Den hadron terapi er en metode til strålebehandling til behandling af cancer . Det gør det muligt at behandle radioresistent , ubrugelig kræft på scenen for den lokalt regionale udvikling . Konventionel strålebehandling væsentlige anvender røntgenstråler mens hadrontherapy fordele fra fordelene ved en stråle af partikler: hadroner , især protoner ( proton terapi ) og carbon -ioner ( carbontherapy ). Målet med denne innovative teknik er at forbedre bestrålingen af tumorceller, mens du sparer sunde væv og organer.
Opdagelsen af røntgenstråler , der vandt den første Nobelpris i fysik for tyske Wilhelm Röntgen i 1895, banede vejen for moderne medicinsk fysik ved at levere billeddannelsesteknikker. Et år senere fremhæver den franske fysiker Henri Becquerel eksistensen af gammastråling. På det tidspunkt blev virkningerne af denne stråling på helbredet meget dårligt forstået, men applikationerne til behandling af kræft blev forudset af en fransk læge, Victor Despeignes , der for første gang behandlede en patient, der led af mavekræft i 1896 af Røntgenstråler. Såkaldt konventionel strålebehandling blev født.
Derefter udviklede den sig takket være Marie Curies arbejde, der opdagede to intense radioaktive kilder, radium og polonium . Disse kilder gør det muligt at opnå mere intense røntgen- og gammastråler, hvilket gør det muligt at skabe mere effektive strålebehandlingsteknikker. Det var også gennem hans initiativ og professor Émile Roux , at Radium Institute blev oprettet i 1914 ved at samle fysik- og kemilaboratoriet under ledelse af Marie Curie og Pasteur-laboratoriet med speciale i strålebehandling og instrueret af Claudius Regaud , en læge betragtes som en af de første radioterapeuter.
På samme tid demonstrerede den engelske fysiker William Henry Bragg i 1903 en kurve, der repræsenterer udviklingen af energitabet af alfapartikler under deres rejse gennem stof. Denne kurve er kendt i dag under navnet Bragg peak . Det bruges i vid udstrækning i hadronterapi, især til præterapeutisk dosimetrisk simulering for at optimere kvaliteten af behandlingerne.
Det var med fremkomsten af de første partikelacceleratorer i 1920'erne, at muligheden for at behandle kræftceller dukkede op med elektroner, men også med tungere partikler såsom protoner eller tungere ioner. Det var i 1946, at Robert R. Wilson var den første til at foreslå brugen af protonstråler til behandling af kræft, og så i 1954 under ledelse af fysikeren Ernest O. Lawrence , Nobelprisvinderen fysik 1939 og hans brorlæge John H. Lawrence, at Berkeley lab cyclotron blev brugt til at behandle den første patient med protonbehandling . Tanken om at bruge tungere ioner, også kaldet hadroner , opstod hurtigt i hovederne på fysikere, og i 1957, Berkeley laboratorium, som anvendes lysstråler ioner ( helium , neon , etc.) til behandling af patienter derefter carbon ion bjælker fra 1975 Disse pionerer inden for hadronterapi blev imidlertid ikke rigtig fulgt af mere dybtgående forskning før tyve år senere.
Før 2000'erne åbnede omkring tyve centre deres døre for protonbehandling, og kun tre eksperimenterede med ionstrålebehandling. Det var først i 1994, at det første center, der var helt designet til carbonionbehandling, blev bygget i Chiba, Japan. HIMAC ( Heavy Ion Medical Accelerator in Chiba) er stadig i drift og har budt mere end 7.000 patienter velkommen siden åbningen.
Siden 2000'erne har mere end 30 protonterapicentre åbnet rundt om i verden og regelmæssigt behandler mennesker. Fremkomsten af hadronterapi ved hjælp af kulioner er blevet mere sky på grund af teknologisk kompleksitet. Der er faktisk kun blevet bygget 6 centre siden 1995. Men siden 2010 og åbningen af centre, der er helt dedikeret til pleje, har teknikken med hadronterapi nået modenhed i Japan og udvikler sig i Europa.
