AVANCES EN RADIOTERAPIA EXTERNA

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1 U UNIVERSITAT DE BARCELONA B for LifeLong Learning Institut de Formació Contínua Instituto de Formación Continua IL3Institute Universitat de Barcelona AVANCES EN EXTERNA CONCEPCIÓN MARTÍNEZ ARRANZ Y JOSÉ ANTONIO ANTÓN PÉREZ GENERADORES DE RAYOS X DE MEDIA Y BAJA ENERGÍA Hasta 1951 fueron utilizados como terapia convencional y generaban rayos X con baja capacidad de penetración en el tejido y un potencial acelerador inferior a 500 kv. Por su penetración insuficiente y su baja relación entre la dosis profunda/ dosis a la entrada, no proporcionaban una buena distribución de dosis; además, dado que la máxima dosis se localizaba en la piel, se producían importantes lesiones dermatológicas. Su uso hoy en día se limita al tratamiento de lesiones superficiales: radioterapia superficial o de ortovoltaje. 5 Su uso hoy en día se limita al tratamiento de lesiones superficiales: radioterapia superficial o de ortovoltaje. Según la oscilación de la energía, se distingue entre terapia: De contacto: utiliza tensiones de tubo entre 10 y 50 kv; la distancia de tratamiento es corta, de 1 a 4 cm; y los haces aplicados, de tamaño reducido. Se aplica en tumores de piel muy superficiales, de mm de profundidad. Superficial: con tensiones de 50 a 150 kv, la distancia de tratamiento oscila entre 10 y 50 cm. El haz de rayos X se adapta a la lesión por tratar con localizadores de diferentes formas y/o con láminas de plomo. Ortovoltaje: las tensiones empleadas son más altas, del orden de 150 a 350 kv; la distancia de tratamiento, de 10 a 50 cm. Figura 1. Equipo de ortovoltaje. Fuente: AdditionalResources/Training/training-materiales/Radiotherapy-es.htm. Se utiliza tanto la terapia superficial como la de ortovoltaje para el tratamiento de tumores superficiales, del orden de 3 mm a 3 cm de profundidad. de esta edición: Fundació IL3-UB, 2010 B

2 EXTERNA GENERADORES DE ALTA ENERGÍA Los equipos de alta energía (Mev) ofrecen una serie de ventajas, respecto a sus antecesores, como el depósito de una mayor dosis en profundidad, menor dosis en piel y disminución de la radiación dispersa. Con el desarrollo de reactores nucleares de alto flujo de neutrones fue posible la fabricación de isótopos radiactivos artificiales de alta actividad y reducidas dimensiones para su uso en Radioterapia. Durante mucho tiempo se utilizó el Cs-137 (unidades de cesioterapia), pero los mejores resultados se obtuvieron con las unidades de Co-60 (cobaltoterapia). UNIDADES DE COBALTOTERAPIA Las unidades de cobalto-60 se hicieron muy populares en los años sesenta y setenta, ya que proporcionaban una radiación de fotones intensa y de alta energía (energía media de 1,25 Mev, en la zona de megavoltaje), por lo que se podía tratar lesiones profundas con mayor eficacia sin superar las dosis umbrales tolerables en los tejidos superficiales. El Co-60 se obtiene por bombardeo de neutrones sobre el isótopo Co-59; su periodo de semidesintegración es de 5,27 años; esto significa que, para tener unos tiempos de radiación razonables, hay que sustituir la fuente (también llamada pastilla) cada cierto tiempo. Masa (gramos) Actividades (Curies) , Tiempo (años) 0 Vida media Figura 2. Gráfico de desintegración del cobalto 60. Fuente: 2

3 EXTERNA La fuente está encapsulada en un contenedor de acero inoxidable, de doble pared. El cobalto radiactivo se encuentra sellado en el compartimiento interior, el cual, a su vez, se halla en otro contenedor exterior, ambos sellados mediante soldadura. La doble soldadura se considera necesaria para prevenir cualquier fuga de material radiactivo. Las partes de una unidad de cobalto son: El brazo. El estativo. La mesa de tratamiento. La consola de tratamiento. El brazo de la unidad permite girar en torno a un eje horizontal y soporta al cabezal, que, a su vez, contiene: la fuente radiactiva, el dispositivo de entrada y salida de la fuente, el sistema de colimación y de simulación luminosa del haz. La fuente radiactiva se mueve desde la posición de parada o blindada a la de funcionamiento o exposición y viceversa. Blindaje Fuente Tumor Paciente Mesa ajustable Figura 3. Cobaltoterapia moderna. Fuente: 3

