METODE DE BAZĂ ÎN TRATAREA BOLILOR CU RADIAȚII NUCLEARE

scroll

Sabina-Ioana Crăciun, trainer Robotică Educațională, masterandă în anul 2 de studii la Facultatea de Design de Produs și Mediu, Universitatea Transilvania din Brașov, la specializarea Sisteme mecatronice pentru Industrie și Medicină.

III.1. Cobalto-terapie

Cobalt-60 este un izotop radioactiv care emite beta de cobalt-59, cu un timp de înjumătățire de 5,27 ani ajunând la nichel-59, izotop stabil. În timpul dezintegrării beta a cobaltului-60, se produc raze gamma. Cobaltul este un metal roșu-alb, destul de greu, ușor magnetic și ductil. Are numărul atomic 27, are o densitate de 8,9 și se topește la 1480 ° C. Cobaltul, atunci când apare în forma sa liberă, tinde să formeze aliaje metalice cu duritatea mare, chiar și la temperaturi ridicate, devenind astfel o potențială materie primă în industria metalurgică. Compușii Cobaltului sunt importanți și din punct de vedere biochimic, deoarece acesta este un constituent al vitaminei B12 (cobalamina) esențială pentru sănătatea oamenilor. Fiecare moleculă de vitamine B12 este un atom de cobalt. Această vitamină funcționează ca un cofactor în multe reacții enzimatice, spre exemplu în conversia homocisteinei la metionina (un aminoacid esențial). În plus, este la fel de important în procesul de formare, dezvoltare și maturare a elementelor figurative ale sângelui, iar deficiența lor poate duce la anemie.
Cobalt-60 este produs prin plasarea tijei de cobalt-59 în interiorul reactorului și pur și simplu lăsându-l acolo timp de 5 până la 10 ani. Tijele sunt apoi recoltate și procesate folosind echipamente speciale. Timp de mulți ani, Canada era singura țară care putea produce cobalt-60 și astăzi continuă să furnizeze majoritatea cererii mondiale. De asemenea, peste jumătate din mașinile de terapie cu cobalt-60 și sterilizatoarele medicale din lume au fost construite în Canada, tratând anual peste o jumătate de milion de pacienți. Cobalt 60 (Co-60) este un izotop extrem de radioactiv produs într-un reactor nuclear. Co-60 este cunoscut pentru aplicațiile sale în radioterapie.[2][7][6]
Cobaltoterapia reprezintă o metodă de tratament eficientă pentru tratarea cancerului. Procesul de planificare al tratamentului care trebuie aplicat pacientului este destul de exigent, variind de la caz la caz. Pentru elaborarea acestui lucru este necesară adunarea de informații, cum ar fi detalii despre tipul de neoplasm, localizarea sa și dimensiunea pe care o prezintă. Informații clinice, cum ar fi examenele de boli cronice pe care pacientul le prezintă. Prin acest plan se stabilește intensitatea, durata și repetarea sesiunilor de radioterapie.[7]
Tehnologia actuală permite incorporarea datelor anatomice în 3 dimensiuni în planificarea câmpurilor de radiații, pentru asigurarea faptului că domeniul radiației acoperă în mod corespunzător ținta și evită sau minimizează doza la țesuturile sănătoase (non-țintă). Pentru a minimiza orice iradiere suplimentară a pacientului, imobilizarea meticuloasă este esențială. Măști, termoplastice și alte dispozitive de poziționare sunt adesea folosite în tratamentul cancerului capului și gâtului.
Aparatul se compune dintr-o sursă Co-60, ermetic sigilată și protejată (pentru a împiedica trecerea radiațiilor în mediul exterior), plumb și oțel inoxidabil desemnat unui cap de protecție și o platformă mobilă similară cu o targă în care pacientul se va așeza. Există o gaură în deschiderea sa care este proporțională cu zona care urmează a fi tratată, permițând astfel sa treacă un fascicul de radiații. Când a trecut timpul de expunere programat, gaura se închide din nou. Un obiect, sau chiar corpul, când este iradiat (expus la radiații) de o sursă radioactivă nu devine radioactiv.
Brațul permite capătului să se rotească în jurul pacientului pe o axă de rotație. Capătul se poate roti și are, la rândul său, un rotativ. Punctul de intersecție al axei de rotație al axei colimatorului și axa tratamentului se numește izocentrul mașinii.
Localizarea izocenterului în tratament este indicat să fie la intersecția dintre de lumină (roșu sau verde) produsă de lasere (de obicei trei), plasate în pereții de pe ambele părți ale mesei și pe tavan sau la poalele mesei.Cu posibilitatea de mișcare a unității, după cum s-a menționat mai sus, fasciculul de radiații trece întotdeauna prin izocentru și permite direcționarea fasciculelor de radiație în orice zonă, fără a mișca pacientul.
Plasarea centrului tumorii în izocentru este avantajul celui mai scurt timp necesar pentru tratament, deoarece pacientul nu trebuie să se mute pentru fiecare zonă de tratament, îmbunătățește performanța și se obține o mai mare precizie. Distanța de la sursa de cobalt la izocentru este de obicei 80 de centimetri, deși există unități și cu o sursă centrală situată la 100 cm distanță, în care activitatea crescută a sursei este necesară pentru a atinge o rată adecvată a dozei în care timpul de tratament sa nu fie foarte lung.[2][7]
Figura de mai jos reprezintă schematic un aparat tipic de tratament cu cobalt-60.

