Бетатрон. Лучевая терапия с использованием электронов, протонов и нейтронов

1.

БЕТАТРОН. ЛУЧЕВАЯ ТЕРАПИЯ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОНОВ,
ПРОТОНОВ И НЕЙТРОНОВ
Подготовили: Бергенова Анеля, Абуева Айымгуль,
Сарбаева Асель

2.

1.Бетатрон
■ Бетатрон — это тип циклического ускорителя заряженных частиц,
предназначенный для ускорения электронов с использованием изменяющегося
магнитного поля. Он был изобретён в 1940 году американским физиком
Дональдом Керстом.
■ Основной принцип работы бетатрона в медицинских целях заключается в
ускорении электронов и последующей их остановке для создания рентгеновского
излучения.

3.

2.Принцип работы бетатрона
■ 1. Ускорение электронов: Бетатрон генерирует мощные пучки
электронов, ускоряя их до высоких энергий (от нескольких
МэВ до сотен МэВ) с помощью изменяющегося магнитного
поля. Как и в научных бетатронах, электроны движутся по
круговой орбите под воздействием индукционного
электрического поля.
■ 2. Фокусировка на опухоль: После ускорения электроны
направляются в металлическую мишень (обычно это материал
с высоким атомным числом, например, вольфрам). При ударе
электронов о мишень возникает тормозное излучение
(рентгеновские лучи).
■ 3. Формирование луча: Рентгеновские лучи формируются в
виде узконаправленного пучка, который может быть точно
сфокусирован на поражённые ткани (опухоли). Это позволяет
доставить высокую дозу радиации непосредственно в область
опухоли, минимизируя повреждение окружающих здоровых
тканей.

4.

3. Показания к применению
■ Применение бетатрона в онкологии показано при различных типах
злокачественных новообразований, особенно при глубоко расположенных
опухолях и метастазах. Таких как:
– Опухоли головного мозга (часто неоперабельные)
– Опухоли органов грудной клетки (рак легких, рак пищевода, опухоли
органов средостения)
– Опухоли желудочно-кишечного тракта (рак поджелудочной железы, желудка,
толстого отдела кишечника)
– Опухоли костей и мягких тканей
– Радиорезистентные опухоли

5.

4. Кислородный эффект
■ Кислородный эффект (или оксигенационный эффект) — это феномен, при котором
эффективность лучевой терапии, включая воздействие бетатрона, усиливается в
присутствии кислорода.
■ Принцип действия кислородного эффекта:
– Кислород усиливает повреждение ДНК и других клеточных структур под
воздействием ионизирующего излучения. При облучении тканей
образуются свободные радикалы, которые взаимодействуют с клетками
опухоли и повреждают их ДНК. Кислород стабилизирует эти радикалы,
превращая их в пероксиды, которые более эффективно разрушают клетки.

6.

4. Кислородный эффект
■
Кислородный эффект при воздействии бетатрона:
– 1. Повышение радиочувствительности опухолей: В присутствии кислорода
злокачественные клетки становятся более чувствительными к радиации. Это важно при
лечении глубоко расположенных опухолей с помощью высокоэнергетического излучения,
генерируемого бетатроном.
– 2. Гипоксические опухоли: Опухоли с недостаточным кровоснабжением (гипоксические
опухоли) менее чувствительны к радиотерапии, поскольку в них низкое содержание
кислорода. Гипоксия снижает эффективность бетатронного излучения. В таких случаях
может использоваться гипербарическая оксигенация (повышение концентрации
кислорода в тканях) для усиления эффекта радиотерапии.
– 3. Терапевтические подходы: Для улучшения результатов лечения может применяться
тактика повышения оксигенации тканей — с использованием специальных дыхательных
смесей, гипербарической кислородотерапии или препаратов, увеличивающих
поступление кислорода к опухоли.

7.

