Fizikai Szemle honlap

Tartalomjegyzék

Fizikai Szemle 2007/6. 191.o.

A FIZIKUS SZEREPE A DAGANATOS BETEGEK GYÓGYÍTÁSÁBAN

Balogh Éva
Jósa András Megyei Kórház,
Onkoradiológiai Osztály, Nyíregyháza
Angeli István
Debreceni Egyetem, Kísérleti Fizika Tanszék

A civilizációs ártalmaknak, a megváltozott életvitelnek tulajdonítható, hogy egyre nő a daganatos megbetegedések száma. A rosszindulatú daganatos betegségek hazánkban a második helyet foglalják el a halálozási okok között. Az egyre szélesebb körű felvilágosítás, a szűrővizsgálatok fontosságának hangsúlyozása az oka annak, hogy az onkológiai centrumokban egyre többen jelentkeznek még a betegség kezdeti stádiumában. Ennek és az orvostudomány, valamint a technika fejlődésének köszönhető, hogy egyre javul a betegek gyógyulásának esélye.

A röntgensugárzást már az 1900-as évek elejétől használják gyógyítási célokra. A sugárterápiában sejtpusztító hatását hasznosítják, amelyet a DNS közvetlen, illetve közvetett károsító hatása révén ér el. Az ép és daganatos sejtek között sugárérzékenység szempontjából ugyan van különbség, a kezelés során azonban az ép szövetek is károsodhatnak, ezért a sugárterápia célját így fogalmazhatjuk meg: minél nagyobb, homogén eloszlású dózist (sugárterhelést) leadni a céltérfogatra, ugyanakkor elérni, hogy a környező szövet sugárterhelése a lehetséges legalacsonyabb legyen, mert a daganatos sejteket oly módon kívánjuk elpusztítani, hogy az ép szövetek sejtjei még képesek legyenek regenerálódni, "újraépülni".

Sugárterápiás gyógyításban a daganatos betegek körülbelül 60%-a részesül. A sugárterápiás kezelések két nagy csoportra oszthatók: a teleterápiára (a sugárforrás a besugárzandó területen kívül helyezkedik el) és az üregi kezelésre (brachyterápia, ahol a sugárforrás a besugárzandó területen belül helyezkedik el). Talán kevesek gondolnák, hogy a kezelésben résztvevő egészségügyi végzettségű személyzeten kívül a fizikusnak is aktív szerepe van az onkoradiológiai osztályok betegeinek gyógyításában.

A fizikus feladatai:

Ezek közül a minőségszabályozás a sugárterápián belül az alábbi területekre osztható: Ezen feladatok mindegyikének részletes bemutatása meghaladná egy ilyen rövid cikk kereteit, ezért csak a teleterápiás kezelésre kerülő betegekkel kapcsolatos fontosabb fizikusi feladatokkal foglalkozunk.

A beteg útja az onkoradiológiai osztályokon

A sugárkezelés komplex folyamat, amelyet röviden így vázolhatunk: miután diagnosztizálták a daganatos megbetegedést, az orvoscsoport a rendelkezésére álló információk birtokában mérlegel és dönt, hogy a lehetséges kezelések közül melyiket alkalmazzák. Ezek lehetnek:

A fizikusnak akkor van szerepe a gyógyításban, ha a beteg sugárkezelésben részesül. Ilyenkor az orvos elsődleges feladata a daganat helyének pontos meghatározása, amelyet az igénybe vehető képalkotó eljárások segítségével határoz meg. A legtöbb esetben a komputertomográfiát (CT) alkalmazzák. Az elkészült felvételek alapján meghatározza és berajzolja - akár több síkban - a célterületet, valamint a kezelés folyamán védeni kívánt érzékeny területeket. A terapeuta dönt, hogy milyen nagyságú legyen a besugárzási mező, a kezelés során milyen energiát javasol alkalmazni, milyen napi dózisban, hány alkalommal (frakcióban). Az orvos (ha a terv szerint szükséges) blokkot, takarást javasolhat a védendő területek sugárterhelésének csökkentésére. A megadott adatok alapján a fizikus elkészíti a kezelési tervet. Az orvos a kész terv alapján szimulációval ellenőrzi annak helyességét (erre átvilágító röntgenberendezést használ a besugárzási geometriával azonos elrendezésben) és jóváhagyja, vagy dönt az esetleges változásokról. Ha a terv megfelelő, akkor ezt a betegre megfelelő jelölésekkel "felrajzolja", és ezt követően kezdődik a beteg sugárterápiás kezelése.

