Η αντιμετώπιση του καρκίνου με ακτινοθεραπευτικές τεχνικές αποτελεί
ευρέως διαδεδομένη πρακτική. Πάραυτα οι εφαρμογές της ακτινοθεραπείας δεν
περιορίζονται μόνο σε θεραπείες κακοηθειών. Υπάρχουν καλοήθεις ασθένειες για τις
οποίες η ακτινοθεραπεία έχει συγκρίσιμη ή ακόμη και μεγαλύτερη
αποτελεσματικότητα σε σχέση με άλλες πιθανές θεραπείες. Ένα παράδειγμα τέτοιας
καλοήθους ασθένειας είναι η έκτοπη οστεοποίηση. Αρκετές κλινικές παγκοσμίως
εφαρμόζουν μεταξύ άλλων και ακτινοθεραπευτικές τεχνικές για την αντιμετώπιση
της έκτοπης οστεοποίησης.
Εξαιτίας του κινδύνου καρκινογένεσης που επισύρει η ακτινοβόληση ενός
ασθενούς, ο θεράπων ιατρός πριν προχωρήσει σε ακτινοθεραπεία, πρέπει να έχει μια
κατά το δυνατόν σαφή εικόνα για τη σχέση του κινδύνου ως προς το όφελος της εν
λόγω ιατρικής πράξης. Η ανάγκη να γίνει αυτή η εκτίμηση είναι μεγαλύτερη όταν η
θεραπεία πρόκειται να πραγματοποιηθεί σε νεαρούς ασθενείς που αναμένεται να
ζήσουν αρκετά χρόνια μετά την ακτινοβόληση. Εκτός από τις ακτινοθεραπείες
καλοήθων ασθενειών, το πρόβλημα της δευτερογενούς καρκινογένεσης είναι
σημαντικό και στις περιπτώσεις καρκίνων με καλή πρόγνωση, όπως για παράδειγμα ο
καρκίνος του μαστού.
Το πρώτο βήμα για την ποσοτικοποίηση του κινδύνου καρκινογένεσης λόγω
ακτινοβόλησης είναι η γνώση των δόσεων που μπορεί να εναποτεθούν από την
ακτινοθεραπεία στα διάφορα ακτινοευαίσθητα όργανα του ασθενούς. Όμως είναι
δύσκολο να μετρηθούν δόσεις στα όργανα ασθενών εφόσον δεν είναι δυνατόν να
εισάγουμε δοσίμετρα στο σώμα τους. Ένας τρόπος να ξεπεραστεί αυτή η αδυναμία
είναι η προσομοίωση των θεραπευτικών τεχνικών χρησιμοποιώντας κατάλληλα
ομοιώματα ασθενών. Τις τελευταίες δεκαετίες που η τεχνολογία των υπολογιστών
σημείωσε σημαντική πρόοδο, εκτός από την προσομοίωση θεραπειών με φυσικά
ομοιώματα και ακτινοθεραπευτικά μηχανήματα, έγινε δυνατή η προσομοίωση των
θεραπειών και με υπολογιστικές τεχνικές. Οι υπολογιστικές τεχνικές είναι σήμερα
διαδεδομένες στην επίλυση προβλημάτων που απασχολούν την Ιατρική Φυσική λόγω
της ευχρηστίας τους, του μικρού κόστους και της ακρίβειας των υπολογισμών που
μπορούν να πραγματοποιήσουν.
