Terapia rápida de nêutrons - Fast neutron therapy
| Terapia de nêutron rápida | |
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 Sala de tratamento de paciente para radioterapia de nêutrons
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| ICD-10-PCS | D? 0? 5ZZ |
| ICD-9 | 92,26 |
A terapia de nêutrons rápidos utiliza nêutrons de alta energia normalmente entre 50 e 70 MeV para tratar o câncer . A maioria dos feixes de terapia de nêutrons rápidos são produzidos por reatores, ciclotrons (d + Be) e aceleradores lineares. A terapia com nêutrons está atualmente disponível na Alemanha, Rússia, África do Sul e Estados Unidos. Nos Estados Unidos, um centro de tratamento está funcionando, em Seattle, Washington. O centro de Seattle usa um ciclotron que produz um feixe de prótons incidindo sobre um alvo de berílio .
Vantagens
A radioterapia mata as células cancerosas de duas maneiras, dependendo da energia efetiva da fonte radiativa. A quantidade de energia depositada quando as partículas atravessam uma seção de tecido é conhecida como transferência linear de energia (LET). Os raios X produzem baixa radiação LET, e prótons e nêutrons produzem alta radiação LET. A baixa radiação LET danifica as células predominantemente através da geração de espécies reativas de oxigênio, veja os radicais livres . O nêutron não tem carga e danifica as células por efeito direto nas estruturas nucleares. Os tumores malignos tendem a ter baixos níveis de oxigênio e, portanto, podem ser resistentes à baixa radiação LET. Isso dá uma vantagem aos nêutrons em certas situações. Uma vantagem é um ciclo de tratamento geralmente mais curto. Para matar o mesmo número de células cancerosas, os nêutrons requerem um terço da dose efetiva dos prótons. Outra vantagem é a capacidade estabelecida dos nêutrons para tratar melhor alguns cânceres, como glândula salivar, carcinomas adenóides císticos e certos tipos de tumores cerebrais, especialmente gliomas de alto grau
DEIXAR
Quando os raios-X de energia terapêutica (1 a 25 MeV) interagem com as células no tecido humano, eles o fazem principalmente por meio de interações Compton e produzem elétrons secundários de energia relativamente alta. Esses elétrons de alta energia depositam sua energia em cerca de 1 keV / µm . Em comparação, as partículas carregadas produzidas em um local de uma interação de nêutrons podem entregar sua energia a uma taxa de 30-80 keV / µm. A quantidade de energia depositada quando as partículas atravessam uma seção de tecido é chamada de transferência linear de energia (LET). Os raios X produzem baixa radiação LET e nêutrons produzem alta radiação LET.
Como os elétrons produzidos a partir dos raios X têm alta energia e baixo LET, quando eles interagem com uma célula normalmente ocorrem apenas algumas ionizações. É provável então que a baixa radiação LET cause apenas quebras de fita simples da hélice do DNA. Quebras de fita simples de moléculas de DNA podem ser prontamente reparadas e, portanto, o efeito na célula-alvo não é necessariamente letal. Em contraste, as partículas com alta carga LET produzidas a partir da irradiação de nêutrons causam muitas ionizações à medida que atravessam uma célula e, portanto, quebras de fita dupla da molécula de DNA são possíveis. O reparo de DNA de quebras de fita dupla é muito mais difícil de ser reparado por uma célula e tem maior probabilidade de levar à morte celular.
Os mecanismos de reparo do DNA são bastante eficientes e, durante a vida de uma célula, muitos milhares de quebras de DNA de fita simples serão reparados. Uma dose suficiente de radiação ionizante, no entanto, fornece tantas quebras de DNA que sobrecarrega a capacidade dos mecanismos celulares de lidar com isso.
A terapia de íons pesados (por exemplo, íons de carbono) faz uso do LET de 12 íons C 6+ similarmente alto .
Por causa do LET alto, o dano de radiação relativo (efeito biológico relativo ou RBE ) de nêutrons rápidos é 4 vezes maior do que os raios X, o que significa que 1 rad de nêutrons rápidos é igual a 4 rads de raios-X. O RBE dos nêutrons também depende da energia, portanto os feixes de nêutrons produzidos com diferentes espectros de energia em diferentes instalações terão diferentes valores de RBE.
Efeito oxigênio
A presença de oxigênio em uma célula atua como um radiossensibilizador , tornando os efeitos da radiação mais prejudiciais. As células tumorais normalmente têm um conteúdo de oxigênio mais baixo do que o tecido normal. Esta condição médica é conhecida como hipóxia tumoral e, portanto, o efeito do oxigênio atua diminuindo a sensibilidade do tecido tumoral. O efeito do oxigênio pode ser descrito quantitativamente pelo Oxygen Enhancement Ratio (OER). Geralmente, acredita-se que a irradiação de nêutrons supera o efeito da hipóxia tumoral, embora existam contra-argumentos
Usos clínicos
A eficácia dos feixes de nêutrons para uso no câncer de próstata foi demonstrada por meio de estudos randomizados. A terapia de nêutrons rápidos tem sido aplicada com sucesso contra tumores de glândulas salivares . Os carcinomas adenóides císticos também foram tratados. Vários outros tumores de cabeça e pescoço foram examinados.