A teleterápiás kezeléshez rendelkezésünkre álló eszközök

Lineáris gyorsító

Teleterápiás kezelésre az onkoradiológia osztályokon jelenleg (a kobaltágyúkat szinte már teljesen kiszorító) lineáris gyorsítókat alkalmaznak. Ezek a készülékek elektron- és fotonsugárzás (fékezési röntgensugárzás) előállítására képesek. (A nyíregyházi Jósa András Oktató Kórház Onkoradiológiai Osztályán két Siemens lineáris gyorsító működik.)

1. ábra

Az elektronágyúból kilépő elektronokat egy vákuumra leszívott gyorsítócsőben nagyfrekvenciás elektromágneses hullámok gyorsítják fel. Ahhoz, hogy egy lineáris gyorsító a sugárterápiás követelményeknek megfelelő, kellően stabil és ellenőrzött elektron- vagy fotonsugárzást szolgáltasson, a gyorsítót különféle kiegészítő és vezérlő elemekkel látják el. Az 1. ábrán a nyíregyházi onkoradiológiai osztályon működő egyik gyorsítóberendezés vázlatos ábrája látható.

A berendezés saját dozimetriai rendszerrel van ellátva, amely folyamatosan ellenőrzi a besugárzási mező dózisállandóságát, homogenitását és hiba esetén megszakítja a kezelést. A gyorsítócső a 360°-os szögtartományban elforgatható gantry-ben foglal helyet. A berendezés alkalmas állandó fókusz-bőr távolságú (FBT) álló, izocentrikus álló- és mozgómezős besugárzásra. A felgyorsított elektronokat a gyorsítócső végénél elhelyezett eltérítő elektromágnes 270°-kal eltéríti, így a sugárnyaláb a cső tengelyére merőlegesen lép ki a gyorsítóból.

A 270°-os eltérítés révén 2-3%-on belül monoenergetikus, körülbelül 1,5 mm átmérőjű elektronnyalábot kapunk. A besugárzófej (2. ábra) főbb részei a motorikusan mozgatható wolfram céltárgy (target), az előkollimátor, a szűrőváltó, a dózismonitor (a leadott dózis mérésére és szabályozására), a tükör és a főkollimátor.

Fotonsugárzás alkalmazása esetén a céltárgyat az elektronnyaláb útjába, annak fókuszpontjába helyezzük, így 6, illetve 15 MeV-os fotonokkal, céltárgy nélkül pedig elektronsugárzással (5, 7, 9, 10, 12, 14 MeV) végezhetjük a kezelést. A sugármezőn belüli dózishomogenitás megfelelően kialakított szűrőkkel érhető el. A szűrők alakja és mérete energiánként változó, ezért a szűrőváltó mindig a választott energiához tartozó szűrőt állítja a sugárnyaláb útjába. A tükör és a fényforrás segítségével a sugármezővel azonos méretű és helyű fénymező vetíthető a beteg bőrére, amely segíti a sugármező beállítását a kezelés előtt. A főkollimátort két pár motorikusan mozgatható, ólom blende alkotja, amellyel a fókusztól mért 1 m távolságra 0-40 cm közötti oldalhosszúságú, mindkét irányba 90°-os szögtartományban elforgatható téglalap alakú mezőt lehet előállítani.

