Toestellen in de radiotherapie in een historische context

Toestellen in de radiotherapie
in een historische context
Wat is kanker?
Inleiding
Er zijn meer dan honderd soorten kanker die op verschillende plaatsen in het lichaam
kunnen optreden. Elke soort wordt beschouwd als een andere ziekte. Het gemeenschappelijke er aan is dat al deze ziekten een ongeremde celdeling hebben die niet
langer door het lichaam zelf gecorrigeerd wordt.
Celdeling
Ons lichaam is opgebouwd uit miljarden cellen. De cellen vormen de bouwstenen van
ons lichaam. Voortdurend worden nieuwe cellen gevormd. Dit is noodzakelijk om te
kunnen groeien, maar ook om beschadigde en verouderde cellen te kunnen vervangen.
De cellen ontstaan door middel van celdeling. Bij celdeling ontstaan uit één cel twee
nieuwe cellen, die zich op hun beurt ook weer delen, enzovoort.
Geregelde celdeling
Celdeling gebeurt niet zomaar. De deling van cellen wordt goed geregeld en
gecontroleerd. De informatie die hiervoor nodig is ligt vast in de genen. Genen zijn
eenheden met informatie die wij van onze ouders hebben geërfd. Dit erfelijke materiaal,
ook wel aangeduid als DNA, komt voor in bijna elke lichaamscel.
Ontregelde celdeling
Tijdens het leven worden onze
lichaamscellen blootgesteld aan allerlei
schadelijke invloeden. Doorgaans zullen
'repareer-genen' ervoor zorgen dat de
schade wordt hersteld. Een cel kan in
de loop der tijd echter onherstelbaar
beschadigd raken. Op den duur kan dit
leiden tot veranderingen in genen die de
deling, groei en ontwikkeling van zo'n
cel regelen. De celdeling raakt dan
ontregeld. Er ontstaat een overmatige
celdeling die tot een gezwel of tumor
leidt.
1
Goed- en kwaadaardig
Er zijn goedaardige (benigne) en kwaadaardige (maligne) tumoren. Alleen bij
kwaadaardige tumoren is er sprake van kanker. Bij goedaardige tumoren krijgt ons
lichaam de celdeling weer onder controle en verspreiden de cellen zich niet door het
lichaam. Een wrat is een voorbeeld van een goedaardige tumor. Wèl kan zo'n
goedaardige tumor tegen aangrenzende weefsels (bijvoorbeeld spier of bot) drukken. Dit
kan zo hinderlijk zijn, dat de tumor wel verwijderd moet worden. Bij kwaadaardige
tumoren zijn de regel-mechanismen dermate beschadigd, dat ons lichaam de celdeling
niet meer onder controle krijgt. Een kwaadaardig gezwel drukt niet alleen de
aangrenzende weefsels opzij, maar kan ook daarin binnengroeien en/of uitzaaien. In de
bovenstaande tekening ziet U het verschil tussen normaal weefsel met gezonde cellen
en afwijkend weefsel met kankercellen weergegeven. Kanker kan ook ontstaan in
bepaalde bloedcellen die in het beenmerg worden aangemaakt, of in het lymfestelsel.
Een voorbeeld van kanker van bloedcellen is leukemie; een
voorbeeld van kanker van het lymfestelsel is de ziekte van
Hodgkin. Bij deze ziekten verstoren kankercellen de werking
van het bloed en/of de lymfe.
Uitzaaiingen (metastasen)
Bij een kwaadaardige tumor kunnen cellen losraken. De
tumorcellen verspreiden zich via het bloed en/of de lymfe door
het lichaam. Op deze wijze kunnen kankercellen in andere
organen terechtkomen en daar uitgroeien tot tumoren. Dit zijn
uitzaaiingen
of
metastasen:
uitbreidingen
van
de
oorspronkelijke kankercellen op één of meer andere plaatsen
in het lichaam.
voorbeeld: als bij een patiënt met dikke
darmkanker (later) ook een tumor in de lever wordt vastgesteld, spreken we niet over
leverkanker maar over een uitzaaiing van darmkanker in de lever.
TUMORCELLEN
GEZONDE
CELLEN
BASALE LAAG
CARCINOMA
TRANSPORT
INVASIE
AANHECHTING
HYPERPLASIE
EXTRAVASATIE
INTERVASATIE
DYSPLASIE
METASTASERING
INTERVASATIE
IN SITU
ORGAAN 2
TUMOR
CELLEN
STROMA
BLOEDVAT
ORGAAN 1
CAPILLAIR
2
Kankerbehandelingen
Afhankelijk van de aard, de plaats en het stadium van de tumor zal overgegaan worden
op een aangepaste kankerbehandeling.
