Caracteristicas de protones e iones pesados caracteristicas de

Hadronterapia
E. Herranz, J.L. Herraiz, E. Vicente, S. España, J. Cal, J.M.Udías.
Grupo de Física Nuclear, Dpto. Física Atómica, Molecular y Nuclear
Universidad Complutense de Madrid, Madrid, Spain
INTRODUCCI
ÓN
INTRODUCCIÓN
El objetivo de la radioterapia consiste en maximizar la dosis aplicada sobre la región del tumor sin irradiar el tejido sano colindante. En el caso de la radiación electromagnética,
la distribución de dosis, exponencial decreciente cuando el haz penetra en el organismo, hace difícil aproximarse a esta situación ideal, sobre todo en tumores profundos. La
inevitable dosis proporcionada a tejidos sanos constituye un serio factor limitante para la radioterapia convencional. El empleo de partículas pesadas cargadas (protones e
iones) en radioterapia permite una distribución de dosis en los tejidos completamente diferente y que constituye su principal ventaja frente a la radioterapia con fotones.
CARACTER
ÍSTICAS DE
CARACTERÍSTICAS
DE PROTONES
PROTONES E
E IONES
IONES PESADOS
PESADOS
Protones vs Iones de Carbono
Fórmula de Bethe y Pico de Bragg
Máxima pérdida de energía al
final del recorrido de la partícula:
PICO de BRAGG
Principal ventaja de los iones de carbono frente a protones: Efectividad Biológica Relativa mayor.
Protones: partículas de baja Transferencia Lineal de Energía (LET)
(30 kev/µm). Su efectividad biológica es similar a la de fotones.
Iones de carbono: LET (30 kev/µm – 100 kev/µm). Valor máximo de
LET en el pico de Bragg. Elevada eficiencia biológica porque la
contribución de alta LET se restringe principalmente a la zona del
tumor. Mayor probabilidad de múltiples daños en el mismo gen.
Curva de distribución Dosis - Profundidad
La dosis depositada al final del recorrido
es mucho mayor que la depositada a la
entrada.
La deposición de energía disminuye
bruscamente justo después del pico de
Bragg
Fig.1 – Distribución dosis- profundidad para
hadrones y fotones
Fig.3- Los iones de carbono
tienen menor dispersión lateral
(straggling) que los protones.
Fig.2 – Trayectorias de protones e
iones de carbono comparadas con el
tamaño de una molé´cula de ADN
HADRONTERAPIA
HADRONTERAPIA VS
VS RADIOTERAPIA
RADIOTERAPIA
La dosis depositada en los tejidos sanos se
reduce considerablemente en el caso de la
hadronterapia y el número de sesiones
aplicadas al paciente es menor. Esto hace
que esta técnica esté especialmente indicada
para tumores profundos, situados en zonas
próximas a estructuras críticas del organismo
o tumores pediátricos, donde una posible
irradiación de órganos sanos sería
inaceptable.
Fig.4 – Comparación entre el tratamiento de un tumor cerebral con 9 campos
de rayos-X (IMRT) (izquierda) y dos campos de iones de carbono (derecha).
Fig.5 – Comparación entre el tratamiento de un tumor cerebral con 9 campos de
rayos-X (IMRT) (izquierda) y cuatro campos de iones de protones (derecha).
TTÉCNICAS
ÉCNICAS DE
ÓN DE
DE APLICACI
APLICACIÓN
DE DOSIS
DOSIS
Sistemas de dispersión pasiva
Sistemas de dispersión activa
Primeros tratamientos con haces de protones: 1954
en el Lawrence Berkeley Laboratory
1997: nuevo sistema de aplicación de dosis (en GSI y PSI)
los hadrones cargados son guiados magnéticamente sobre
la zona de tratamiento.
Fig 6.- El haz se distribuye sobre el volumen blanco empleando
dispersores, compensadores y colimadores adaptados de la
radioterapia convencional de fotones.
Fig 7.- El haz de partículas se focaliza punto a punto sobre el tumor
para cada energía de los iones empleando un sistema de desviación
magnética (Técnica de ‘spot scanning’ o ‘raster scann’).
INSTALACIONES
INSTALACIONES
Centros de Hadronterapia
HICAT (Heavy Ion Cancer Therapy, Heidelberg)
Más de 50.000 pacientes tratados en todo el mundo.
La gran mayoría de países europeos tienen ya un centro de
hadronterapia en funcionamiento o en construcción.
Fig.9 – Ejemplo de instalación de Hadronterapia, Heidelberg( Izqd). Grantry isocéntrico empleado en dicha instalación y diseñado para iones de
carbono (Centro y Derecha)
Fig.8 – Hadronterapia en el mundo
Protonterapia : ~ 45.000 pacientes
Terapia con iones de carbono: ~ 2.200 pacientes
3 áreas de tratamiento, más de 1000 pacientes/año, 1 área de desarrollo e investigación
Cadena de aceleración: inyector linac ( 7 MeV/u), sincrotrón (diámetro:65 m)
Gantry isocéntrico. Iones de baja y alta LET: p, He, C, O. Energías : 50 – 430 MeV/u
Principal desventaja: elevado coste de las instalaciones.
CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
Técnica de radioterapia de muy alta conformidad de dosis: permite tratar tumores
localizados en zonas próximas a estructuras críticas del organismo.
Está indicada para tumores que no responden correctamente a la radioterapia
convencional de fotones y electrones (tumores radioresistentes).
El futuro de la hadronterapia está íntimamente ligado a la construcción de
nuevas instalaciones especializadas que cuenten con aceleradores de partículas
con fines médicos así como la instrumentación tecnológica adecuada.
BIBLIOGRAF
ÍA
BIBLIOGRAFÍA
‘Radiotherapy with beams of carbon ions’, Ugo Amaldi and Gerhard Kraft. Reports on
Progress in Physics, 68, 2005
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2003.
‘Gantry design for proton and carbon Hadrontherapy facilities’, U. Weinrich, GSI,
Darmstadt, Germany. Proccedings of EPAC, 2006.