Fig. III.1. Reprezentare schematică pentru un aparat de tratament cu Cobalt-60

Fig. III.2. Aparat folosit în cobaltoterapie la Spitalul Clinic de Urgență Constanța

Odată ce timpul de iradiere prevăzut a trecut există un resort care provoacă revenirea sursei în poziția sa inițială. Sistemul este conceput astfel încât, în absența lui mecanismul de aer comprimat este întrerupt și sursa revine la poziția sa de repaus, care îl obligă să pompeze continuu aerul pentru a menține sursa în poziția sa de tratament. Colimatoarele sunt destinate să limiteze radiațiile, deci să ajungă doar în zona de tratament.

Dimensiunea câmpului de tratare este afișată pe suprafața pacientului prin intermediul luminii de câmp, care reprezintă proiecția (dimensiunea și forma) pe care o are câmpul de radiație pe pielea pacientului. Sala de tratament trebuie să fie protejată astfel încât radiația să nu ajungă la operatori sau în camere adiacente.[7][2]
Avantajele cobaltoterapiei și aparaturii sunt următoarele: Datorită simplității designului lor, aparatele sunt caracterizate prin faptul că au o rată de eșec relativ scăzută. Costul și întreținerea lor sunt mult mai mici decât acceleratoarele de particule. Ele pot fi instalate în încăperi mici.
Comparativ cu modalitățile de terapie de suprafață, ele permit tratarea mai mult profundă.
Dezavantajele cobaltoterapiei sunt reprezantate de posibilitatea de accidente, datorată de sursa care nu se poate întoarce în poziția de odihnă. În comparație cu acceleratoarele de electroni liniare, dimensiunea sursei produce o mai mare întindere a câmpului de radiații. Din punct de vedere al protecției împotriva radiațiilor, întotdeauna un risc de radiație. Necesită operațiunile de dezmembrare specifice unei surse radioactive.
Aparatele de Cobalt-60 pentru terapie conțin un mic cilindru de cobalt-60 în capul de tratament al aparatului. Pe măsură ce pacientul se află pe masă, un fascicul de raze gamma trece printr-o serie de colimatori care formează fasciculul, așa cum este îndreptat către pacient. Deoarece fasciculul va distruge celulele sănătoase, precum și celulele canceroase, plasarea fasciculului și doza de radiații trebuie să fie calculată cu exactitate. De asemenea, capul de tratament trebuie rotit în diferite unghiuri pentru a ataca tumorile de cancer din diferite părți, fără a supraexpune țesutul sănătos.
Datorită eficacității și designului său simplu, de peste 50 de ani, unitatea de terapie cu cobalt-60 a fost unul dintre metodele utilizate de medicii pentru tratamentul cancerului. În America de Nord, multe dintre aceste unități au fost înlocuite cu o tehnologie mai nouă terapie numita intensitate modulată de radiatii, sau IMRT, care utilizează acceleratoare de electroni de mare energie direct pentru a produce raze X. Cu toate acestea, din cauza rentabilității sale, unitatea cobalt-60 rămâne o bună alegere în multe țări.