De meest voor de hand liggende methode om kanker
te lijf te gaan is het chirurgisch verwijderen van de
tumor. In een aantal gevallen echter blijven de
kankercellen soms niet beperkt tot een welbepaalde
lokatie. Vaak is het ook zo dat enkele cellen van een
welgelocaliseerde tumor reeds geïnvadeerd zijn in
omliggend weefsel. Deze cellen betekenen een
potentieel gevaar aangezien deze terug kunnen gaan
delen en op die manier aanleiding geven tot een
nieuwe tumor. Vaak wordt na de chirurgische ingreep een radiotherapiebehandeling
gegeven om eventueel omliggende (gemiste) kankercellen onschadelijk te maken.
Een tweede en bekende behandeling van kanker is chemotherapie of het toedienen van
chemische
stoffen
die
een
negatieve uitwerking hebben op de
ontwikkeling van kankercellen. De
verschillende chemotoxica kunnen
ingrijpen op verschillende stadia
en mechanismen van de celdeling.
Zo zijn er middelen die de
celdeling tegengaan door een
inhibitie van de DNA-synthese.
Andere chemotoxica grijpen in op
de microtubili die verantwoordelijk
zijn bij het splitsen van de cel of op de synthese van nucleinezuren. Veelal wordt in een
typische chemotherapiebehandeling een combinatie van chemotoxica gebruikt. Bij het
onderzoek naar de ontwikkeling van tumoren is gebleken dat de hormoonspiegel van de
patiënt een invloed kan hebben op de groei van tumoren. Zo is gebleken dat in het geval
van enkele borst-tumoren oestrogeen de groei van deze tumoren kan bevorderen. Dit
heeft aanleiding gegeven tot het ontwikkelen van stoffen die inwerken op dit
mechanisme zoals tamoxifen (een oestrogeen-antagonist). Het inspelen op deze
hormonale processen wordt ook nog hormoontherapie genoemd.
Tevens werd aangetoond dat ons eigen afweersysteem (immuunapparaat) in staat is om
tumorcellen te lijf te gaan. Dit heeft aanleiding gegeven tot het ontwikkelen van een
therapie waarbij door het toedienen van bepaalde stoffen (zoals cytokinen enerzijds en
monoclonale antilichamen anderzijds), het afweersysteem van de kankerpatiënt
versterkt wordt. Deze therapievorm wordt immunotherapie genoemd. Immunotherapie
kan tevens het welslagen van andere therapieën vergroten.
Een derde behandelingsvorm, de radiotherapie, maakt gebruik van ioniserende straling
om kankercellen uit te schakelen. Zoals het woord het zelf zegt, worden moleculen door
ioniserende straling in ionen gesplitst. Als ioniserende straling op cellen invalt kan
hierdoor het DNA beschadigd worden. Hierdoor zullen die cellen niet meer kunnen delen
en op termijn afsterven.
3
Het principe van radiotherapie
Van mens tot atoom
Een mens is een meercellig organisme dat daarenboven georganiseerd is in
verschillende organen (zoals hart, hersenen, lever...). Deze organen bestaan uit diverse
weefsels. Een weefsel bestaan uit zijn beurt uit gelijksoortige cellen.
Organen (hart, lever, hersenen,...)
bestaan uit:
Cellen (witte bloedcellen, huidcellen,
zenuwcellen,...)
Weefsels
(bloed, bindweefsel,
kraakbeen,…)
Mens
CROMOSOOM
CELKERN
DNAmolecule
CEL
DNA
ATOOM
4
Cellen zijn in eerste instantie omgeven door een celmembraan. In het inwendige van de
cel ligt de celkern. Het is in die celkern dat zich de chromosomen bevinden. In
lichaamscellen bevinden zich normaal 46 chromosomen. Op deze chromosomen zit het
DNA gewikkeld. Dit DNA bevat het programma van de cel en kan zowat beschouwd
worden als het brein van de cel.
Bij een kankercel is dit programma verstoord. Zo zegt het programma van de kankercel
dat het zich moet gaan delen (ongeremde groei). Tevens wordt het stuk programma dat
ervoor zorgt dat de cel een specifieke vorm moet aannemen eigen aan het weefsel
waarin het zich bevindt (de-differentiatie) niet uitgevoerd. Hierdoor zal de kankercel een
grilliger vorm aannemen en diens aanhechting met naburige cellen verliesen.