2. ábra

A gyorsítóhoz tartozó kiegészítő elemek: tubusok, ékszűrők, blokkok (lásd később).

Kezelés elektronsugárzással

Az elektronsugárzást általában 5 cm-nél nem mélyebben elhelyezkedő felszíni daganatok kezelésére alkalmazzák. A sugárterápiában alkalmazott különböző energiájú elektronok vízben mért mélydózisát a 3. ábra szemlélteti.

A mélydózisgörbe három szakaszból tevődik össze. A dózismaximumot egy "build up" (felépülési) szakasz előzi meg, melynek mélysége (és így a felépülési szakasz hossza is) függ az alkalmazott energiától. Ezt követi egy meredeken csökkenő dózisesési szakasz, amely az elektronabszorbció következménye. Végül pedig egy, a mélységgel csak lassan csökkenő rész következik, melynek oka a testszövetben keletkező fékezési sugárzás (1-6%, jelentősége csak nagy besugárzási mezők esetén van).

3. ábra

Az elektronnal való kezelés során az orvos az elváltozás nagyságától függően dönt a besugárzási mező méretéről. A gyorsító fejéhez különböző nagyságú négyzet és kör alakú mezőt adó tubus (4. ábra) csatlakoztatható.

4. ábra

Mivel az elektronok a levegőben szóródnak, ezért kezeléskor a tubus a beteg testére "rásimul", bőréhez hozzáér. Ha a mező alakja jelentősen eltér a tubus méretétől és alakjától, akkor az orvos ólomlemezből különféle takarásokat készíttet a beteg számára. Szintén a kezelőorvos feladata a célterület mélysége alapján a sugárkezeléshez használt elektron energiájának nagyságáról dönteni.

Kezelés fotonsugárzással

A nagyenergiájú fotonsugárzás felgyorsított elektronok megfelelő céltárgyba történő ütközésével keletkezik.

5. ábra

A fotonsugárzást a nagyobb áthatoló képessége és a bőrvédelem szempontjai miatt a mélyebben elhelyezkedő daganatos elváltozások kezelésére használjuk. A fotonsugárzást is a mélydózisgörbék segítségével jellemezhetjük (5. ábra).

A dózis a felszínen igen kicsi, innen a "build up" szakaszban növekszik, majd a maximum után exponenciálisan csökken. A maximum tehát nem a felszínen alakul ki (6 MeV-nél 15 mm, míg 15 MeV esetén 28 mm), és a hozzá tartozó mélység az energia növelésével nő. A relatív dózis a dózismaximumtól távolodva csökken a mélységgel. Ugyanakkor a relatív dózis függ a mezőmérettől is, mert annak növekedésével a sugárnyalábban lévő szórt fotonok aránya is nő.

A besugárzás tervezéshez alapvetően szükségesek a mélydózisgörbén kívül az izodózisgörbék is. Az izodózisgörbe a sugárnyalábon belül egy megadott viszonyítási ponthoz képest azonos dózisokat összekötő vonal. Az izodózisgörbéket vízfantomban (mivel az emberi test nagy része víz) történő méréssel lehet meghatározni.

6. ábra

Ha például a sugármező a testfelszínre ferdén esik be, vagy a testen belül nagy szöveti (sűrűségbeli) különbségek vannak, akkor a homogén eloszlás eléréséhez szokás úgynevezett ékszűrőt (lásd 2. ábra) használni. Ez egy olyan ólomból készült, közel ék keresztmetszetű lap, melyet a sugárforrás és a testfelszín közé, a sugárforrás közelébe helyeznek el, a fősugárra merőlegesen a test felszínétől olyan távolságra, hogy az ebből kilépő másodlagos sugárzás ne érje a bőrfelületet. Az ékszűrő a sugárnyalábon belül fokozatosan csökkenti a dózisteljesítményt, ezért az izodózisgörbék az ék vékony vége felé elhajlanak (6. ábra). Leggyakrabban 15, 30, 45, vagy 60 fokos éket alkalmaznak. (Az ék szögén a 10 cm mélyen mért izodózisgörbének a vízszintessel bezárt szögét értjük.)

