1. UNIVERZA V LJUBLJANI
ZDRAVSTVENA FAKULTETA
ODDELEK ZA RADIOLOŠKO TEHNOLOGIJO II. STOPNJE
OBSEVALNE TEHNIKE NA TELERADIOTERAPEVTSKEM
ODDELKU ONKOLOŠKEGA INŠTITUTA
Avtor: Andrej Breznik, dipl.inţ.rad.
Mentor: doc. dr. Dejan Ţontar, univ. dipl. fiz.
LJUBLJANA, 2011

2. KAZALO VSEBINE
KAZALO SLIK
Slika 1: Sestava linearnega pospeševalnika ............................................................................... 2
Slika 2: Nameščen tubus in individualna zaščita na obsevalnem aparatu .................................. 4
Slika 3: Porazdelitev globinske doze pri elektronih ................................................................... 4
Slika 4: Večlistni kolimator – MLC ........................................................................................... 5
Slika 5: Porazdelitev globinske doze pri fotonih ....................................................................... 6
Slika 6: LINAC NovalisTX – obsevalni aparat 8 ...................................................................... 8
Slika 7: Primerjava dozne porazdelitve pri različnih obsevalnih tehnikah ................................ 9
Slika 8: Exac Trac 6D robotic IGRT couch sistem .................................................................. 10
Slika 9: Prikaz poravnave z tehniko prekrivanja in deljenega polja pri slikanju z sistemom
Exac Trac.................................................................................................................................. 11
Slika 10: Primerjava obsevalnih planov IMRT in RAPID ARC tehnike obsevanja ................ 13

3. 1 KAJ JE RADIOTERAPIJA?
Radioterapija je medicinska stroka, ki se ukvarja z zdravljenjem malignih in nemalignih
bolezni s pomočjo ionizirajočega sevanja, lahko samostojno ali v kombinaciji z sistemskim in
kirurškim zdravljenjem. Uvrščamo jo med lokalne načine zdravljenja, saj je njen učinek
omejen le na obsevalno območje, kjer se absorbirajo ionizirajoči ţarki. Skupaj s kirurgijo in
sistemskim zdravljenjem je eden izmed treh temeljnih načinov zdravljenja raka.
Glede na poloţaj vira ionizirajočega sevanja v odnosu na obsevanega bolnika delimo
radioterapijo v vsebinskem in organizacijskem delu na teleterapijo (vir je zunaj bolnikovega
telesa) in brahiterapijo (vir je v bolnikovem telesu).
Bolniki so lahko obsevani z fotonskimi ţarkovnimi snopi nizkih (kV) ali visokimi (MV)
energijami in z elektronskimi ţarkovnimi snopi visokih (MeV) energij. Brahiterapevtska
dejavnost se izvaja z napravami za naknadno polnjenje vodil (HDR in LDR), ki jih zdravnik
povprej pod kontrolo različnih slikovnih metod uvede v telo bolnika, z viri ionizirajočega
sevanja.
Kot stroka radioterapija opredeljuje preplet kliničnih znanj in veščin poznavanja značilnosti
malignih in neonkoloških bolezni, ter moţnosti njihovega zdravljenja. Prav tako zavzema
področje radiofizike in radiobiologije, ki poznavata učinke ionizirajočega sevanja v bioloških
sistemih in moţnostih njegove uporabe. Radioterapija vključuje tudi tesno sodelovanje
strokovnjakov, kot so zdravnik specialist radioterapevt (nosilec dejavnosti), medicinski fizik –
dozimetrist (odgovoren za pripravo obsevalnega načrta in umerjanje radioterapevtskih naprav)
in inţenir radiološke tehnologije (upravljalec radioterapevtskih naprav in izvajalec obsevanja)
(Novaković in sod., 2009).
Med osnovne teleterapevtske naprave spadajo radioterapevtski simulator, terapevtska
rentgenska naprava, linearni pospeševalnik in računalniški sistemi za načrtovanje obsevanja in
naprave za preverjanje kakovosti obsevanja (Novaković in sod., 2009).
1