4 EXTERNA ACELERADORES LINEALES DE ELECTRONES A partir de 1940, se empieza a construir distintos aceleradores de electrones (betatrón, ciclotrón, acelerador lineal). En 1962, Varian introduce el primer acelerador lineal de uso clínico isocéntrico y completamente rotable. En los aceleradores lineales de electrones (ALE o Linac), no existe ningún tipo de material radiactivo. Son capaces de generar haces de fotones y de electrones de varias energías, que pueden cubrir todas las necesidades de la radioterapia externa. El cabezal de irradiación de estos equipos dispone de un sistema de colimación para delimitar los campos de tratamiento; se puede conformar bien con la adaptación de moldes de cerrobend y, actualmente, con la colimación por multiláminas. Además, los dispositivos de imagen portal, las cuñas dinámicas, Figura 4. Acelerador lineal. los aplicadores para radiocirugía y la conformación dinámica son avances que permiten optimizar las técnicas de tratamiento. HADRONTERAPIA Se trata de la radioterapia que utiliza protones, neutrones e iones ligeros, como los átomos de helio, oxígeno, carbono y neón. También se emplean iones pesados, como el silicio y el argón. Presenta ventajas, al permitir una liberación más precisa y localizada de la radiación, lo que comporta una mejor distribución potencial de la dosis de radiación en el tejido tumoral y una mayor preservación del tejido sano circundante que la radioterapia convencional con fotones o electrones. 5 La hadronterapia presenta ventajas, al permitir una liberación más precisa y localizada de la radiación. 4

5 EXTERNA Protones de 150 MeV Fotones de 6 MeV Figura 5. Curvas de penetración. Fuente: En la hadronterapia, la deposición de energía y su distribución correspondiente de dosis en el organismo es inversamente proporcional a la energía de las partículas: aumenta en las zonas más profundas cuando la energía disminuye. De hecho, la mayor parte de la energía se deposita en los últimos milímetros de la trayectoria: el pico de Bragg. Tras éste, prácticamente no hay depósito de energía (penumbra distal mínima). Al mismo tiempo y debido a la baja dispersión de estas partículas, en los bordes del haz se produce una zona de penumbra lateral muy estrecha. Ello supone una mejor conformación al volumen blanco y preservación de órganos de riesgo. Esta característica permitiría, en teoría, aplicar una mayor dosis de radiación sin aumentar la toxicidad en los tejidos sanos circundantes y/o la aplicación de la misma dosis terapéutica con menor toxicidad o efectos adversos. 5

6 EXTERNA En hadronterapia se utiliza dos rangos de energía: Uno bajo, de 65 MeV aproximadamente, para el tratamiento de tumores superficiales. Otro, de energía superior a 200 MeV, para tumores profundos. Para conseguir dichas energías, se utiliza dos tipos de aceleradores: El ciclotrón, además de acelerar protones, también genera haces de neutrones, presenta la ventaja de ser compacto y la tecnología que emplea es más sencilla que la del sincrotrón. El sincrotrón es más complejo y grande, dispone de protones de energías variables, lo que elimina la necesidad de incorporar moduladores para ensanchar el pico de Bragg. Z En el siguiente enlace puedes observar la fotografía de un ciclotrón: iotherapy.html. Figura 6. Equipo de tratamiento (hadronterapia). Fuente: html. Figura 7. Disposición de una instalación de hadronterapia. Fuente: Training/training-material-es/Radiotherapy-es.htm. Los protones son una elección óptima de terapia para determinados tumores como el melanoma ocular, el cordoma o condrosarcoma de base de cráneo o espina cervical. Los iones con una distribución de dosis similar a los protones son eficaces en el tratamiento de tumores bien diferenciados de crecimiento lento, radiorresistentes por hipoxia a los haces de fotones y electrones convencionales. Z En el siguiente enlace se muestra una imagen de una dosimetría de protonterapia: cology/proton/images/dose_confirmity.jpg. 6