Takket være deres elektriske ladning kan lysioner (partikler også kaldet hadroner, fordi de består af neutroner og protoner) erhverve energi i partikelacceleratorer og styres i præcise stråler. De kan derefter ses som projektiler med en vis energi. Når man forlader acceleratorerne, interagerer partiklerne med deres miljø takket være forskellige typer interaktioner:
Ladede partikler deponerer energi i det medium, de passerer igennem. Denne aflejring af energi pr. Længdeenhed blev beskrevet af Hans Bethe , vinder af Nobelprisen i fysik i 1967 takket være en foruroligende udvikling inden for kvantemekanik, der giver formlen Bethe og Bloch :
hvor er elektronens klassiske radius, er massen af elektronen, er Avogadro-tallet, er energien ved den første ionisering, er det atomare antal af det absorberende materiale, er antallet af nukleoner af det absorberende materiale, er densiteten af absorberende materiale er ladningen for den indfaldende partikel , er hastigheden for den indfaldende partikel lysets hastighed, er energien til maksimal overførsel i en enkelt kollision.
Bragg-toppe bruges dog lettere for at kunne få en bedre visualisering af energidepositionen i et medium. Mens kurverne for energidepositionen af fotoner og elektroner varierer lidt som en funktion af afstand, observeres det, at Bragg-toppen af hadroner faktisk danner en sand top, ionerne afsætter derfor en stor mængde energi på en meget kort afstand før stopper fuldstændigt.
De ballistiske egenskaber af lette ioner er af største vigtighed i hadronterapi, fordi de gør det muligt at behandle tumoren med bedre præcision end med konventionel strålebehandling ved at begrænse skaden på sunde celler, hvilket indebærer mindre bivirkninger for patienten i slutningen af behandlingen. .
Biologisk tilgangDenne energi, der overføres af successive stød af partikler i målvævet, forårsager excitation og ionisering af mediet såvel som skader på målcellerne. For at tale om partikel / miljø-energioverførsel bruger fysikere Bethe og Bloch-formlen eller Bragg-toppen, mens radiobiologer foretrækker at bruge lineær energioverførsel (LET), der er defineret som den gennemsnitlige deponerede energi pr. Enhed. Længde af strålingsvejen. Der er to kategorier af stråling:
Ladede partikler har en højere LET end fotoner på grund af større energideposition langs stien. Dette påvirker den relative biologiske effektivitet (RBE), når LET vokser RBE også vokser, har de ladede partikler derfor en effekt på cellerne mere effektive end X- eller gammafotoner. Imidlertid begynder RBE at falde fra en tærskelværdi for LET (ca. 100 keV μm -1 ), fordi energien er større end den, der kræves for at ødelægge cellerne. Det er derfor ikke nyttigt at forsøge at bestråle celler med for høj LET, fordi de målrettede celler dør af tærsklen LET, og ud over dette bliver bestrålingen farlig for de omgivende sunde celler. Ved høje LET-stråling er begivenhederne, der inducerer partikelenergitab (ioniseringer, excitationer), rumligt tættere, og afstanden mellem to hændelser når endda størrelsen på et biomolekyle, hvilket letter skader. Den energi, der afsættes af partiklerne, forårsager DNA-beskadigelse og beskadigelse på mobilniveau, der forårsager død af bestrålede celler. Hadronterapi er derfor mere effektiv ud fra et biologisk synspunkt og er derfor et interessant valg i forbindelse med kræftbehandling.
Terapeutisk tilgangDer er flere måder at behandle kræft på, især kirurgi , strålebehandling eller endda kemoterapi . Disse teknikker er ofte komplementære og ordineres samtidigt eller successivt under behandlingen af en patient.
I forbindelse med visse tumorer bliver hadronterapi en valgmåde. Dette er for eksempel tilfældet for behandling af tumorer i hjernen, når kirurgi er umulig. Da konventionel strålebehandling er for invasiv, er det nødvendigt at bruge hadronterapi, som er meget mere præcis og forårsager mindre skade på de sunde celler omkring tumoren, der skal bestråles.
Behovet for at anvende en nøjagtig dosis stråling for ikke at ødelægge målorganets sunde miljø involverer adskillige forholdsregler inden behandling. Medicinsk billeddannelse ( PET , CT-PET osv.) Gør det muligt at have et tredimensionelt billede af tumoren til computersimuleringer for at bestemme den optimale dosis stråling, der skal administreres til patienten.
Protonbehandling: Den bruges især til behandling af oftalmiske tumorer. Det har også fordele ved behandling af visse pædiatriske tumorer.
Den carbonethérapie : den er specielt beregnet til behandling af en defineret og begrænset gruppe af tumorer. Disse er inoperable eller ufuldstændigt resekterbare og særligt strålesistente tumorer placeret i en sammenhæng med sunde radiosensitive væv. Disse omstændigheder begrænser effektiviteten af konventionelle strålebehandlinger, herunder konformationel fotonbehandling med modulering af intensitet og protonbehandling, som for avancerede strålebehandlingsteknikker såsom dynamisk bueterapi, tomterapi eller cyberkniv mister de deres ballistiske kvaliteter, så snart målet overstiger 5 til 6 cm i gennemsnitlig diameter.