4. 2 LINEARNI POSPEŠEVALNIK - LINAC
V teleterapiji uporabljamo linearne pospeševalnike, ki lahko proizvajajo visokoenergijske
fotone ali elektrone. Sodobni medicinski linearni pospeševalniki pospešujejo elektrone do
kinetičnih energij od 4 MeV do 25 MeV (Novaković in sod., 2009). Linearni pospeševaliki
uporabljajo RF mikrovalovna polja frekvenc od 103 MHz do 104 MHz. Velika večina jih
deluje pri frekvenci mikrovalov 2856 MHz (S-band), kjer so tipične dolţine mikrovalovnih
votlin okrog 10 cm v premeru in 3 cm v dolţini (Majerle, 2003).
Izravnalna Bending magnet
filtra in
sipalne
folije Pospeševalna cev
Izvor elektornovov - GUN
Tarča
Primarni in
sekundrani
kolimator
MLC
Rtg cev -
OBI
Slikovni
detektor
EPID
slikovni
detekotor
Slika 1: Sestava linearnega pospeševalnika
VIR:http://www.google.si/imgres?imgurl=http://www.tradevision.com.bd/images/product/27.jpg&imgrefurl=http://www.tradevision.com.bd
/productlist.php%3Fsubdivid%3D7%26subdivname%3DRadiotherapy&h=600&w=600&sz=71&tbnid=pTS2cx5lOJc0tM:&tbnh=135&tbnw
=135&prev=/images%3Fq%3Dvarian%2Blinac&zoom=1&q=varian+linac&hl=sl&usg=__G5f4fyw7_ohDq65TSNfAwj8o5Ks=&sa=X&ei=
jzV_TY7LGsTYsgaam8jsBg&sqi=2&ved=0CD4Q9QEwBA
2

5. Princip delovanja linearnega pospeševalnika je takšen, da v pospeševalno cev injicirane
elektrone z začetno energijo okoli 50 keV vzdolţ le-te pospešimo s pomočjo
visokofrekvenčnega elektromagnetnega valovanja s frekvenco okoli 3000 MHz. V
pospeševalni cevi je vakuum, ki zagotavlja čim manjše število trkov elektronov z molekulami
plina in s tem čim manjše oviranje elektronov. Ob izhodu iz pospeševalne cevi dobimo ozek
snop elektronov s premerom cca 3 mm, ki ga v nadaljevanju s pomočjo magnetnih polj
usmerimo (odklonimo) v navpično smer. Elektronski curek lahko uporabljamo neposredno
(obsevanje z elektroni) ali pa ga izkoristimo za nastanek rentgentskih fotonov z usmeritvijo
elektronov v tarčo (Novaković in sod., 2009).
V principu ločimo dve vrsti obsevanja, glede na vrsto ionizirajočega sevanja:
- obsevanje z elektroni,
- obsevanje s fotoni.
2.1. Obsevanje z elektronskim snopom
V primeru obsevanja z elektronskim snopom, pospešeni elektroni trčijo ob vstavljeno tanko
kovinsko sipalno folijo, katera ţarek razprši, hkrati pa poskrbi za homogenost obsevalnega
polja, kar pomeni, da je količina elektronov po celotnem preseku obsevalnega polja enaka
»dose flattnes«. Debeline sipalnih folij so takšne, da se elektroni v preteţni meri sipljejo in da
ne prihaja do dodatnega zavornega sevanja. Izhodni snop elektronov omejujemo z t.i.
aplikatorji oz. tubusi in individualnimi zaščitami iz Woodove zlitine, ki posnemajo obliko
tarče. Tipične energije za obsevanje z elektorni so: 6, 9, 12, 15 in 18 MeV. Globinska
porazdelitev doze pa je odvisna od jakosti energije. Pomembno je vedeti, da ima obsevanje z
elektroni hiter padec izodozne krivulje, ko ta doseţe 80%. Na takšen način se lahko izognemo
nepotrebnemu obsevanju t.i. kritičnih oz. zdravih organov. (Novaković in sod., 2009).
3

6. Slika 2: Nameščen tubus in individualna zaščita na obsevalnem aparatu
Vir: http://www.flickr.com/photos/vm1757/562061042/sizes/m/in/photostream/
100,0
6 MeV
9 MeV
80,0
12 MeV
PDD [%]
15 MeV
60,0
18 MeV
40,0
20,0
0,0
0 2 4 6 8 10 12
globina [cm]
Slika 3: Porazdelitev globinske doze pri elektronih
Slika 3 prikazuje razmerje med globino in odstotkom globinske doze (angl. Percent depth
dose – PDD) pri elektronskem snopu.
4