5. Методы снижения неблагоприятных
эффектов от облучения здоровых тканей:
коллимация
■ Коллимация — это один из ключевых методов, который используется для
снижения неблагоприятных эффектов облучения здоровых тканей во время
радиотерапии, в том числе при использовании бетатрона.
■ Коллиматоры — это специальные устройства, которые устанавливаются на пути
рентгеновского или гамма-излучения. Они состоят из металлических пластин
(обычно из свинца или другого материала, хорошо поглощающего излучение),
которые формируют пучок лучей определенной формы и размера.

8.

5. Методы снижения неблагоприятных
эффектов от облучения здоровых тканей:
коллимация
■
Методы коллимации в радиотерапии:
–
1. Статическая коллимация: Это самый простой метод, при котором коллиматор формирует
неподвижный пучок излучения.Применяется для небольших и четко очерченных опухолей,
когда возможно точно направить луч на пораженную область.
–
2. Многостворчатый коллиматор (MLC, Multi-Leaf Collimator): В многостворчатом коллиматоре
используется система подвижных тонких металлических пластин (створок), которые могут
изменять форму и размеры пучка в реальном времени. Этот метод позволяет точно настроить
пучок под индивидуальную форму опухоли, что снижает воздействие на соседние здоровые
ткани..
–
3. Динамическая коллимация: В динамической коллимации форма пучка изменяется в
процессе облучения, когда аппарат вращается вокруг пациента (например, в технологии
интенсивно-модулированной радиотерапии — IMRT).
–
4. Коллимация с применением стереотаксических методов: Стереотаксическая радиохирургия
(SRS) и стереотаксическая радиотерапия тела (SBRT) используют высокоточные коллиматоры
для создания узконаправленных пучков излучения, что позволяет доставить высокую дозу
радиации непосредственно в опухоль с минимальным воздействием на окружающие ткани.
Этот метод особенно полезен при лечении небольших опухолей в таких зонах, как мозг или
легкие, где важно сохранить здоровые ткани.

9.

5. Методы снижения неблагоприятных
эффектов от облучения здоровых тканей:
конформная лучевая терапия
■ Конформная лучевая терапия (3D-CRT) — это метод высокоточной лучевой
терапии, при котором пучок ионизирующего излучения формируется таким
образом, чтобы максимально точно соответствовать (конформироваться) форме
опухоли.
■ Принцип действия конформной лучевой терапии:
– 1. Трехмерное моделирование: проводится детальная диагностика, включая
компьютерную томографию (КТ), магнитно-резонансную томографию (МРТ)
или позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ), чтобы создать точную
трехмерную модель опухоли и окружающих тканей.

10.

5. Методы снижения неблагоприятных
эффектов от облучения здоровых тканей:
конформная лучевая терапия
– 3. Формирование пучка: Специальные коллиматоры (чаще всего
многостворчатые) формируют пучок излучения так, чтобы он соответствовал
форме опухоли. Это позволяет точно направить излучение только на
пораженные клетки, обходя здоровые ткани.
– 4. Многократное облучение под разными углами: Излучение подается с
нескольких направлений. Аппарат вращается вокруг пациента, создавая
перекрестные пучки радиации, которые сходятся на опухоли

11.

5. Методы снижения неблагоприятных
эффектов от облучения здоровых тканей:
интенсивно-модулированная радиотерапия
■ Интенсивно-модулированная радиотерапия (IMRT) — это усовершенствованная
форма лучевой терапии, при которой интенсивность пучка излучения
регулируется (модулируется) в зависимости от формы и размеров опухоли. Этот
метод позволяет доставить неравномерные дозы радиации в различные части
опухоли, что обеспечивает более точное воздействие на поражённые ткани при
минимальном облучении здоровых тканей.

12.

5. Методы снижения неблагоприятных
эффектов от облучения здоровых тканей:
интенсивно-модулированная радиотерапия
■ Принцип лечения IMRT:
– 1. Трехмерное моделирование и планирование: Как и в конформной
лучевой терапии (3D-CRT), процесс начинается с создания детальной
трёхмерной модели опухоли и окружающих тканей с использованием КТ,
МРТ или ПЭТ.
– 2. Модуляция интенсивности излучения: Основное отличие IMRT от 3D-CRT
заключается в способности изменять интенсивность излучения в разных
участках пучка. Это достигается с помощью многостворчатых коллиматоров
(MLC), которые регулируют дозу радиации для каждой части опухоли. Пучок
излучения разделяется на множество мелких лучей (сегментов), и каждый
из этих сегментов может иметь свою собственную интенсивность.