De største fordele i forhold til konventionel strålebehandling er:
Disse fordele til gengæld kræver mere effektiv kontrol af skuddet, ellers ville det skade de perifere celler mere alvorligt, end der ville være gjort ved konventionelle løsninger. Midler til kontrol af fyring udvikles eller undersøges, især med et gammakameraprojekt, der skal muliggøre on-line og realtidskontrol af den dosis, der deponeres under en behandling.
For at administrere en optimal dosis til patienter er det nødvendigt at etablere en behandlingsplan for hadronterapi som for enhver anden strålebehandlingsteknik. Behandlingsforløbet består af 4 hovedfaser, der kræver intervention fra en radioterapeut, en medicinsk fysiker, dosimetri og manipulatorteknikere:
Medicinsk billeddannelse er afgørende for at definere tumorens størrelse og form, disse oplysninger er nyttige for nøjagtigt at kende det volumen, der skal bestråles, samt retningen, som strålen skal have for at undgå bestrålingsorganer. De mest anvendte 2D- og 3D-billeddannelsesteknikker er CT, positronemissionstomografi (PET) og magnetisk resonansbilleddannelse (MRI). Takket være de opnåede billeder er det muligt at planlægge behandlingen.
Når billederne er opnået, bestemmer lægen det volumen (tumorområde), der skal behandles. Af tekniske og forebyggende grunde er det nødvendigt ikke at fastgøre bestrålingszonen til den rå tumor, det er også nødvendigt at tage flere parametre i betragtning, såsom de tekniske margener eller væv, der udgør en risiko for kræftudvikling. Områderne, der skal defineres til behandling, er som følger:
Når disse volumener er defineret af lægen, udføres computermodellering og simuleringer af dosimetristen under kontrol af den medicinske fysiker. Behandling af en tumor kræver normalt stråleoverlejring med forskellige forekomster. Dette er også når antallet af behandlingssessioner er indstillet. I slutningen af dette arbejde med at optimere fordelingen af dosis opnås planlægningen af behandlingen.
Behandlingen består i at følge behandlingsplanen. Det finder sted i flere sessioner på 10 til 30 minutter. Ved hver session immobiliseres patienten på behandlingsbordet og placeres derefter nøjagtigt ved hjælp af et billeddannelsessystem. Selve bestrålingen tager normalt kun et par minutter og er helt smertefri. Dosen, der leveres til patienten, styres i realtid på tekniske måder uafhængigt af maskinen. For de fleste patienter kræver behandling ikke indlæggelse.
Efter behandlingen følges patienten af den onkolog, der behandlede ham. På kort sigt er målet at kontrollere, at der ikke er komplikationer efter behandlingen, og at tumoren er i remission. På længere sigt er målet at overvåge patientens helbred.
Protonbehandling anvendes hovedsageligt mod kræft tæt på de optiske veje såvel som dem, der er placeret i nakken tæt på rygmarven. I nogle tilfælde er protonbehandling nyttig til behandling af prostatacancer.
Der findes forskellige typer partikelacceleratorer til medicinsk brug, hvor de mest almindelige er lineære acceleratorer, der anvendes i strålebehandling. Den cyklotron anvendes primært til protonterapi, da det accelererer protoner til en energi ideel til behandling af tumorer. Nye maskiner er opstået i de senere år baseret på synkrocyclotron- princippet udstyret med en superledende spole.
Efternavn | By | Land |
---|---|---|
MGH Francis H. Burr Proton Therapy Center | Boston | Forenede Stater |
Paul Scherrer Institute | Villigen | Schweizisk |
ISL | Berlin | Tyskland |
Rinecker Proton Therapy Center | München | Tyskland |
Proton Medical Research Center - University of Tsukuba | Tsukuba | Japan |
Protonterapicenter for Institut Curie | Orsay | Frankrig |
Antoine-Lacassagne Center | Pæn | Frankrig |
Proton Therapy Institute - University of Florida | Jacksonville | Forenede Stater |
ProCure Proton Therapy Center '' - Oklahoma City | Oklahoma by | Forenede Stater |
Roberts Proton Therapy Center | Philadelphia | Forenede Stater |
Westdeutschen Protonentherapiezentrum | Essen | Tyskland |
Wanjie Proton Therapy Center | Zibo | Kina |
Hampton University Proton Therapy Institute | Hampton | Forenede Stater |
I 1937 lancerede Frédéric Joliot-Curie projektet om at bygge den første cyklotron i Frankrig, og det var i 1950'erne, at Collège de France's atomfysik- og kemilaboratorium blev etableret på Orsay-stedet, og at cyclotronen transporteres derhen. I 1958 erhvervede laboratoriet en synkrocyclotron, mere effektiv end den foregående cyclotron, for at udføre ny forskning inden for kernefysik. Acceleratoren blev derefter forældet med udseendet af nye, mere kraftfulde enheder, men det var i 1980'erne, at beslutningen blev taget om at genbruge synchrocyclotronen for at udføre protonbehandling.