7. 2.2. Obsevanje s fotonskim snopom
Fotonsko obsevanje poteka po postopku, da elektroni na poti iz pospeševalne cevi trčijo na
vstavljeno tarčo, ki je snov z visokim vrstnim številom Z. V tarči prihaja do zavornega
sevanja in rezultat je nastanek visoko energijskih fotonov primernih za fotonsko obsevanje. V
nadaljevanju fotoni zadanejo izravnalni filter, ki poskrbi, da je ţarek po prehodu skozenj po
svojem preseku čim bolj homogen oz. izravnan. Za dodatno omejitev fotonskih ţarkov skrbi
serija zaslonk, ki ţarek še dodatno oblikujejo. Zadnji element, ki omogoča skoraj poljubno
oblikovanje obsevalnih poljm je t.i. večlistni komatorski sistem MLC (angl. MultiLeaf
Collimator), s katerim oblikujemo fotonska obsevalna polja tako, da ta povzamejo obliko
obolenja, kot ga vidimo iz smeri ţarkov. Sodobni pospeševalniki imajo vgrajen tudi EPID –
elektronski portalni sistem za verifikacijo obsevalnih polj. Pri fotonskem načinu obsevanja se
posluţujemo energijama 6 MV in 15 MV (Novaković in sod., 2009).
Slika 4: Večlistni kolimator – MLC
Vir: http://varian.mediaroom.com/file.php/301/MLC+-+gold.jpg
5

8. 100
6 MV
15 MV
80
Kobalt
PDD [%]
60
40
20
0
0 10 20 30 40
globina [cm]
Slika 5: Porazdelitev globinske doze pri fotonih
Slika 5 prikazuje razmerje med globino in odstotkom globinske doze (angl. Percent depth
dose – PDD) pri fotonskem snopu.
6

9. 3 NOVE OBSEVALNE TEHNIKE NA OI
Vključitev novih obsevalnih tehnik v delovno rutino je pogojena z uporabo CT simulatorja in
sodobne podprte računalniške programe, ki s pomočjo algoritmov omogoča izdelavo
natančnega obsevalnega načrta. Z razvojem računalniške podprte tehnologije je sledil tudi
razvoj popolnega računalniškega nadzora oz. krmiljenje linearnih pospeševalnikov, večlistnih
kolimatorjev za oblikovanje obsevalnega polja in računalniško podprtega sistema za
načrtovanje obsevanja (Novaković in sod., 2009).
Prednosti novih obsevalnih tehnik omogoča:
- povečanje gradienta med visokodoznim in nizkodoznim območjem,
- povečanje konformnosti visokodoznega območja (skladnost s 3D obliko tarče),
- natančnejše obsevanje (zmanjšanje odmika lege posameznega polja od referenčne).
Na Onkološkem inštitutu v Ljubljani smo z nakupom novejših obsevalnih aparatov pričeli
obsevati naslednje različne obsevalne tehnike:
- IMRT – intizitetno modulirana radioterapija (angl. Intensity-modulated radiation
therapy)
- IGRT – slikovno vodena radioterapija (angl. image-guided radiotherapy)
- SRT – stereotaktična radioterapija (angl. stereotactic radiotherapy)
- SRS – stereotaktična kirurgija (angl. stereotactic radiosurgery)
- RAPIR ARC – volumetrično ločno obsevanje (angl. VMAT - volumetric arc therapy)
7

10. Infrared sistem Silicijeva slikovna detektorja
Robotic 6D
OBI – On
couch – Exac
board
Trac
Imager
Room based x
ray
Slika 6: LINAC NovalisTX – obsevalni aparat 8
VIR: http://www.jeffradonc.com/page.php?pID=21
3.1. IMRT – Intenziteno modulirana radioterapija
Intizitetno modulirano obsevanje – IMRT je sodobna obsevalna tehnika, ki zdruţuje vse
doseţke moderne računalnike tehnologije. V primerjavi z navadnimi konvencionalnimi
obsevalnimi tehnikami, lahko z IMRT doseţemo pomembno izboljšanje razporeditve doze v
obsevalnem tkivu. To se kaţe v večji konformnosti, ki jo dopolnjuje strm gradient doze na
robu tarčnega volumna, kar nam omogoča bolj natančno in usmerjeno obsevanje samega
tumorja in manjšo dozno obremenitev zdravih tkiv v okolici tumorja. S tem pripomoremo k
zmanjšanju verjetnosti pojavljanja in restnosti nezaţelenih stranskih učinkov (Strojan in sod.,
2010).
Poznamo več načinov IMRT tehnike, med najpogostejše sodita:
- dinamična tehnika (angl. sliding windows) deluje tako, da obsevanje traja ves čas,
torej kontinuirano s pomočjo premikanja MLC lističev in s tem tudi pogojeno
spreminjanje obsevalnega polja;
8