Bij radiotherapie zal ioniserende straling een breuk in het DNA van cellen veroorzaken.
Daardoor verliest de cel haar programma en zal hierdoor op termijn afsterven.
IONISEREND
DEELTJE
DNA
celkern
chromosomen
cel
Aangezien die stralingsschade zowel aan het DNA van kankercellen als aan het DNA
van gezonde cellen wordt toegebracht wordt er in de praktijk van de radiotherapie naar
gestreefd om zo veel mogelijk ioniserende straling op de kankercellen te laten invallen
terwijl er zo weinig mogelijk straling op gezonde cellen dient in te vallen. Als te veel
straling op gezond weefsel invalt kan dit leiden tot complicaties van de behandeling.
5
De pioniers van de radiotherapie
In 1895 ontdekte Wilhelm Conrad Röntgen voor het eerste
een ‘magisch’ soort straling waarmee men doorheen een
vast object (zoals een hand) kon stralen. De stralen
werden ‘X’-stralen genoemd omwille van hun merkwaardig
karakter. Als de uittredende X-stralen vervolgens op een
fotografische plaat invielen konden
op die manier foto’s gemaakt
worden van inwendige structuren
zoals de botten van een hand.
X-stralen
worden
opgewekt
wanneer vlugge elektronen op een
metaalplaatje invallen en hierbij
sterk worden afgeremd. Een
dergelijke elektronenbuis wordt nu
een X-stralen of Röntgenbuis genoemd.
X-stralen
kathode
e-
+
anode
Op de bovenstaande figuur is een foto opgenomen van één van de eerste Röntgenbuizen en een schets van het werkingsprincipe. Aan de kathode worden elektronen
versneld en aangetrokken door de anode. De elektronen bewegen van de kathode naar
de anode. Wanneer de elektronen op de anode vallen worden hierbij X-stralen
vrijgesteld.
De X-stralen hebben een enorme omwenteling
teweeg gebracht in de geneeskunde bij het
vaststellen of diagnosticeren van inwendige
aandoeningen (breuken, ontstekingen, bloedingen,
...). De verdere ontwikkeling van Röntgenbuizen
heeft aanleiding gegeven tot het ontstaan van de
Röntgendiagnostiek.
6
-
Na enige tijd is gebleken dat deze stralen niet alleen van
nut kunnen zijn voor diagnostische toepassingen maar
dat zij ook fysiologische effecten kunnen veroorzaken.
Dit heeft uiteindelijk geleid tot het ontwikkelen van
contacttherapie en orthovolttherapietoestellen waarbij
Röntgenstralen therapeutisch worden aangewend.
Bij contacttherapie wordt gebruik gemaakt van X-stralen
(50 kV) met zeer beperkte indringdiepte. Contacttherapie
wordt aldus voornamelijk gebruikt voor huidtumoren.
De indringdiepte van ioniserende straling wordt bepaald
door de stralingsenergie. Deze stralingsenergie hangt op
haar beurt af van het spanningsverschil waarmee de elektronen versneld werden,
m.a.w. het spanningsverschil tussen anode en kathode van de Röntgenbuis.
De stralingsenergie die met behulp van een Röntgenbuis kan bekomen worden is
beperkt tot ongeveer 300.000 V of 300 kV.
Op de foto hierboven is een orthovolttherapietoestel te zien. Deze toestellen worden
heden ten dage nog maar nauwelijks gebruikt. Het nadeel van deze toestellen om ze te
gebruiken bij het behandelen van dieper gelegen tumoren is de hoge stralingsdosis die
het gezonde weefsel krijgt bij intrede in de patiënt.
Onderstaande figuur illustreert hoe de stralingsdosis gedeponeerd wordt door
verschillende stralingsbundels in het weefsel van een patiënt.
50 kV
150 kV
300 kV
Patiënt
Na de ontdekking door Röntgen is vastgesteld dat X-stralen, net zoals het zichtbaar
licht, in feite elektromagnetische golven zijn maar met een hogere frekwentie (energie)
dan zichtbaar licht. De golflengte van de elektromagnetische golven is omgekeerd
evenredig met de frekwentie (of energie); Hoe korter de golflengte, hoe groter de
energie.
7
In bovenstaande figuur zijn een aantal verschillende soorten straling opgegeven. De
grens tussen ioniserende en niet-ioniserende straling ligt ter hoogte van het ultraviolet
deel van het elektromagnetisch spectrum.