CPO blev indviet i 1991 med håb om at behandle patienter med ondartet chloroid. ISeptember 1991, han udfører den første oftalmologiske behandling og December 1993centret udfører sin første intrakranielle behandling. Inovember 2005er oprettet en hurtig veksling, der gør det muligt at skifte protonstrålen fra et behandlingsrum til et andet på lidt mindre end 2 minutter. IMaj 2006, centret udfører den første pædiatriske behandling og har specialiseret sig i behandling af kræft hos små børn. I dag leverer synkrocyclotronen ved Orsay Proton Therapy Center (CPO) en maksimal energi på 230 MeV til protonerne og optimerer således den RBE, der er nødvendig for at bestråle kræftceller. Centret er udstyret med tre behandlingsrum til at svare på en anmodning om hurtigere behandling. Den fremtidige implementering af en isocentrisk arm, der tillader protonstrålen at være orienteret omkring patienten, vil for det første muliggøre behandling af tumorer, der tidligere ikke var opnåelige, men ud over at reducere volumenet af sundt væv bestrålet, hvilket vil begrænse komplikationer efter behandling.
Fra starten indtil December 2012modtog CPO 5.949 patienter, hvoraf 4.748 blev behandlet for en okulær tumor. Det er stadig i drift i dag og har til hensigt at forbedre dets struktur for at gøre behandlingerne endnu mere effektive.
Kulioner anvendes specifikt til behandling af en defineret og begrænset gruppe af tumorer. Disse er inoperable eller ufuldstændigt resekterbare og særligt strålesistente tumorer placeret i en sammenhæng med sunde radiofølsomme væv. Disse omstændigheder begrænser effektiviteten af konventionelle strålebehandlinger, herunder konformationel intensitetsmoduleret fotonterapi og protonterapi . Hvad angår avancerede fotonterapiteknikker som dynamisk bueterapi, tomterapi eller Cyberknife, mister de deres ballistiske kvaliteter, så snart målet overstiger 5 til 6 cm i gennemsnitlig diameter.
Efternavn | By | Land | Beliggenhed | Kommentar |
---|---|---|---|---|
Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung (Heavy Ion Research Center) | Darmstadt | Tyskland | 49 ° 55 ′ 54,71 ″ N, 8 ° 40 ′ 46,2 ″ Ø | Omsorgsaktivitet overført til HIT |
Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (de) (HIT) | Heidelberg | Tyskland | 49 ° 24 '58,87' N, 8 ° 40 '02,02' Ø | Operationel |
Heavy Ion Medical Accelerator ( HIMAC (ja) ) | Chiba | Japan | 35 ° 38 ′ 09,84 ″ N, 140 ° 06 ′ 13,62 ″ Ø | Operationel |
Hyogo Ion Beam Medical Center (兵 庫 県 立 粒子 線 医療 セ ン タ ja (ja) ) | Hyogo | Japan | 34 ° 56 '48,17 ″ N, 134 ° 25' 49,54 ″ Ø | Operationel |
Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica | Pavia | Italien | 45 ° 11 ′ 57,61 ″ N, 9 ° 08 ′ 26,03 ″ Ø | Operationel |
Rum til onkologisk behandling af lette ioner inden for den europæiske ramme | Lyon | Frankrig | 45 ° 44 ′ 20,26, N, 4 ° 53 ′ 22,47 ″ Ø | Suspenderet projekt |
Advanced Resource Center for HADrontherapy i Europa | Caen | Frankrig | 49 ° 10 '59' N, 0 ° 22 '10' V | Projekt, åbning af protonterapicentret 2017 |
Østrigsk ionterapi og kræftforskningscenterprojekt | Wiener Neustadt | Østrig | 47 ° 49 ′ N, 16 ° 14 ′ Ø | Under opførelse, åbner i 2015 |
Heavy-Ion Medical Center | Gunma | Japan | Operationel | |
Kraftig ion medicinsk accelerator | Tosu | Japan | Operationel | |
Kanagawa Cancer Center (en) | Yokohama | Japan | Under opførelse, åbner i 2015 |
CNAO-stiftelsen ( Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica ) blev oprettet i 2001 med det formål at opbygge en medicinsk synkrotron, som vil blive brugt til behandling af tumorer med carbonioner. Fra 2002 til 2004 er opførelsen af centret planlagt, og arbejdet varer 7 år, fra 2005 til 2012. Synkrotronen har en diameter på 25 meter, dvs. en omkreds på 80 meter. Protoner kan erhverve en maksimal energi på 250 MeV, mens carbonioner kan accelereres til en energi på 480 MeV. Centret består af tre behandlingsrum, to har en vandret stråle, mens den tredje er forbundet med to udgange af synkrotronen for at få en vandret og lodret partikelstråle.