Természetesen az lenne az ideális, ha minden beteg esetén a daganatos sejtek egységesen és homogénen megkapnák az előírt dózist, míg a körülötte elhelyezkedő ép szövetet egyáltalán nem érné sugárterhelés. Ennek megvalósítása gyakorlatban lehetetlen, de minél nagyobb mértékben való megközelítése érdekében van szükség a körültekintő és pontos besugárzástervezésre. Ez az orvos és a fizikus közös feladata.

A besugárzástervezés menete

Ha az orvos - a beteg beleegyezésével - a sugárterápiás kezelés mellett dönt, akkor egy igen összetett folyamat veszi kezdetét, amely a célterület megjelölésétől a sugárminőség és a kezelés pontos geometriai adatainak meghatározásáig tart.

A beteg először a lokalizálóba kerül, ahol a szimulátor (egy speciális diagnosztikus röntgenkészülék) segítségével meghatározzák a célterület elhelyezkedését, és ennek megfelelően a céltérfogat magasságában készíttetik el a tervezéshez szükséges CT axiális szeleteit. Nagyon fontos, hogy a beteg a felvételek elkészítése közben a leendő sugárkezelési körülményeknek megfelelően (jól reprodukálható, stabil és lehetőleg kényelmes pozícióban) helyezkedjen el. A beteg fektetésének mindenkori reprodukálását a lokalizálóban és a gyorsítóknál elhelyezett, beállítást ellenőrző lézerek biztosítják.

A CT-felvételek online módon jutnak át a tervezőrendszerbe, a hozzá tartozó adatokkal együtt. A beteg adatainak beadása után az orvos a CT-felvételek alapján megadja, kitölti a tervezés alapjául szolgáló sugárfizikai adatokat (a sugármező hosszát, besugárzási energiát, az egyszeri, heti és az összdózist). A besugárzási térkép elkészítéséhez ismerni kell az egyes besugárzásimező-nagyságokhoz tartozó izodózis-eloszlásokat; ezeket vízfantomban határozzuk meg. Az izodózisok ismeretében kezdetben ezek kézi grafikus összeadásával határoztuk meg az eredő dóziseloszlást. Jelenleg a besugárzástervezésre az ország onkológiai centrumaiban különböző besugárzástervező-rendszereket alkalmaznak. A besugárzástervező-rendszerbe a tervezéshez szükséges alapvető dozimetriai adatokat méréssel határozzuk meg és a mérések alapján adjuk be. A rendszer online-összeköttetésben van a CT-vel. Az elváltozásról és környékéről készített CT-képek hálózaton keresztül jutnak a munkaállomásra. A felvételek a tervezéshez szükséges információkat tartalmazzák: méretarány, a metszetek egymástól való távolsága, valamint a sugárelnyelésre jellemző Hounsfield- szám (H = 1000(µ - µw) / (µw - µa), ahol µ, µw és µa a lineáris elnyelési együttható a vizsgált szövetre, vízre (water), illetve levegőre (air). Levegőre tehát H = -1000, vízre 0, csontra pedig +3095-ig). A tervezőrendszer a CT-felvételekkel kapott adatok alapján kiszámolja a felvételeken lévő szövetek sűrűségét, az elektronsűrűséget, majd a fizikus által beadott információk (a kezeléshez alkalmazott fotonenergia, az alkalmazott mezőméret, beadott sugárzási irányok, az esetlegesen használt ékek, és mezősúlyozások alapján, figyelembe véve a CT-képek által meghatározott szöveti inhomogenitást) felhasználásával elkészíti a dóziseloszlás térképét, ahol figyelembe veszi a szomszédos területekről érkező szórt sugárzást is.