Terwijl X-stralen op elektrische wijze verkregen worden (door het versnellen van
elektronen met een elektrisch spanningsveld), bestaan er ook stoffen die ioniserende
straling uitzenden. Dit fenomeen wordt natuurlijke radioactiviteit genoemd en de stoffen
die spontaan radioactieve straling uitzenden worden radionucliden genoemd.
8
In 1896 (kort na de ontdekking van Röntgen) deed Henri Becquerel een opzienbarende
ontdekking; Becquerel verrichte in die tijd als natuurkundige
wetenschapper in zijn labo experimenten met een uraniumzout.
Becquerel borg na zijn experimenten het uraniumzout op in de
lade van zijn bureau. In dezelfde lade lag tevens een
fotogevoelige plaat die hij in bruin papier gewikkeld had. Toen
Becquerel op een gegeven
dag de fotografische plaat
ontwikkelde deed hij een
eigenaardige vaststelling. Hij
stelde namelijk vast dat de
fotografische
plaat
een
zwarting (zie foto rechts)
vertoonde op de plaats waarboven het blokje
uraniumzout gelegen had. Hij kwam aldus tot de
conclussie dat het uranium een soort straling moest
hebben uitgestuurd dat doorheen het bruin papier
kon dringen.
Na de ontdekking van natuurlijke radioactiviteit
werden verschillende experimenten uitgevoerd om
de natuurkundige eigenschappen van die straling te
bestuderen. Verschillende onderzoekers werkten
aan dit projekt zoals Joseph J. Thomson, Robert A. Milikan, Ernest Rutherford, Marie en
Pièrre Curie, James Chadwick, Arthur H. Compton en anderen.
Na enige tijd werden drie verschillende soorten natuurlijke radioactieve straling
onderscheidden met name alfa (α), beta (β) en gamma (γ)-straling afhankelijk van het
radionuclide.
Alfa-straling wordt uitgezonden door een Uranium-isotoop (U-238). Hierbij wordt het
uranium omgezet in een andere stof, met name een Thorium-isotoop (Th-234). Dit
Thorium-isotoop straalt echter een ander soort straling uit: beta-straling. Hierbij wordt het
Thorium omgezet in Palladium (Pa-234).
9
De Cobalt-isotoop, Co-60 straalt dan weer gamma-straling uit. In het onderstaande
nucleair reactieschema zijn de drie voorgenoemde reacties opgenomen.
238
U 92
α
4.5 109 jaren
β
234
Th 90
24.1 dagen
α:
234
Th90
β:
234
Pa 91
γ
59
Co27 + n
1
n p
p n
16.000 km/s
130.000 km/s
-
e
299.793 km/s
γ:
60
Co27
Alfa en Beta-straling zijn opgebouwd uit elementaire deeltjes terwijl gamma-straling net
zoals zichtbaar licht en X-stralen een elektromagnetische golf is. De energie (en dus de
frekwentie) van gamma-straling is echter nog groter dan van X-stralen.
De drie verschillende soorten straling hebben tevens andere eigenschappen. Hieronder
is weergegeven in welke mate de diverse soorten straling tegengehouden worden.
Terwijl alfa-straling reeds door een vel papier kan worden tegengehouden dringen de
andere soorten straling hierdoor. Beta-straling wordt dan weer tegengehouden door een
hand terwijl gamma-straling enkel geabsorbeerd wordt door een dikke laag beton of
lood.
10
In de beginjaren van de ontdekking van de verschillende soorten straling was men zich
van geen gevaar bewust. Juist in tegendeel zelfs; op de markt schreef men aan die
nieuwe spontane radioactiviteit allerhande heilzame eigenschappen toe. Ten onrechte
werd radium door marktkramers die uit de nieuwe ontdekking munt wilden slaan,
voorgeschreven als dieetprodukt, voor ‘stimulerende’ baden of als schoonheidsprodukt.
Van geen kwaad bewust werden tot in de jaren twintig werknemers blootgesteld aan
radioactiviteit bij het schilderen van horloges met
radiumhoudende verven. De verf zorgde er immers voor
dat de horloges licht uitstraalden in het donker
(fosforescentie).
De radiumhoudende verf werd tot in de
jaren vijftig gebruikt voor het schilderen
van horloges en andere wijzerinstrumenten zoals bijvoorbeeld in de
cockpit van vliegtuigen aanwezig zijn.
Het therapeutisch gebruik van radionucliden in de geneeskunde dateert van 1903-1906.