III.2. Brahiterapia

În teza sa de doctorat din 1904, Marie Curie a descris un experiment în care a pus o capsulă radioactivă pe brațul soțului ei și a lăsat-o câteva ore. A spus că a fost produsă o rană căreia i-a luat o lună să se vindece. Această rană nu a fost o „arsură” superficială, afecțiunea a fost mult mai adâncă. Posibilitatea utilizării sale pentru a distruge cancerul a fost recunoscută aproape imediat.
Brahiterapia reprezintă tratamentul în care sursa de radiații este plasată în interiorul pacientului în regiunea care ar trebui să primească acel tratament. Este un tip de implant radioactiv. Astfel, tumora primește doze mari, în timp ce țesuturile sănătoase vecine, primesc doze mici.
Energia radiațiilor emise trebuie să fie suficientă pentru a pătrunde în întregul volum de tratament, producând o distribuție omogenă a dozei, dar nu foarte de mare deoarece țesuturile periferice sănătoase pot fi iradiate în exces față de tumoare și chiar și personalul medical implicat. Sursele trebuie să fie încapsulate pentru a evita dispersia. Trebuie să aibă o activitate deosebit de mare. Așadar, prezintă surse de dimensiuni reduse cu care tratamentul va câștiga în precizia geometrică. Timpul de înjumătățire trebuie să fie suficient de mare pentru ca sursa să fie reutilizată la alți pacienți, reducând astfel costurile.
În prezent se utilizează 4 tipuri de brahiterapie:
Brahiterapia LDR, doză mică de radiații, este de obicei folosită pentru cancere ale cavităţii bucale şi cancerul de prostată.
Brahiterapia MDR, doză medie de radiații este caracterizată printr-un ritm mediu de livrare a dozelor ( variind între 2 și 12 Gy pentru plămâni sau sân).
Brahiterapia HDR, doză ridicată de radiații este ultima inovație și permite administrarea unor doze ridicate pe durata a 2-4 sesiuni de tratament;
Brahiterapia PDR , dozare la în puls implică administrarea de impulsuri scurte de radiaţii, de obicei o dată pe oră, pentru a simula rata globală și eficacitatea tratamentului LDR. Localizări tipice tumorale ale acestui tratatament, brahiterapie cu PDR, sunt cele din zona ginecologică.[5][7]
Brahiterapia permanentă presupune plasarea de capsule radioactive mici LDR în tumoră sau în zona de tratament, lăsându-le acolo permanent să se descompună treptat. După o perioadă de mai multe săptămâni sau luni, nivelul de radiaţii emis de surse va scădea aproape la zero. Capsulele vor rămâne apoi inactive în zona tratată fără nici un efect de durată. Brahiterapia permanentă este utilizată în tratamentul cancerului de prostată, de ochi, din regiunea capului și gâtului, al tractului urinar, de uter, vagin, și al țesuturilor moi.
Brahiterapia vizează anumite tipuri de cancer, dezvoltate în zone accesibile pentru introducerea sursei radioactive.[5][7]
Cancerul de sân este cel mai frecvent în rândul femeilor. Dacă este diagnosticat și tratat prognosticul este relativ bun. În Brazilia, ratele mortalității la cancer mamar rămân ridicate, probabil pentru că boala este încă diagnosticată în stadii avansate. Brahiterapia este o alternativă la iradierea exterioară a întregului sân, deoarece permite radiației să fie aplicată în interiorul sânului, la locul de lumpectomie. Această tehnică asigură faptul că cea mai mare doză de radiație va fi dată exact unde este necesar, în același timp, asigură și faptul că radiația care ajunge la structurile vecine, cum ar fi plămâni, inimă și țesut mamar sănătos, este semnificativ redusă.[5][2][7]