A tervek 3 dimenzióban is készülhetnek, ami annyival jelent többet a különböző síkokban készült kétdimenziós terveknél, hogy a szomszédos területek szöveti inhomogenitási viszonyait, a szórt sugárzást is képes figyelembe venni. Többnyire - a homogenitás és a bőr kímélése érdekében - általában nem egy, hanem több besugárzási mezőt alkalmazunk, és a bejelölt tumort oly módon célozzuk meg, hogy a különböző irányból érkező sugárnyalábok a berajzolt célterületben találkozzanak. A tervezőrendszerek általában alkalmasak SSD (állandó fókusz-bőr távolságú) álló, izocentrikus álló és mozgó mezős besugárzási technikák tervezésére és számítására.

Izocentrikus besugárzás esetén egy rögzített pont (izocentrum), mint geometriai tengely körül a kilépő nyaláb fősugara mindig átmegy. A forgatás különböző hosszúságú körívek mentén lehetséges. A gyorsítócső forgatásához tartozó forgástengely a fősugarat az izocentrumban metszi. Ennek a módszernek az a hátránya, hogy a lokalizálóban nehézkes az izocentrum beállítása, viszont könnyebbséget jelent, hogy csak egyszer kell megkeresni azt, mert a kezelés során végig állandó. Ezt a technikát igen gyakran alkalmazzuk, például: medence sugárkezelésénél.

Mozgó besugárzás esetén a besugárzófej a besugárzandó Céltérfogat egy pontja, mint forgáspont (tengely) körül fordul el, tehát ez is izocentrikus. Ennek egyik fajtája az, amikor a sugárforrás a körnek csak egy adott ívszakaszán mozdul el (ingabesugárzás). Ezen technika esetén lehetőség van arra, hogy a besugárzott körív után egy ideig ne bocsásson ki sugárnyalábot, majd egy újabb szakaszon ismét (skip-scan technika) és így tovább .... Lehetséges a mozgó besugárzást folyamatosan, 360°-on keresztül alkalmazni, ekkor a céltérfogaton belül igen homogén dózis érhető el, azon kívül pedig rendkívül meredek dózisesés. A mozgó besugárzási technikát általában akkor választjuk, ha a célterület megközelítőleg ellipszis alakú, például: tüdőtumor esetén.

Az SSD-technikát akkor célszerű használni, ha nehézkes és valószínűleg pontatlan lenne az izocentrum meghatározása a terv alapján. Hátránya ennek a módszernek, hogy minden egyes mezőnél külön be kell állítania az asszisztensnek az adott távolságot. Leggyakrabban emlődaganat kezelése esetén alkalmazzák.

A célterületen belül, annak határán és rajta kívül is a dóziseloszlás az alkalmazott módszertől függ. Azt, hogy az említett technikák közül melyikkel készül egy adott terv, többek között a célterület formájától, elhelyezkedésétől, illetve az esetleges közelben lévő kritikus szervek elhelyezkedésétől függ. Minden mezőhöz külön kell kiválasztani a használni kívánt energia nagyságát, így egy tervben akár többféle sugárminőség is előfordulhat az adott szituációtól függően.

Az egyes mezők mérete lehet eltérő: 1x1 cm-től 40x40 cm-ig változhat 1 mm-es léptékben. A gantry és a kollimátor szöge tetszőlegesen 1°-onként elforgatható mindkét irányba. Az utóbbi segítségével állítható be a sugármező alakja és nagysága is. Különböző energia-, tehát dózismódosító eszközök használhatók, ugyanakkor bármelyik mező esetén lehet éket és blokkot is alkalmazni. Az éknek a különböző szöveti inhomogenitások (sűrűség, energiaelnyelés), illetve a testkontúr változásainak kompenzálásában van szerepe. Általában mindig a keskenyebb végével fordítjuk oda, ahol növelni szeretnénk a dózist a többi területéhez képest. Használhatók általában 15, 30, 45 és 60°- os ékek egymáshoz képest 180°-kal elforgatott állásban. Blokkokat akkor alkalmazunk, ha a sugármező egy részének kitakarása szükséges. Ezek a blokkok úgynevezett Newton-fémből (50% bizmutot, 31,25% ólmot és 18,25% ónt tartalmaz) készülnek és lehetőség van a fizikus által kiválasztott tetszőleges alakúra önteni (ez a technikus feladata).