Een aantal eerste toepassingen waarbij radionucliden werden aangebracht op de plaats
van een gezwel is te zien in onderstaande figuur.
Nekband voorzien van
Radium bronnen
Intracavitaire implant
met Radiumbronnen
11
Het “Manchester-systeem”:
interstitiële implantaten
1908:
Behandeling van een hemangioom
bij een kind met behulp van een
Radiumoppervlakte-applicator.
De stralingscomponenten zijn:
β = 90 %, γ = 10 %
Vóór behandeling
6 maanden na
behandeling
Een aantal succesvolle behandelingen van diverse huidziekten deed een aantal
geneesheren besluiten dat de straling hierop een helende werking had. De
brachytherapie (ook nog Curie-therapie genoemd) was geboren. Brachytherapie is het
bestralen van een tumor bij middel van een radioactieve bron die aangebracht wordt in
de onmiddelijke omgeving van de aandoening.
Rond dezelfde periode echter stelde Henri Becquerel vast dat het langdurig op zak
hebben van een staal radium huiderytheem veroorzaakte. Hieropvolgend heeft Pièrre
Curie een reeks experimenten uitgevoerd
waarbij hij moedwillig een radioactieve
radiumbron op zijn arm aanbracht en op
verschillende tijdstippen de symptomen
noteerde. De vaststelling dat radium ook
negatieve gevolgen kon hebben heeft
uiteindelijk geleid tot het reglementeren van
de tijd waaraan een patiënt en verplegend
personeel mocht worden blootgesteld.
De radium-bronnen die van dan af door Marie Curie geleverd werden waren voorzien
van een document waarop de activiteit van de bron vermeld stond.
De milligram-uureenheid werd voorgesteld in 1909 als het produkt van het gewicht van
zuiver Radium-zout in miligrammen en de tijd in uren gedurende dewelke de Radiumbronnen in contact blijven met de weefsels.
Op dit ogenblik wordt stralingsdosis echter uitgedrukt in Gray (Gy). De stralingsdosis is
de hoeveelheid geabsorbeerde energie per massa-eenheid van het bestraalde medium.
1 Gray (Gy) komt overeen met 1 Joule (J) per kilogram (kg).
1 Gy =
1J
1 kg
0.01 Gy = 1 rad
Een tweede methode om ioniserende straling toe te dienen is niet via het aanbrengen
van een radioactieve bron dichtbij de tumor maar door te bestralen vanop afstand. Dit
kan bijvoorbeeld gebeuren bij middel van een Cobalt-bron die omgeven wordt door een
voor straling afgeschermde behuizing dat op een beweegbare arm gemonteerd is. Dit
soort bestraling wordt externe radiotherapie genoemd.
12
Eén van de eerste Cobalt-60 toestellen (1952) voor het behandelen van kankerpatiënten
is afgebeeld op onderstaande foto. Een schematische voorstelling van een Cobalt-60
bestralingstoestel is te zien op de rechter figuur. Cobalt-60 is een gamma-straler.
60
Co bron
Roterende arm
Afscherming uit Wolfraam
Sluiter
Tumor
De sluiter kan geregeld worden bij middel van een klok zodat op die manier de tumor
gedurende een bepaalde tijd kan blootgesteld worden aan straling. Op deze manier kan
de toegediende stralingsdosis nauwkeurig geregeld worden.
Het nadeel van deze Cobalt-60 bestralingstoestellen is dat de stralingsactiviteit van het
radioactieve Cobalt over een paar jaren sterk afneemt. Na ongeveer 5 jaar is de activiteit
slechts de helft van zijn oorspronkelijke waarde. Men spreekt in dit verband ook nog van
een halveringstijd van 5 jaar. Om na vijf jaar dezelfde dosis toe te dienen moet
desgevolg dubbel zo lang gestraald worden als voorheen. Daarnaast is Cobalt-60 een
radioactief element dat met de nodige omzichtigheid gehanteerd moet worden bij het
transporteren, het installeren en het ontmantelen.
Het ware wenselijk om een toestel te bouwen dat in staat is om gamma-stralen te
produceren op elektrische wijze (zonder gebruik te maken van een radioactief nuclide).
Er werd echter reeds vermeld dat de energie van de elektronen in een X-stralenbuis niet
boven 300 keV kon versneld worden. De oplossing hiervoor werd gevonden in 1954.
Hedendaagse radiotherapie
De lineaire versneller (externe radiotherapie)
In 1954 werd een manier gevonden om hoogenergetische gamma-straling op elektrische
wijze te creëren. Een dergelijk bestralingstoestel wordt een lineaire versneller genoemd
of in het engels afgekort “Linac”.
