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