11. - stopenjska tehnika (angl. step and shoot) deluje na principu »prestavi in sproţi«, kar
pomeni, da se ţarek sproţi le, kadar obsevalno polje zavzame določeno obliko oz. se
lističi kolimatorskega sistema zapeljejo v ţe naprej določeno leg.
Iz kliničnega vidika se IMRT od konvencionalnega 3D obsevanja razlikuje v tem, da
omogoča večjo konformnost, kar pomeni, da izodoze natančneje posnemajo 3D obliko
tarčnega volumna in konkavno oblikovanje obsevalnega polja. IMRT tehnika uporablja
računalniško vodeno modulacijo intenzitete s krmiljenjem večlistnih kolimatorjev (Strojan in
sod., 2010).
Prednosti IMRT tehnike pred ostalimi tehnikami:
- bolj homogena porazdelitev doze v tarči kot pri 3D konformalnem obsevanju,
- niţja dozna obremenitev izven PTV (planirnega terčnega volumna),
- omogoča oblikovanje pol z konkavnimi oblikami,
- omogoča kompenzacijo nehomogenosti polj.
Prikaz tehnike »sliding windows« IMRT: http://www.youtube.com/watch?v=Llxe9t8wwB0.
Slika 7: Primerjava dozne porazdelitve pri različnih obsevalnih tehnikah
VIR: IMRT obsevanje ORL bolnika (Kuduzović in Sekereš, 2010)
9

12. 3.2. IGRT – Slikovno vodena radioterapija
Slikovno vodena radioterapija – IGRT nam omogoča izvajanje slikovno vodene metode
kvalitete obsevanja pred vsakim ali celo med samim obsevanjem. Namen IGRT tehnike je
zagotoviti, da je planirni tarčni volumen (PTV) vedno v enakem poloţaju med samim
obsevanjem (Varian Inc., 2011).
Z tehniko IGRT lahko predvsem zmanjšamo napake obsevanja zaradi:
- premikanja tarče med obsevanji (intra-fractional),
- premikanja tarče med obsevanjem (inter-fractional),
- napak pri pozicioniranju pacienta.
Radiološki inţenirji se pri delu posluţujemo različnih komponent obsevalnega aparata in
nekatere pomembne komponenete za izvajanje IGRT tehnike so:
- Exac Trac X-ray 6D robotic system,
- IR sistem,
- On-board Imager (OBI) kV sistem za cone-beam CT (CBCT),
- Portal Vision slikovni sistem.
Slika 8: Exac Trac 6D robotic IGRT couch sistem
VIR: http://www.newswise.com/articles/new-image-guided-radiotherapy-system-benefits-high-risk-patients
10

13. Exac Trac 6D robotic IGRT couch se uporablja za uravnavanje nepravilnosti, ki nastanejo
pri vsakodnevnnem pozicioniranju pacienta v poloţaj izocentra. Sestavni deli Exac Tracta so:
dve vgrajeni rentgenski cevi v prostoru linearnega pospeševalnika, dva silicijeva detektorja in
IR sistem za detekcijo rentgenske slike in hkrati poloţaja pacienta.
Slika 9: Prikaz poravnave z tehniko prekrivanja in deljenega polja pri slikanju z sistemom Exac Trac
VIR: http://www.varian.com/media/oncology/resources/flash/obi_image_gallery/portal_vision.html
3.2.1 On-board Imager (OBI)
Uporaba On-board Imager (OBI) sistema omogoča bolj učinkovito in primerno dinamično
spremljanje obsevalne tarče – obsevalnega polja ter naslenje podrobnosti:
- pravilno pozicioniranje bolnika v primerjavi z izocentrom,
- verifikacijo obsevalnih polj v primerjavi z določenimi markerji in terapijo z
obsevanjem,
- pozicioniranje obsevalnega poljna glede na implantirane zlate markerje ali kostne
strukture,
- izboljšan nadzor nad tumorjem pred in med obsevanjem,
- zaznavanje sprememb pri premikanju notranjih organov in spremembe pri dihanju,
11