Dit werd mogelijk gemaakt dankzij het
principe van de versnelling van elektronen in
een golfpijp. In een golfpijp worden
elektromagnetische golven opgewekt die
elektronen kunnen versnellen op analoge
wijze als watergolven een surfer kunnen
dragen. Op onderstaande figuur wordt het principe van een versnellerbuis geillustreerd.
13
Golfpijp waarin
elektronen
versneld worden
Als de elektronen met een hoge snelheid de golfpijp verlaten laat men ze vervolgens
invallen op een Wolfraamplaatje waardoor ze plotseling afgeremd worden. Hierdoor
ontstaat gamma-straling. De stralingsbundel in een dergelijk geval wordt ook nog een
fotonenbundel genoemd.
elektron
Wolfraam-plaatje
Fotonen-bundel
Gamma-straling
Golfpijp versnellerbuis
14
Tevens kan met een lineaire versneller gestraald worden met een elektronenbundel.
Hiertoe worden de elektronen afgebogen met behulp van magneten en wordt het
Wolfraam-plaatje vervangen door een heel dunne koperfolie (0.1 mm dik). Hierdoor
worden de elektronen gelijkmatig verspreid.
Afbuigmagneten
elektron
koperfolie
Golfpijp versnellerbuis
Elektronenbundel
De dosisverdeling in de patiënt van een fotonenbundel en elektronenbundel die door
een lineaire versneller geproduceerd wordt is compleet verschillend:
•
Een elektronen-bundel zal de meeste energie afgeven in de eerste lagen bij
intrede in de patiënt. De diepte van de laag waarover dit geschiedt is afhankelijk
van de energie van de elektronen. Hoe groter de energie, hoe groter de laag.
•
Een fotonenbundel zal afhankelijk van de stralingsenergie de meeste energie
afgeven op een bepaalde diepte van de patiënt. Hoe groter de energie, hoe
dieper de stralingsdosis geabsorbeerd wordt.
Elektronenbundel
20 MeV
Elektronenbundel
10 MeV
D
D
Patiënt
Fotonenbundel
10 MeV
Fotonenbundel
20 MeV
D
D
15
Een tumor heeft vaak een grillige vorm. Om deze zo precies mogelijk te bestralen wordt
aan de stralingsbundel een bepaalde vorm gegeven en wordt er gestraald vanuit
verschillende richtingen. Het principe hiervan is weergegeven in onderstaande figuren.
Computersimmulatie van een externe
bestraling van een hersentumor
Computersimmulatie van een externe
bestraling van een borsttumor
De bundels kunnen een gewenste vorm gegeven worden op twee manieren:
•
Een eerste manier maakt gebruik van loodblokken die op de juiste manier
gevormd zijn. Deze loodblokken worden voor de bundel geschoven in een
daartoe voorbestemde houder.
•
Een tweede en meer elegante manier maakt gebruik van een zogenaamde multileaf collimator. Een multi-leaf collimator (MLC) bestaat uit een serie plaatjes die
voor de stralingsbundel kunnen geschoven worden. De verschillende plaatjes
kunnen individueel aangestuurd worden per computer. Op die manier kan vanuit
elke bundelrichting een willekeurige opening ingesteld worden.
16
Wolfraam-plaatjes van
een MLC
De collimator van de lineaire versneller
voorzien van een MLC
Bij een moderne radiotherapiebehandeling wordt vanuit verschillende bundelrichtingen
gestraald en telkens met een andere (geoptimaliseerde) bundelvorm.
Bij moderne radiotherapie wordt gestraald vanuit verschillende
bundelrichtingen en met verschillende bundelvormen.
17
De normale procedure bij een moderne radiotherapiebehandeling verloopt in meerdere
stappen:
1. De patiënt wordt eerst gescand bij middel van een CT (Computerized
Tomography)- en/of MR (Magnetic Resonance)-scanner.
MR-scanner
CT-scanner
2. De CT- of MR-beelden worden vervolgens
doorgestuurd naar een computer op de
radiotherapie-afdeling.
Op
deze
planningscomputer wordt aan de hand
van de beelden van de patiënt een
driedimensionele reconstructie gemaakt
van het inwendige van de patiënt. Tevens
wordt door de radiotherapeut met de hulp
van de computer, de tumor en een aantal
kritische organen aangeduid. “Kritische
organen” zijn organen die vanuit het
oogpunt van mogelijke complicaties een
bovengrens voor de dosis opgelegd
krijgen.
via een computernetwerk
3. Op de planningscomputer wordt nu een behandeling gesimuleerd. De
radiotherapeut zal op die manier de behandeling verfijnen alvorens de patiënt
bestraald wordt.