Efeitos colaterais
Nenhuma terapia contra o câncer é isenta de riscos de efeitos colaterais. A terapia com nêutrons é um bisturi nuclear muito poderoso que deve ser utilizado com extremo cuidado. Por exemplo, algumas das curas mais notáveis que conseguiu atingir são com câncer de cabeça e pescoço. Muitos desses cânceres não podem ser tratados de forma eficaz com outras terapias. No entanto, danos de nêutrons a áreas vulneráveis próximas, como o cérebro e neurônios sensoriais, podem produzir atrofia cerebral irreversível, cegueira etc. O risco desses efeitos colaterais pode ser bastante mitigado por várias técnicas, mas não podem ser totalmente eliminados. Além disso, alguns pacientes são mais suscetíveis a esses efeitos colaterais do que outros e isso não pode ser previsto. Em última análise, o paciente deve decidir se as vantagens de uma cura possivelmente duradoura superam os riscos desse tratamento quando confrontado com um câncer de outra forma incurável.
Centros de nêutrons rápidos
Vários centros ao redor do mundo têm usado nêutrons rápidos para o tratamento do câncer. Devido à falta de financiamento e apoio, atualmente apenas três estão ativos nos EUA. A University of Washington e o Gershenson Radiation Oncology Center operam feixes de terapia de nêutrons rápidos e ambos são equipados com um colimador multifolha (MLC) para moldar o feixe de nêutrons.
universidade de Washington
O Departamento de Oncologia de Radiação opera um cíclotron de prótons que produz nêutrons rápidos ao direcionar prótons de 50,5 MeV para um alvo de berílio. O UW Cyclotron é equipado com um sistema de entrega montado em pórtico e MLC para produzir campos modelados. O sistema UW Neutron é conhecido como Clinical Neutron Therapy System (CNTS). O CNTS é típico da maioria dos sistemas de terapia de nêutrons. É necessário um edifício grande e bem blindado para reduzir a exposição à radiação do público em geral e para abrigar o equipamento necessário.
Ciclotron UW
Multi-Leaf Collimator (MLC) usado para moldar o feixe de nêutrons
Esquema de uma entrega de campo de tratamento. A maca do paciente foi girada, junto com o gantry, para que o feixe de nêutrons entre obliquamente, para dar o máximo de preservação do tecido normal.
Exemplo de um campo de nêutron de tratamento colimado usando um MLC de nêutron
Uma linha de luz transporta o feixe de prótons do cíclotron para um sistema gantry. O sistema gantry contém ímãs para desviar e focar o feixe de prótons no alvo de berílio. A extremidade do sistema gantry é chamada de cabeça e contém sistemas de dosimetria para medir a dose, junto com o MLC e outros dispositivos de modelagem de feixe. A vantagem de ter um transporte de feixe e gantry é que o cíclotron pode permanecer estacionário e a fonte de radiação pode ser girada em torno do paciente. Junto com a variação da orientação da mesa de tratamento em que o paciente está posicionado, a variação da posição do gantry permite que a radiação seja direcionada de virtualmente qualquer ângulo, permitindo poupar o tecido normal e a dose máxima de radiação para o tumor.
Durante o tratamento, apenas o paciente permanece dentro da sala de tratamento (chamada de cofre) e os terapeutas irão controlar remotamente o tratamento, visualizando o paciente por meio de câmeras de vídeo. Cada entrega de uma geometria de feixe de nêutrons definida é referida como um campo de tratamento ou feixe. A aplicação do tratamento é planejada para fornecer a radiação da forma mais eficaz possível e geralmente resulta em campos que se adaptam ao formato do alvo bruto, com qualquer extensão para cobrir doenças microscópicas.
Karmanos Cancer Center / Wayne State University
A instalação de terapia de nêutrons no Gershenson Radiation Oncology Center no Karmanos Cancer Center / Wayne State University (KCC / WSU) em Detroit tem algumas semelhanças com o CNTS da Universidade de Washington, mas também tem muitas características únicas. Esta unidade foi desativada em 2011.
Esquema de MLC
Foto do MLC
Esquema do cíclotron supercondutor montado em pórtico KCC / WSU
Enquanto o CNTS acelera os prótons, a instalação KCC produz seu feixe de nêutrons ao acelerar 48,5 MeV deuterons em um alvo de berílio. Este método produz um feixe de nêutrons com características de dose de profundidade aproximadamente semelhantes às de um feixe de fótons de 4 MV. Os deuterons são acelerados usando um cíclotron supercondutor montado em gantry (GMSCC), eliminando a necessidade de ímãs de direção de feixe extras e permitindo que a fonte de nêutrons gire 360 ° completos em torno da maca do paciente.
A instalação KCC também está equipada com um dispositivo de modelagem de feixe MLC, o único outro centro de terapia de nêutrons nos EUA além do CNTS. O MLC na instalação KCC foi complementado com software de planejamento de tratamento que permite a implementação de Radioterapia de Nêutrons Modulados por Intensidade (IMNRT), um avanço recente na terapia de feixe de nêutrons que permite mais dose de radiação no local do tumor alvo do que nêutrons 3-D terapia.
KCC / WSU tem mais experiência do que qualquer pessoa no mundo usando terapia de nêutrons para câncer de próstata, tendo tratado quase 1.000 pacientes durante os últimos 10 anos.
Fermilab / Northern Illinois University
O centro de terapia de nêutrons do Fermilab tratou pacientes pela primeira vez em 1976 e, desde então, tratou mais de 3.000 pacientes. Em 2004, a Northern Illinois University começou a administrar o centro. Os nêutrons produzidos pelo acelerador linear do Fermilab têm as maiores energias disponíveis nos EUA e estão entre as mais altas do mundo
O centro do Fermilab foi desativado em 2013.