Τεχνολογίες που διέπουν τη λειτουργία των ακτινοθεραπευτικών μηχανημάτων

Η ακτινοθεραπεία χρησιμοποιεί ισχυρή ιοντίζουσα ακτινοβολία για να καταστρέψει καρκινικά κύτταρα χωρίς χειρουργική τομή. Η δέσμη σχεδιάζεται ώστε να συγκεντρώνει τη μέγιστη δόση μέσα στον όγκο και να περιορίζει όσο γίνεται τη βλάβη στους γύρω υγιείς ιστούς. Για να γίνει αυτό, χρειάζεται ακριβής υπολογισμός, σωστός εξοπλισμός και αυστηροί έλεγχοι ασφαλείας.

Ο γραμμικός επιταχυντής επιταχύνει ηλεκτρόνια και παράγει φωτόνια ή ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας, τα οποία κατευθύνονται προς τον όγκο. Το σύστημα περιστρέφεται γύρω από τον ασθενή και αλλάζει γωνίες και σχήμα δέσμης ώστε η δόση να «αγκαλιάζει» τον στόχο. Έτσι μειώνεται η επιβάρυνση των υγιών οργάνων και δίνεται χώρος για πιο αποτελεσματικά σχήματα θεραπείας.

Η πρωτονική θεραπεία χρησιμοποιεί πρωτόνια, τα οποία αποθέτουν τη μεγαλύτερη δόση σε συγκεκριμένο βάθος (Bragg peak). Αυτό επιτρέπει να δοθεί υψηλή δόση μέσα στον όγκο με πολύ μικρότερη ακτινοβόληση των ιστών μπροστά και πίσω του. Γι’ αυτό προτιμάται σε παιδιά και σε όγκους δίπλα σε ευαίσθητες δομές, όπου η προστασία της υγιούς περιοχής είναι κρίσιμη.

Στη βραχυθεραπεία οι ραδιενεργές πηγές τοποθετούνται μέσα ή πολύ κοντά στον όγκο, αντί η δέσμη να έρχεται από μακριά. Έτσι η δόση «πέφτει» πολύ απότομα έξω από την περιοχή τοποθέτησης και οι γύρω ιστοί προστατεύονται καλύτερα. Η μέθοδος χρησιμοποιείται σε καρκίνους όπως του προστάτη, του τραχήλου και ορισμένους όγκους κεφαλής και τραχήλου.

Η IGRT συνδυάζει την ακτινοβόληση με απεικονιστικά συστήματα που ελέγχουν τη θέση του όγκου λίγο πριν ή και κατά τη διάρκεια της συνεδρίας. Με αυτόν τον τρόπο οι γιατροί βλέπουν αν ο όγκος ή τα όργανα έχουν μετακινηθεί και διορθώνουν τη στάση ή τα πεδία. Το αποτέλεσμα είναι πιο ακριβής στόχευση και μικρότερος κίνδυνος να χαθεί μέρος του όγκου ή να επιβαρυνθούν άσκοπα υγιείς ιστοί.

Η στερεοτακτική ακτινοχειρουργική δίνει μία ή λίγες συνεδρίες με πολύ υψηλή δόση σε μικρούς, καλά εντοπισμένους όγκους, κυρίως στον εγκέφαλο. Χρησιμοποιεί ακριβή συστήματα ακινητοποίησης και συντεταγμένες αναφοράς ώστε η δέσμη να «χτυπά» μέσα σε λίγα χιλιοστά. Έτσι σε πολλές περιπτώσεις μπορεί να αντικαταστήσει ή να συμπληρώσει την κλασική νευροχειρουργική.

Η SBRT εφαρμόζει παρόμοια φιλοσοφία με τη SRS, αλλά σε όγκους εκτός εγκεφάλου, όπως σε πνεύμονα, ήπαρ ή σπονδυλική στήλη. Δίνει υψηλές δόσεις σε λίγες συνεδρίες με πολύ αυστηρό έλεγχο κίνησης και γεωμετρίας. Αυτό επιτρέπει ριζικό έλεγχο μικρών όγκων σε ασθενείς που συχνά δεν μπορούν να χειρουργηθούν.