13.

5. Методы снижения неблагоприятных
эффектов от облучения здоровых тканей:
интенсивно-модулированная радиотерапия
■ 3. Облучение под разными углами: Как и в 3D-CRT, источник излучения
вращается вокруг пациента, направляя пучки под разными углами. При этом
интенсивность излучения модулируется в зависимости от угла облучения и
анатомических особенностей опухоли.
■ 4. Точность воздействия: IMRT позволяет точно воздействовать на опухоли
сложной формы или на опухоли, находящиеся вблизи критически важных
структур (например, спинного мозга, головного мозга, глаз или других
чувствительных органов).

14.

5. Методы снижения неблагоприятных
эффектов от облучения здоровых тканей: IGRT
■
IGRT (Image-Guided Radiation Therapy) — это метод радиотерапии, который использует
визуализацию для повышения точности при облучении опухолейПри этом методе лечения в
процессе облучения генерируется трехмерное изображение (получение срезов с помощью так
называемой Cone Beam-КТ), благодаря чему можно контролировать точность полей облучения.
■
До появления метода IGRT точное облучение движущихся опухолей представлялось практически
невозможным. Сейчас же оборудование фиксирует расположение опухоли на выдохе и вдохе
пациента, и в это время ускоритель посылает к опухоли короткие радиоактивные импульсы.
■
Линейный ускоритель работает с компьютеризированной системой IGRT, оснащенной
ультразвуковыми, рентгеновскими устройствами, оборудованием для МРТ, КТ, ПЭТ. Система
определяет координаты расположения и перемещения опухоли (при дыхании) в режиме
реального времени.
■
Пациент фиксируется на столе в определенном положении, а сам линейный ускоритель
перемещается вокруг него. В среднем сеанс длится примерно 15 минут.

15.

6. Прзитронно-эмиссионная томография –
суть метода. Радиофармпрепараты.
■ Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) – это метод ядерной медицины, который
измеряет метаболическую активность клеток тканей организма
■ ПЭТ отличается от других исследований ядерной медицины тем, что ПЭТ показывает
метаболизм в тканях организма, в то время как другие виды исследований ядерной
медицины обнаруживают количество радиоактивного вещества, собранного в ткани
организма в определенном месте, чтобы исследовать функцию ткани.
■ Радионуклиды, используемые при сканировании ПЭТ, получают путем присоединения
радиоактивного атома к химическим веществам, которые естественным образом
используются конкретным органом или тканью во время его метаболического
процесса. Например, при ПЭТ-сканировании головного мозга радиоактивный атом
наносится на глюкозу (уровень сахара в крови) для создания радионуклида,
называемого фтордезоксиглюкозой (ФДГ), поскольку мозг использует глюкозу для
своего метаболизма. ФДГ широко используется при сканировании ПЭТ.

16.

6. Прзитронно-эмиссионная томография –
суть метода. Радиофармпрепараты.
■ Другие вещества могут использоваться для сканирования ПЭТ, в зависимости от
цели сканирования. Если кровоток и перфузия органа или ткани представляют
интерес, радионуклид может представлять собой тип радиоактивного кислорода,
углерода, азота или галлия. Самый актуальный радиофармпрепарат технеций99m-МДФ (метилен дифосфонат)
■ Радионуклид вводится в вену по внутривенному катетеру. Затем ПЭТ-сканер
медленно перемещается по исследуемой части тела. Позитроны испускаются при
распаде радионуклидов. Гамма-лучи создаются во время испускания позитронов,
и сканер затем обнаруживает гамма-лучи. Компьютер анализирует гамма-лучи и
использует эту информацию для создания карты изображения исследуемого
органа или ткани. Количество радионуклидов, собранных в ткани, влияет на
яркость ткани на изображении и указывает на уровень функции органа или
ткани.

17.

Спасибо за внимание!