Den første patient modtages i november 2012 og i December 2012centret vil have behandlet 42 patienter med okulære tumorer med protoner og 3 patienter med carbonioner. Centret har lige åbnet sine døre Statistikkerne er lave, men i løbet af to måneder er mere end fyrre patienter allerede blevet behandlet.
Resultaterne af kliniske studier kan opsummeres ved:
I Marts 2013blev i alt 108.238 kræftpatienter behandlet med hadronterapi inklusive 2.054 med heliumioner , 1.100 med pioner, 10.746 med carbonioner, 93.895 med protoner og 433 med andre typer ioner.
De medicinske data offentliggjort i den videnskabelige litteraturrapport fase I / II , fase II ”avancerede” studier, der evaluerer effektiviteten af behandlingen, langsigtede observationsstudier og kohortestudier. Disse data viser overlegenheden af 20 til 25% af kulstofterapibehandlinger med god tolerance over for behandlingen, lav toksicitet og en hastighed af strålingsinduceret kræft næsten nul. Derudover begynder japanerne at offentliggøre meget lovende resultater på patologier, der falder ind under potentielle indikationer, såsom uterinsarkomer, bronchiale carcinomer og resekterbar kræft i bugspytkirtlen, for hvis tilbagefaldsfri overlevelsesrate er 42% efter 5 år (dvs. dobbelt så godt som de nuværende aktuelle resultater) uden nogen alvorlig sekundær effekt.
Forskning inden for hadronterapi er aktiv internationalt. Det sigter mod at uddybe grundlæggende viden og udvikle teknologi til forbedring og udvidelse af medicinske applikationer. Forskningsemnerne er varierede og supplerende, de kan opsummeres i 4 hovedtemaer:
Der er udført forskning på CERN for at kunne bruge antiprotonstråler i stedet for protoner eller atomkerner. Denne gang er det energien frigivet ved tilintetgørelsen mellem de antiprotoner, der injiceres, og de protoner, der er til stede i målet, som vil ødelægge tumoren. Denne metode ville være mere fordelagtig end andre partikelstrålebehandlinger, fordi den er mindre skadelig for sundt væv. De første resultater er lovende, men medicinske applikationer forventes ikke i mange år.
Udvikling af nanopartikler af guld til mere effektiv kræftbehandling er også i forskningsfasen. Disse nanopartikler forstærker skaderne ved stråling gennem en kædereaktion. Dette ville gøre det muligt at påføre kræftceller ækvivalent skade, mens den indsprøjtede stråledosis sænkes, og dermed reducere skaderne på sunde celler.
Hadronterapi er også et interessant felt til rumapplikationer. En gang i rummet så de første astronauter lejlighedsvis blå blink uden virkelig at forstå deres oprindelse. Patienter med tumorer tæt på de optiske veje er også ofre for dette fænomen under behandlingen. Dette fænomen viser sig at skyldes Cerenkov-effekten . Når en partikel overstiger den hastighed, som lys kan nå i øjet, udsender den fotoner hovedsageligt af den bølgelængde, der svarer til blåt lys. Kilden til partiklerne er forskellig i de to tilfælde, patienten ser strålingen fra partikelstrålen, mens astronauterne ser fotoner fra de kosmiske stråler. Patientreaktioner er en interessant kilde til undersøgelse af kosmiske partikler på sundhed, industrier og rumlaboratorier er interesserede i reaktionerne fra patienter efter behandling for at bestemme virkningerne af stråling på astronauter og dermed bygge pansrede skibe mod kosmisk stråling.