Fig. III.3. Cancer la sân, stadiul asociat brahiterapiei

Cancerul de prostată este pritre cel mai frecvent întâlnit printre bărbați. Se estimează că unul din zece bărbați va dezvolta cancer de prostată o anumită etapă a vieții tale. Tumoarea începe în majoritatea cazurilor în zona periferică, apoi crește și invadează celelalte zone ale prostatei. Poate să rămână limitat la glandă, dar se poate extinde, afectând regiunile învecinate sau, în cazuri avansate, ajunge la părți îndepărtate, cum ar fi ganglionii limfatici și oase. Acestea sunt „metastazele” cunoscute.[5][2]

Sursele radioactive pot fi aplicate în mai multe suprafețe.

Sursa interstițială care este plasată direct pe țesutul țintă al locului afectat.

Ex .: Sân, prostata și limba.

Intracavitar reprezintă sursa radioactivă ce este plasată în interiorul cavității anatomice, folosind un aplicator care introduce același lucru. De exemplu: vagin și rect.

Endoluminal în care sursa radioactivă este aplicată într-o manieră similară celei precedente, în vasele de sânge, intestine, bronhii, esofag sau orice altă structură de tip tub.

Superficial unde sursa radioactivă se aplică în tratamente pe piele

Interoperator când sursa radioactivă este plasată în interiorul pacientului, pe regiune expusă actului chirurgical.[5][7]

Tratametele brahiterapice sau implanturile se efectuează cu ajutorul instrumentelor chirurgicale necesare adecvate pentru radioizotopi și activitățile lor. Tipurile de aplicare a surselor sunt: Manual, Post-încărcare manuală și Încărcare automată.

Manual. Sistemul de încărcare manuală constă din introducerea manuală a surselor radioactive în zona de tratament, utilizând doar elemente de protecție radiologică pentru a minimiza expunerea personalului. Tipic este tilizarea mănușilor cu plumb și a ecranelor de protecție cu sticlă cu plumb.

Post-încărcare manuală. În această procedură, aplicatorul este preîncărcat în zona de tratament. Deoarece nu există surse radioactive, nu există iradiere pentru echipă, în timpul necesar intervenției adecvate. Acest mod de încărcare este se utilizează numai în tratamente LDR, deoarece la rate mai mari de doză absorbită, doza efectivă primită de către echipă poate depăși limita legală.

Încărcare automată.Acestea sunt cele care permit încărcarea aplicatoare, fără  a fi nevoie ca personalul să fie prezent în sala de tratament.[5][7]

Fig. III.4. Brahiterapia aplicată la cancerul pulmonar

Avantajele brahiterapiei constau în faptul că se tratează exact volumul tumorii, păstrându-se în acelși timp structurile normale vecine. Se poate folosi terapia pe distanțe scure, unde sursa încapsulată emite radiații β și γ la o distanță de câțiva cm de volumul tumorii. Există posibilitatea iradierii unor volume țintă foarte mici cu o doză mare, doza descompunându-se rapid, salvân structurile normale vecine.
Dezavantaje sunt date de neuniformitatea dozei, deoarece doza de radiații este mult mai intensă în apropierea sursei. Un alt dezavantaj este legat de siguranța radiațiilor, terapeutul trebuie să fie aproape de sursă în timp ce este plasat în loc.