Η προσαρμοστική ακτινοθεραπεία λαμβάνει υπόψη ότι ο όγκος και τα όργανα μπορεί να αλλάζουν σχήμα, μέγεθος ή θέση κατά τη διάρκεια της θεραπείας. Με επαναλαμβανόμενες απεικονίσεις και νέους υπολογισμούς, το πλάνο τροποποιείται ώστε να παραμένει γεωμετρικά και δοσιμετρικά σωστό. Έτσι μειώνονται τα σφάλματα από μετακινήσεις ή συρρίκνωση του όγκου και μεγιστοποιείται το θεραπευτικό όφελος.

Η IMRT επιτρέπει η ένταση της δέσμης να μεταβάλλεται μέσα σε κάθε πεδίο, χρησιμοποιώντας πολυφύλλους κολλιματόρες που ανοίγουν και κλείνουν δυναμικά. Με αυτόν τον τρόπο δημιουργούνται πολύπλοκα σχήματα δόσης που «αγκαλιάζουν» τον όγκο και αποφεύγουν κρίσιμα όργανα. Το αποτέλεσμα είναι καλύτερος έλεγχος όγκου με λιγότερες παρενέργειες σε ευαίσθητους ιστούς όπως σιελογόνοι αδένες, νωτιαίος μυελός ή οπτικά νεύρα.

Το MR-Linac συνδυάζει γραμμικό επιταχυντή με μαγνητικό τομογράφο, ώστε η απεικόνιση και η ακτινοβόληση να γίνονται ταυτόχρονα. Οι εικόνες MRI δείχνουν καθαρά μαλακούς ιστούς και επιτρέπουν να φανεί η θέση του όγκου την ώρα της θεραπείας. Έτσι ανοίγει ο δρόμος για πραγματικά «ζωντανή» προσαρμοστική ακτινοθεραπεία σε κάθε συνεδρία.

Η ακτινοθεραπεία με ηλεκτρόνια χρησιμοποιείται κυρίως για επιφανειακούς όγκους, επειδή τα ηλεκτρόνια καταθέτουν την ενέργειά τους σε σχετικά μικρό βάθος και μετά η δόση πέφτει απότομα. Έτσι μπορεί να δοθεί υψηλή δόση στο δέρμα ή σε επιφανειακές λεμφαδενικές περιοχές χωρίς μεγάλη επιβάρυνση των βαθύτερων ιστών. Είναι χρήσιμη σε καρκίνους δέρματος, μαστού και σε ορισμένες μετεγχειρητικές περιοχές.

Οι ακτίνες Χ υψηλής ενέργειας μπορούν να διεισδύουν βαθιά στο σώμα και να φτάνουν σε όγκους που βρίσκονται σε εσωτερικά όργανα. Παράγονται σε γραμμικούς επιταχυντές και διαμορφώνονται με κολλιματόρες ώστε να καλύπτουν το σχήμα του στόχου. Συνδυάζονται με τεχνικές όπως 3D-CRT και IMRT για να επιτευχθεί ισορροπία ανάμεσα σε έλεγχο όγκου και προστασία υγιών οργάνων.

Το Gamma Knife είναι ένα ειδικό σύστημα στερεοτακτικής ακτινοχειρουργικής που χρησιμοποιεί πολλές λεπτές δέσμες γάμμα, οι οποίες συγκλίνουν σε ένα μικρό σημείο στον εγκέφαλο. Κάθε δέσμη μόνη της έχει σχετικά χαμηλή δόση, αλλά στο σημείο σύγκλισης η συνολική δόση γίνεται πολύ υψηλή. Έτσι μπορούν να αντιμετωπιστούν μικροί όγκοι και αγγειακές βλάβες με μεγάλη ακρίβεια, χωρίς ανοιχτό χειρουργείο.

Το CyberKnife είναι ένα ρομποτικό σύστημα που φέρνει την κεφαλή ακτινοβόλησης γύρω από τον ασθενή με πολλές διαφορετικές γωνίες και τροχιές. Με τη βοήθεια απεικονιστικής καθοδήγησης παρακολουθεί διαρκώς τη θέση του στόχου και διορθώνει αυτόματα μικρές μετακινήσεις. Χρησιμοποιείται για στερεοτακτική ακτινοχειρουργική και σωματική ακτινοθεραπεία σε διάφορες περιοχές του σώματος, προσφέροντας μεγάλη ευελιξία και ακρίβεια.