7 EXTERNA FUNCIONAMIENTO DE LOS ACELERADORES LINEALES DE ELECTRONES Utilizan ondas electromagnéticas de una frecuencia elevada para acelerar partículas con carga eléctrica, en este caso, electrones de alta energía (MeV). Estos electrones pueden ser usados para irradiar directamente al paciente (tumores superficiales) o bien, si se los hace chocar con un blanco metálico, producir Rx de alta energía, utilizada para el tratamiento de tumores a mayor profundidad. Los aceleradores pueden ser de dos tipos: Los monoenergéticos: producen una energía de fotones. Los multienergéticos: pueden producir haces de fotones y de electrones. Con los haces de electrones, se tratará tumores de piel, tumores poco profundos; son los utilizados para la radioterapia intraoperatoria, mientras que, con los haces de fotones, es posible tratar tumores de diferentes localizaciones. Las energías alcanzadas por los electrones en los aceleradores lineales tienen un rango entre 6 y 24 MeV. Las partes de un acelerador son: la sección generadora, la sección aceleradora, la sección deflectora y el cabezal de tratamiento. SECCIÓN GENERADORA Está constituida por el generador de potencia, el modulador y el cañón de electrones: La fuente de potencia de alta frecuencia consta del magnetrón (generador de microondas de alta frecuencia) y el klystron que las amplifica. El modulador contiene los componentes que distribuyen y controlan la potencia eléctrica primaria. El cañón de electrones contiene el filamento (alto grado de vacío), que inyecta los electrones en la sección aceleradora. SECCIÓN ACELERADORA Su forma es de tubo y dentro de él existe una serie de cavidades en las cuales se ha realizado el vacío. Los electrones emitidos por el cátodo son acelerados por acción del campo eléctrico y se mueven en forma de espiral a causa del campo magnético. 7

8 EXTERNA SECCIÓN DEFLECTORA En los aceleradores multienergéticos la sección aceleradora mide del orden de 2 m y se sitúa de forma paralela al suelo. Por tanto, es necesario desviar la trayectoria de los electrones 90 º para aplicar los tratamientos. Para conseguirlo, los aceleradores tienen unas bobinas magnéticas que permiten desviar la trayectoria de los electrones. Este conjunto se denomina sistema magnético de deflexión del haz. Z Observa la figura 3 (página 7) del siguiente documento donde se muestra un sistema de deflexión del haz a 270 º: sos/ficheros_md/ _ pdf. CABEZAL DE TRATAMIENTO Está compuesto por el blanco donde, al chocar los electrones, se produce una Observa la figura 4 «Haz de radiación de frenado, en consecuencia, rayos X. fotones» (página 8) del siguiente documento donde se muestra el Otros elementos importantes dentro del cabezal son: cono para fotones, filtros homogeneizadores para electrones, cámaras de ionización, así como coli- de fotones: cabezal de la unidad para un haz madores primarios y secundarios. sos/ficheros_md/ _412 Las cámaras de ionización de transmisión se llaman cámaras monitoras pdf. Tienen forma plana, controlan la homogeneidad y la simetría del haz, además de la tasa de dosis y la dosis. A la medida de esta dosis, se la denominará unidades de monitor y deberán ser calibradas por los radiofísicos. El sistema de colimación está constituido por un colimador fijo y uno secundario, constituido por cuatro mandíbulas móviles que definen el tamaño del campo de irradiación. En la actualidad, los sistemas de colimación secundaria más avanzados cuentan con multiláminas. La aplicación de tratamientos con electrones necesita un colimador terciario, que se inserta en el cabezal de la unidad. Estos colimadores terciarios se denominan aplicadores y se sitúan a 10, 5 o 0 cm de la piel del paciente. Z Figura 8. Sistema multiláminas. Figura 9. Aplicador de electrones. Z Observa la figura 4 «Haz de electrones» (página 8) del siguiente documento donde se muestra el cabezal de la unidad para un haz de electrones: 8

9 EXTERNA LA MESA DE TRATAMIENTO Se trata del lugar donde se coloca al paciente para la irradiación. Los movimientos de la mesa tienen indicaciones digitales cuya precisión es de 1 mm. 5 Los movimientos de la mesa tienen indicaciones digitales cuya precisión es de 1 mm. Son de subida y bajada, para colocar al paciente a la distancia foco-piel determinada: los transversales y longitudinales, para situar al paciente en el centro del haz de radiación de acuerdo con la planificación del tratamiento realizada. También tiene movimientos de rotación isocéntrica y de rotación del tablero. Para permitir la irradiación a través de ella, está construida por materiales transparentes a la radiación tales como la fibra de carbono. Figura 10. Mesa de tratamiento. Figura 11. Detalle de mesa de tratamiento. Figura 12. Mando de control. LA CONSOLA DE MANDOS Está situada fuera del recinto y es desde donde se efectúa la programación de la máquina. Está gobernada por un ordenador que permite almacenar los datos de la irradiación de cada paciente, así como el registro de las irradiaciones realizadas. Dispone de teclas de puesta a cero de la unidad, selector de tipo de haz (fotones o electrones), selector de energía y tasa. 9

10 EXTERNA Asimismo, consta de botones para el comienzo de la irradiación, botón de parada en condiciones normales e interruptor de emergencia. Figura 13. Consola del acelerador. Dispone también del selector del número de unidades de monitor y de un contador donde se observa cuándo comienza la irradiación, el número de unidades de monitor en las dos cámaras monitoras y el tiempo de la irradiación. También aparece en la pantalla la tasa de dosis instantánea que alcanza el haz. 10