4. Als de behandeling op punt staat gaat de patiënt
naar de simulator. Een simulator lijkt uitwendig
heel sterk op een lineaire versneller. Het bestaat
ook uit een beweegbare tafel en een collimator
die rond de patiënt kan draaien. De simulator
produceert echter geen gamma-straling maar is
wel in staat om bij middel van X-stralen een
radiografische doorlichtingsfoto (RX) te maken.
Deze RX-foto kan vergeleken worden met
digitaal gereconstrueerde radiografische beelden
(DRR). Op die manier kan de positionering van
18
de patiënt op de tafel éénduidig
in overeenstemming gebracht
worden met de gesimuleerde
behandeling op de computer.
Bij middel van laserlijnen wordt
door de verpleegkundige op de
huid van de patiënt markering
aangebracht met behulp van een
waterresistente stift.
Laservlakken helpen bij het positioneren van de patiënt.
De snijlijnen met de patiënt worden op de huid afgetekend.
5. Uiteindelijk zijn alle voorbereidingen getroffen en kan de patiënt diens
radiotherapiebehandeling
ontvangen op de lineaire
versneller. Ook hier worden
laserlijnen op de huid van
de patiënt geprojekteerd.
De patiëntentafel wordt dan
zo gepositioneerd zodat de
markeringen die op de huid
waren
aangebracht
overeenkomen met de
geprojekteerde laserlijnen.
Wanneer
de
patiënt
eenduidig gepositioneerd is
kan de bestraling starten.
19
Voor het bestralen van hersentumoren is de positie van het hoofd van de patiënt
heel cruciaal en mag niet wijzigen tijdens de behandeling. Hiertoe wordt een
vormvast plastieken net gemaakt dat
aangepast is aan het hoofd van de
patiënt en dat op de patiëntentafel kan
worden vastgevezen. Op die manier
kan het hoofd van de patiënt niet
bewegen ten opzichte van de tafel (en
de stralingsbundels) en wordt de
nauwkeurigheid van de behandeling
sterk vergroot.
Een typische externe radiotherapiebehandeling wordt gefractioneerd toegediend.
Dat wil zeggen dat de patiënt gedurende enkele weken elke dag een kleine fraktie
van de totale behandeling ontvangt. Dit heeft een radiobiologisch voordeel, met
name dat het gezonde weefsel zich tussen de frakties in beter kan herstellen dan het
bestraalde tumorweefsel.
Uiterst belangrijk voor het welslagen van
een radiotherapiebehandeling is dat de
geabsorbeerde dosis heel nauwkeurig en
reproduceerbaar wordt toegediend. Hierop
toezien is de taak van de stralingsfysicus.
De
stralingsfysicus
controleert
het
bestralingstoestel op regelmatige basis. Zo
wordt nagegaan of de geabsorbeerde dosis
op een bepaalde referentiediepte in water
overeenkomt met de vooropgestelde dosis.
Naast deze routinematige controle zal de
stralingsfysicus
verschillende
andere
metingen verrichten om de dosisverdeling
van elke behandeling te verifiëren en de
computerberekeningen te valideren.
20
Stereotactische radiochirurgie
Stereotactische radiochirurgie is het intens bestralen van kwaadaardig weefsel met een
zogenaamd “gamma-mes” (Gamma knife). De bestraling gebeurt bij middel van 201
Cobaltbronnen die over een half boloppervlak verspreid liggen. De straling wordt geleid
(gecollimeerd) doorheen collimatoren die over een helm verspreid liggen.
Elk straaltje afzonderlijk deponeert slechts een
kleine dosis, maar waar de 201 stralen
samenkomen krijgt men
een brandpunt van dosis.
Dit is een beetje te
vergelijken met zonnestralen die door een
vergrootglas gefocuseerd
worden. Afhankelijk van de
collimatoren
kunnen
ellipsvormige brandpunten
bekomen
worden
van
verschillende diameters.
21
De procedure van een radiochirurgische ingreep verloopt in verschillende stappen:
Allereerst wordt een stereotactisch frame op het
hoofd van de patiënt gevezen. Dit is noodzakelijk
om later een precieze lokalisering van de patiënt in
de gamma knife mogelijk te maken.