Η ακτινοθεραπεία με ιόντα άνθρακα χρησιμοποιεί βαριά φορτισμένα σωματίδια που έχουν ακόμη πιο απότομο Bragg peak από τα πρωτόνια. Έτσι μπορούν να δοθούν πολύ υψηλές δόσεις μέσα στον όγκο με ελάχιστη δόση πέρα από το σημείο στόχευσης. Η υψηλή βιολογική τους αποτελεσματικότητα τα καθιστά κατάλληλα για ανθεκτικούς όγκους, αλλά απαιτεί πολύπλοκες και ακριβές υποδομές.

Τα συστήματα παρακολούθησης αναπνοής καταγράφουν την κίνηση του θώρακα ή εσωτερικών δεικτών για να εκτιμήσουν πώς μετακινείται ο όγκος με την αναπνοή. Με βάση αυτά τα σήματα η ακτινοβόληση μπορεί να συγχρονίζεται σε συγκεκριμένη φάση ή να προσαρμόζεται δυναμικά στη θέση του στόχου. Έτσι μειώνονται τα περιθώρια ασφαλείας και προστατεύονται καλύτερα οι υγιείς ιστοί γύρω από όγκους που κινούνται, όπως στον πνεύμονα ή στο ήπαρ.

Τα συστήματα ακινητοποίησης βοηθούν τον ασθενή να διατηρεί την ίδια στάση σε κάθε συνεδρία, ώστε ο όγκος να βρίσκεται πάντα στην αναμενόμενη θέση. Μπορεί να περιλαμβάνουν μάσκες κεφαλής και τραχήλου, θερμοπλαστικά καλούπια, κενά μαξιλάρια και ειδικά στηρίγματα. Η σωστή ακινητοποίηση μειώνει τις γεωμετρικές αβεβαιότητες και επιτρέπει πιο «σφιχτά» πεδία γύρω από τον στόχο.

Τα συστήματα σχεδιασμού θεραπείας χρησιμοποιούν δεδομένα από απεικονίσεις, οριοθέτηση όγκων και οργάνων και χαρακτηριστικά των δεσμών για να υπολογίσουν την κατανομή της δόσης. Ο φυσικός και ο ακτινοθεραπευτής δοκιμάζουν διαφορετικές διατάξεις πεδίων και τεχνικές έως ότου βρεθεί ένα πλάνο που καλύπτει τον στόχο και σέβεται τα όρια στα υγιή όργανα. Στη συνέχεια το εγκεκριμένο πλάνο μεταφέρεται στο μηχάνημα και γίνεται η απαραίτητη επαλήθευση πριν την κλινική εφαρμογή.

Η δοσιμετρία και ο έλεγχος ποιότητας εξασφαλίζουν ότι η δόση που έχει υπολογιστεί είναι πραγματικά αυτή που παραδίδεται στον ασθενή. Περιλαμβάνουν μετρήσεις με θαλάμους ιονισμού, φαντάσματα, φιλμ ή ανιχνευτικούς πίνακες, καθώς και τακτικό έλεγχο όλων των παραμέτρων του μηχανήματος. Χωρίς συστηματικό QA, η ακτινοθεραπεία μπορεί να γίνει είτε αναποτελεσματική είτε επικίνδυνη.

Η τεχνητή νοημοσύνη αρχίζει να χρησιμοποιείται σε πολλά στάδια της ακτινοθεραπείας, από την αυτόματη οριοθέτηση όγκων μέχρι τη βελτιστοποίηση πλάνων και την πρόβλεψη παρενεργειών. Τα μοντέλα μαθαίνουν από μεγάλο όγκο κλινικών δεδομένων και προτείνουν λύσεις που θα ήταν δύσκολο να βρεθούν χειροκίνητα. Στο μέλλον αναμένεται να υποστηρίξουν ακόμη περισσότερο την εξατομικευμένη θεραπεία, πάντα με την ευθύνη και τον έλεγχο της ιατρικής ομάδας.