν ποσότητα ενέργειας της ακτινοβολίας από τα καρκινικά κύτταρα, τα σωματίδια υψηλού LET θεωρητικά θεωρούνται η καταλληλότερη επιλογή. Έτσι τα βαριά φορτισμένα σωματίδια όπως οι πυρήνες άνθρακα καθώς και πρωτόνια, πρόσφατα χρησιμοποιούνται στην ακτινοθεραπεία σε εξειδικευμένα κέντρα, αλλά προς το παρόν η ακτινοθεραπεία διεξάγεται με τη χρήση είτε υψηλής ενέργειας φωτονίων, είτε β-σωματιδίων που εκπέμπονται από γραμμικούς επιταχυντές.

Γραμμικός επιταχυντής

Οι γραμμικοί επιταχυντές λειτουργούν με τρόπο αντίστοιχο με την λυχνία ακτίνων – Χ, επιταχύνοντας ηλεκτρόνια σε υψηλές τιμές ενέργειας με τη χρήση ηλεκτρομαγνητικών πεδίων ραδιοσυχνοτήτων. Αυτά τα υψηλής ενέργειας ηλεκτρόνια μπορούν να χρησιμοποιηθούν είτε άμεσα, είτε για την παραγωγή ακτίνων – Χ. Οι δέσμες ακτίνων – Χ έχουν συνήθως ενέργεια 6,10 και 18MeV ενώ οι δέσμες ηλεκτρονίων 6, 9, 12, 15 και 18 MeV.

Ένα πυροβόλο ηλεκτρονίων παράγει με θερμιοντική εκπομπή ηλεκτρόνια υπό την μορφή παλμών. Τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται με τη χρήση επιταχυντικής διάταξης η οποία αποτελείται από έναν κυματοδηγό που χρησιμοποιεί ηλεκτρομαγνητικά πεδία ραδιοσυχνοτήτων. Αφού αποκτήσουν ικανή ενέργεια τα ηλεκτρόνια κατευθύνονται στην κεφαλή του γραμμικού επιταχτυντή όπου παράγεται η χρήσιμη δέσμη της ακτινοβολίας.

Όταν ο γραμμικός επιταχυντής πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για ακτινοθεραπεία με ηλεκτρόνια, τότε η δέσμη ηλεκτρονίων εξέρχεται από την επιταχυντική διάταξη μέσω ενός λεπτού παραθύρου και κατευθύνεται προς την κεφαλή όπου σκεδάζεται ή σε μερικές περιπτώσεις σαρώνεται ηλεκτρομαγνητικά ώστε να επιτευχθεί η επιθυμητή διάσταση της χρήσιμης δέσμης.

Όταν ο γραμμικός επιταχυντής πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή δέσμης ακτίνων – Χ , τα ηλεκτρόνια προσπίπτουν σε ειδικό υλικό- στόχο , υψηλού ατομικού αριθμού και χάνουν την ενέργεια τους, της οποίας ένα μικρό μέρος(~3%) μετατρέπεται σε ακτινοβολία Χ ενώ το μεγαλύτερο μέρος της μετατρέπεται σε θερμότητα. 

Στο παρακάτω video φαίνεται η λειτουργία του γραμμικού επιταχυντή!

http://www.youtube.com/watch?v=N3VdaoxndYg

Εξελιγμένες τεχνικές ακτινοθεραπείας

Οι εξελίξεις στις ακτινοθεραπευτικές τεχνικές καθοδηγούνται από την συνεχή προσπάθεια για την αύξηση της απορροφούμενης δόσης από τον όγκο – στόχο με παράλληλη μεγιστοποίηση της προστασίας των παρακείμενων υγιών ιστών. Νέες τεχνικές ακτινοθεραπείας εισάγονται συνεχώς στην κλινική πράξη για την επίτευξη του παραπάνω σκοπού στηριζόμενες κυρίως στη συνεχή ανάπτυξη εξελιγμένων αυτοματοποιημένων συστημάτων παροχής ακτινοβολίας. Τέτοιες τεχνικές είναι η ακτινοθεραπεία με πεδία ακτινοβολίας διαμορφωμένης έντασης ( Intensity Modulated Radiation Therapy-IMRT) , η στερεοτυπική ακτινοχειρουργική με δέσμες εξαιρετικά μικρών διαστάσεων και η ακτινοθεραπεία με βαριά φορτισμένα σωμάτια, όπως τα πρωτόνια.