A tervezés fontos fázisa a besugárzási terv optimalizációja. A célterületet magába foglaló izodózisgörbét (amely legrosszabb esetben is 85%-os görbe) 100%-nak véve normalizáljuk az eloszlást. Ennek megfelelően adjuk meg a napi dózis nagyságát és számolja ki a rendszer az egyes mezőkhöz tartozó monitoregységet (a gyorsító úgy van kalibrálva, hogy normál körülmények között, az adott energiánál, 100 cm-es FBT és 10x10 cm-es mező esetén a vízben mért dózismaximumban 100 MU (1 MU (monitoregység) = 1 gray).

Ha az elkészült terv és a számítógép által kiszámolt és berajzolt izodózisgörbék megfelelnek a kívánalmaknak, akkor az adott szint CT-metszetére készült terv (esetleg más síkok is) kinyomtatásra kerül a gyorsító beállításához, a kezeléshez szükséges adatokat tartalmazó protokollal együtt. Ennek alapján kezdődhet meg a sugárkezelés.

A daganatos megbetegedések a leggyakoribb, vezető halálokok között, a második helyen állnak, és a halálozások számán belüli arányuk fokozatos emelkedést mutat. A gyógyítás egyik eszköze az ionizáló sugárzások (pl. elektron- vagy fotonsugárzás) alkalmazása. Ennek során az orvossal együttműködő fizikusnak is fontos szerepe van.

Irodalom

Gyenes Gy., Németh Gy., Sugárterápia. Medicina Könyvkiadó Rt., Budapest, 1997.
Horváth F., Az orvosi radiológia aktuális kérdései. 8918806 MTA Sokszorosító, Budapest, 1989.
Rodé I., Klinikai Onkoradiológia. Medicina Könyvkiadó Rt., Budapest, 1984.
Helax-TMS System Reference Manual 4.0. Helax AB, 1997.
Horváth F., A radiológia alapfogalmai. Medicina Könyvkiadó Rt., Budapest, 1994.
Kásler M., Az onkoterápia irányelvei. B+V Lap- és Könyvkiadó Kft., 2001.
Köteles Gy., Sugáregészségtan. Medicina Könyvkiadó Rt., Budapest, 2002.
Németh Gy., Sugárterápia. Springer Tudományos Kiadó Kft., 2001.

A témához kapcsolódik egy - fizikus körökben sokak által ismert - történet Szilárd Leóról, mint a sugárterápia önkéntes úttörőjéről: 1960-ban megállapították, hogy húgyhólyag rákja van. Az akkoriban lehetséges gyógymódok tanulmányozása után sugárterápiát kért orvosaitól. (A híres New York Memorial Hospitalban kezelték.) A terápiát maga tervezte meg, az általa meghatározott dózisnak megfelelő, sugárzó ezüstöt operáltatott magába. Ezt két év múlva, 1962- ben megismételték.

Nem ismert, hogy milyen egyéb kezelést kapott, ezért nehezen értékelhető a "sugárterápia" sikeressége. (Szilárd 1964-ben halt meg, szívinfarktusban.) A történetben az azt ismertető források egy része inkább Szilárd kissé excentrikus természetének illusztrációját látja.

__________________________________

Jelen cikk alapjátaz egyik szerző (B. É.) Besugárzás-tervezés és kiértékelés című szakdolgozata képezi (Debreceni Egyetem, Természettudományi Kar, Kísérleti Fizikai Tanszék, 2006), amelynek teljes anyaga megtalálható a Tanszék honlapján: http://fizika.ttk.unideb.hu/kisfiz/harsanyi/Public/diplomamunkak.htm.