Vervolgens gaat de patiënt met het stereotactisch
frame naar de CT- en/of MR-scanner. In het
stereotactisch
frame
bevindt
zich
een
contrastvloeistof die op de CT- of MR-beelden
zichtbaar is. Op basis van de positie van de
contrastvloeistof in de radiografische beelden kan tot op minder dan een milimeter
nauwkeurig de lokatie van de tumor bepaald worden.
Ten slotte wordt het frame in de helm aangebracht en wordt
de bestraling verricht met de tumor in het brandpunt van de
collimatoren.
In tegenstelling tot een radiotherapiebehandeling gebeurt
deze behandeling niet gefraktioneerd.
Brachytherapie
“Brachy”, in het Grieks “Brakhu” betekent “korte afstand”. Brachytherapie is het bestralen
van een tumor bij middel van een radioactieve bron die aangebracht wordt in de
onmiddelijke omgeving van het te bestralen doelwit. Bij moderne brachytherapie wordt
gebruik gemaakt van zogenaamde afterloadertoestellen.
Dit zijn toestellen die vanop afstand kunnen bediend
worden zodat degene die het toestel bedient op een
veilige afstand kan blijven van de radioactieve bron.
Het radionuclide (de bron) wordt op het uiteinde van
een stalen doorvoerdraad geplaatst die in een
catheter kan schuiven. De catheter wordt in de
patiënt gebracht. De doorvoerdraad met de bron
wordt door de afterloader (vanop afstand) in de
catheter geschoven tot bij (of in) de tumor. Wanneer voldoende dosis werd afgegeven,
wordt de doorvoerdraad met bron teruggetrokken uit de catheter in het afterloadertoestel. Daar zit de bron afgeschermd van de omgeving.
Enkele veelgebruikte radionucliden voor brachytherapie zijn:
Iridium-192, Cesium-137, en Cobalt-60.
De rechter foto toont een aantal instrumenten die gebruikt
worden bij het aanbrengen van de catheter.
22
Ook bij brachytherapie wordt allereerst een
computersimulatie verricht op basis van
anatomische beelden bekomen met MR of CT.
Veelal worden echter ook anatomische beelden
opgenomen als de catheters reeds geplaatst zijn.
Dit kunnen twee doorlichtingsfoto’s (RX) zijn die
loodrecht ten opzichte van elkaar genomen
worden.
De stralingsdosis rond een brachytherapie-bron
valt sterk af met de afstand.
De computerberekeningen zijn gebaseerd op de specificaties en de ligging van de bron.
Enkele toepassingen van brachytherapie zijn hieronder geschetst:
Brachytherapie van een
naso-pharynx tumor
Brachytherapie van een
cervix-tumor
Het aanbrengen van de
catheter via de neusholte
Brachytherapie van een
prostaat-tumor
Brachytherapiebehandeling
van een borstcarcinoom
23
Protonen- en ionen-therapie
Door de bouw van grote cyclotrons is het tevens mogelijk geworden om protonen en
ionen te gebruiken voor bestraling van tumoren.
Protonen en ionen-therapie gebeurt op dit ogenblik echter slechts in een tiental centra
verspreid over gans de wereld. De cyclotrons voor het versnellen van protonen en ionen
beslaan vlug een ruimte van honderd vierkante meter en een hoogte van een paar
verdiepingen. Het kostplaatje ligt al vlug in de grootteorde van 100 miljoen Euro.
Het grote voordeel van protonenstraling is het feit dat de
dosisverdeling een scherpe Bragg-piek kent. Dat wil
zeggen dat de geabsorbeerde dosis van een protonbundel
in een klein gebied gedeponeerd wordt. Dit maakt
protonentherapie heel interessant voor het behandelen van
zeer fijne structuren zoals oogtumoren. De dosis afgeleverd
met een protonenbundel kan zeer nauwgezet in een
oogtumor gefocuseerd worden zonder hierbij de ooglens
aan een noemenswaardige dosis bloot te stellen.
D
ooglens
tumor
oog
diepte
24
OPMERKINGEN:
Deze notities zijn bedoeld als bijkomend studiemateriaal. Het is echter NIET de
bedoeling om deze te memoriseren. Verdere toelichting zal gebeuren bij de mondelinge
les.
Nog niet opgenomen bij deze notities is een deel over stralingsveiligheid.
Hopelijk prikkelen deze notities uw interesse.
Met vriendelijke groeten,
Dr. Yves De Deene
Tel. 09 240 40 79
e-mail: [email protected]
25