III.3. Hadronoterapie

Hadronoterapia (terapia cu hadroni) este terapia cu nucleele atomilor, protoni şi neutroni care se adună la un loc şi formează nucleul. Se formează din cauză că interacţionează tare, şi particulele care interacţionează cu cele patru interacţii cunoscute de om ( gravitaţional, electromagnetic, slab şi tare ) se numesc hadroni. Şi de aici numele de hadronoterapie. Practic, e terapie cu ioni grei, cu nuclee ale atomilor. Avantajul lor e că îşi lasă energia cumva selectiv, în momentul în care intră în orice material, inclusiv în corpul uman, nu îşi lasă energia în prima parte, când au energie mare, îşi lasă numai pe final. Se calculează energia hadronului în funcţie de adâncimea la care se află tumora, astfel încât, atunci când se trimite acest fascicul de ioni grei, ei îşi vor lăsa energia în tumoră în mare parte şi nu vor afecta restul de ţesut sănătos. Deci e o metodă foarte bună pentru a trata cancerul, de exemplu. Astfel că, hadronoterapia este un tip de tratament experimental al cancerului care distruge într-o mare măsură celulele tumorale. Acest tip de terapie presupune utilizarea protonilor şi ionilor de carbon pentru eliminarea rapidă a ţesuturilor maligne fără afectarea considerabilă a celor sănătoase. Ea a demonstrat eficiența sa în cazul tumorilor care sunt greu de tratat prin radioterapia convențională, deoarece sunt fie rezistent la radiații, adânc în sân, fie aproape de organele vitale.[2][1][7]
Fasciculul hadron permite o mare precizie în depunerea dozei datorită existenței unui vârf Bragg la sfârșitul intervalului fasciculului.

Fig.III.5.Depunerea energiei fotonilor și vârurile Bragg de hadroni

Vârful Bragg face posibilă orientarea unei regiuni canceroase bine definite la o adâncime în organism care poate fi reglată prin ajustarea energiei fasciculului de particule incidente. Depunerea dozei este atât de accentuată, încât se dezvoltă noi tehnici pentru a trata întreaga țintă canceroasă; elementele de tip hadron subțire, asemănătoare creionului, sunt ghidate în funcție de forma zonei care trebuie tratată și acoperă volumul țintă în 3D, sub controlul magneților de cuplare, cuplați la variațiile de energie. Prin această tehnică, tumoarea poate fi delimitată în toate contururile sale cu o precizie de 2-3 mm.[6][5]
Cu toate acestea, numărul scăzut de izotopi generați care se confruntă cu dezintegrarea beta și timpul lor de dezintegrare necesită timpi de achiziție destul de lungi. Prin urmare, oferă doar informații post-terapie despre localizarea dozei scoase.
Monitorizarea localizării și dezafectarea dozei de fascicul în timp real se efectuează printr-o modalitate de a măsura spectrul complet al razelor gamma emise în timpul interacțiunii hadronului cu ținta.
În timp ce avantajele protonilor asupra razelor X sunt cantitative în ceea ce privește cantitatea și distribuția dozei eliberate, mai multe studii arată dovezi că ionii de carbon dăunează celulelor canceroase într-un mod în care celulele nu se mai pot repara singure. Terapia cu carbon poate fi alegerea optimă pentru abordarea tumorilor radio-rezistente. Sunt investigați și alți ioni de lumină, cum ar fi heliul.
Experiența clinică din centrele japoneze, liderii de necontenit în tratamentul și studiile clinice cu ioni de carbon, nu numai că a demonstrat că terapia cu carbon este mai eficientă decât radioterapia fotonică convențională pe anumite tipuri de tumori, dar și că, atât pentru protoni cât și pentru fotoni, se poate realiza o reducere semnificativă a timpului de tratament total și al numărului de sesiuni de iradiere. [7][6]

Fig. III.6. Depunerea dozei, pe o tumoare și țesuturile din jur, de fotoni (stânga) și de hadroni (dreapta)

În prezent, un studiu ”Recent advances in superconducting magnets for MRI and hadron radiotherapy: an introduction to ‘Focus on superconducting magnets for hadron therapy and MRI’ “ efectuat de către Joseph Minervini, Michael Parizh și Marco Schippers și publicat în 5 Februarie 2018, arată că “ Magneții superconductori utilizați în instalațiile de terapie cu hadron promit unități mai compacte și mai mici în comparație cu magneții convenționali de cupru. Aceste avantaje au o importanță deosebită pentru rotirea ganglionilor care direcționează elementele hadronului către tumorile țintă din oricare dintre unghiurile dorite din punct de vedere medical pentru terapia cancerului “.