14. - zajete visoko kvalitetne slike omogočajo hitrejšo obravnavo in pregled anatomskih
razlik,
- sprejemanje odločitev o morebitnih premikih izocentra pred obsevanjem,
- nizke kV dozne obremenitve omogočajo dnevno preverjanje obsevalnih polj.
S pomočjo OBI sistema in računalniških programov izvedemo korekcijo obsevalnih polj, ti.
»repozicioniranje bolnika«. Repozicioniranje lahko opravimo na dva načina in sicer na:
a) kostne strukture
- omogočanje direktne določitve obsevalne tarče
- kostne strukure so zanesljiva orientacija za določitev obsevalne tarče
b) implantirana zlata zrnca – markerje
- prilagoditev izocentra obsevalnega polja na določen implantirani zlati marker
(Varian Inc., 2011).
Prikaz IGRT, link: http://www.youtube.com/watch?v=8ySdWkx6m_c&feature=related.
3.3. RapidArc – volumetrično ločno obsevanje
Obsevalna tehnika RapidArc je omogočila velik napredek pri obsevanju bolnikov, saj
izboljšuje skladnost med odmerkom doze in skrajšanim časom obsevanja. RapidArc tehnika
deluje na princupu računalniških algoritmov, ki samodejno premikajo gantrij, kateri obkroţi
bolnika na obsevalni mizi za 360° in hkrati uravnavajo sekvenčno premikanje »sliding
window« MLC lističev in spreminjajočo se intenziteto sevanja (dose rate). Vse to omogoča
kontinuirano in učinkovitejše, ter predvsem hitrejše obsevanje za razliko od ostalih tehnik
(Varian Inc., 2011). RapidArc nam omogoča prenos celotne frakcionirane doze s tehniko
IMRT v eni sami rotaciji gantrija za 360° (Zankowski, 2007).
Glavne prednosti obsevalne tehnike RapidArc so:
- simultano gibanje gantrija okoli pacienta za 360°, kar omogoča optimalno
porazdelitev doze v bolniku,
12

15. - simulatano premikanje MLC-jev z načinom t.i. »sliding window«,
- nadzor nad hitrostjo premikanja gantrija,
- Varianov patentiran »gridded gun«, ki omogoča sprotno spreminjanje intenzitete
izhodnega snopa iz obsevalnega aparata,
- minimalen čas obsevanja (navadno okoli 1-2 min) (Zankowski, 2007).
Prikaz Rapid Arc, link: http://www.youtube.com/watch?v=fMIW2SRTE1I&feature=related.
Slika 10: Primerjava obsevalnih planov IMRT in RAPID ARC tehnike obsevanja
VIR: http://www.varian.com/us/oncology/treatments/treatment_techniques/rapidarc/comparison.html
13

16. 4 LITARATURA
- Novaković in sod. (2009). Onkologija. Raziskovanje, diagnostika in zdravljenje raka.
1. izd. Ljubljana: Mladinska knjiga; 120-154.
- Majerle M. (2003). Umerjanje linearnega pospeševalnika Philips SL-75/5 za potrebe
3D načrtovanja v radioterapiji. Diplomsko delo. Univerza v Ljubljani. Fakuleteta za
matamatiko in fiziko; 30-58
- Strojan in sod. (2010). Onkologija. Intenzitetno modulirano obsevanje (IMRT) zdaj
tudi na Onkološkem inštututu v Ljubljani. Leto XIV. Onkološki Inštitut; 91-96
- Evans et al (2001). Performance assessment of the Gulmay D3300 kilovoltage X-ray
therapy unit. The British Journal of Radiology. 74 (2001). The British Institute of
Radiology; 537–547
- Zankowski C (2007). Varian’s NewRapidArc™ Delivery. The Next Dimension in
Speed and Precision. Centerline: 1-5
- Advance radiation center of New York (2011). Image radiatoin radiotherapy and
Rapid Arc technology.
http://advancedradiationcenters.com/?p=whatisigrt <10.5.2011>.
- Varian Inc. (2011). Varian radiation oncology program solution.
http://www.varian.com/us/oncology/radiation_oncology/ <14.5.2011>.
14