Στην εργασία αυτή με σκοπό να αξιοποιηθεί η δύναμη των υπολογιστικών
τεχνικών, προσομοιώθηκαν ακτινοθεραπείες της έκτοπης οστεοποίησης και του
καρκίνου του μαστού με μεθοδους Monte Carlo. Μεγάλο μέρος της εργασίας
αφιερώθηκε στην κατασκευή ενός υπολογιστικού μοντέλου της θεραπευτικής δέσμης
που παράγεται από το γραμμικό επιταχυντή Phillips SL 75/5. Η πιστότητα του
μοντέλου της δέσμης επιβεβαιώθηκε μέσω της σύγκρισης υπολογισμένων και
μετρημένων στον πραγματικό επιταχυντή, δοσιμετρικών μεγεθών. Ο τρόπος
κατασκευής του μοντέλου της θεραπευτικής δέσμης έκανε εφικτό να υπολογιστούν
ακτινομετρικά χαρακτηριστικά της δέσμης φωτονίων όπως το φάσμα και η φωτονική
της ροή και να συσχετιστούν με τα δοσιμετρικά της χαρακτηριστικά όπως οι δόσεις
βάθους και τα προφίλ δόσης σε ομοίωμα νερού. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε μια
διερεύνηση των επιδράσεων που έχουν στη δέσμη φωτονίων οι παράμετροι της
δέσμης ηλεκτρονίων από την οποία παράγεται. Η διερεύνηση επιβεβαίωσε περαιτέρω
την αξιοπιστία του μοντέλου.
Τέλος, το μοντέλο της δέσμης φωτονίων συνδυάστηκε με μαθηματικό
ομοίωμα ασθενούς για να προσομοιωθούν οι ακτινοθεραπείες της έκτοπης
οστεοποίησης και του καρκίνου του μαστού. Για τις εν λόγω θεραπείες
υπολογίστηκαν οι δόσεις στα ακτινοευαίσθητα όργανα του ομοιώματος καθώς και η
επίδραση που είχε πάνω τους η χρήση διαφορετικών μεγεθών θεραπευτικών πεδίων.
Η επίδραση που είχε στις δόσεις η χρήση κατάλληλα τοποθετημένων μολύβδινων
blocks, μελετήθηκε επίσης για τα πεδία όπου αυτά συνήθως χρησιμοποιούνται.
(EL)
The treatment of cancer with radiotherapeutic techniques constitutes a
widespread practice. Nevertheless, radiotherapeutic applications are not limited to the
treatment of cancer. There are also benign diseases for which radiotherapy has
comparable or even greater effectiveness than other potential treatments. An example
of such a disease is heterotopic ossification. Many clinics worldwide utilize radiation
therapy to treat heterotopic ossification.
Due to the risk for second cancer induction following radiation exposure of the
patient, the physician should be able to quantitatively weigh up the expected benefit
against the detriment of the treatment in question. The need to perform such
estimations becomes greater for young patients who are expected to live long after
irradiation takes place. Except for radiation treatment of benign diseases, the risk for
second cancer induction due to irradiation is important in the case of cancers with
good prognosis, such as breast cancer.
The first step towards the quantification of second cancer risk is the
determination of radiation doses, absorbed by the various radiosensitive organs of the
patient. However it is difficult to directly measure organ doses provided that it is not
possible to insert dosimeters in the patient’s body. A way to get over this obstacle is
to simulate radiotherapeutic techniques using human-like phantoms. Recently,
advances in computer technology have made possible to simulate radiation therapy
techniques using suitable computer codes. Today, computational methods are
widespread in the field of Medical Physics because of their usefulness, low cost and
precision of the calculations they can perform.
In the current study, in order to exploit the power of computational techniques,
therapies of heterotopic ossification and breast cancer were simulated using Monte
Carlo methods. A large part of the total effort was dedicated to the construction of a
simulated model of the photon beam produced by a Phillips SL 75/5 linear
accelerator. The simulated beam model was verified by comparing calculated
dosimetric quantities to measurements performed on the real linear accelerator. The
way the model was constructed allowed the calculation of certain actinometrical
characteristics of the photon beam, such as particle flow and spectral distribution, and
their correlation to dosimetric quantities, such as percentage depth dose and dose
profiles in a water phantom. An investigation of the effect of the electron beam
parameters on the photon beam characteristics was also realized. The investigation
confirmed the reliability of the simulation.
Finally, the photon beam model was combined with a mathematical phantom
in order to simulate radiation therapy of heterotopic ossification and breast cancer.
Radiation doses to radiosensitive organs of the mathematical phantom were calculated
for all treatments in question. The effect of radiation field size on organ doses was
investigated. The effect of suitably placed lead blocks on organ doses was also studied
for the fields where they are typically used.
(EN)
