Protonová radioterapie je specifickým odvětvím oboru léčby zářením, využívající svazek urychlených protonů k depozici energie v oblasti cílového objemu. Stejně jako ostatní modality využívá fyzikálních vlastností použitého typu záření k co nejlepšímu dávkovému efektu.
Všechny těžké nabité částice, v našem případě, protony, jeví specifické chování při interakci s hmotou. Svazek protonů je ve tkáni postupně zpomalován (na rozdíl od záření fotonového, které si zachovává svou energii, ale je zeslabováno z pohledu intenzity). Během zpomalování postupně roste intenzita předávání energie okolí, zatímco proton prostupuje skrz materiál pomaleji a pomaleji. Těsně před tím, než se proton ve tkáni zcela zastaví, prudce naroste množství předané energie. popsaný mechanismus lze popsat tzv. Braggovou křivkou.
Při léčbě hluboko uložených cílových objemů pomocí ozařování, nabízí právě protony možnost zvolit si hloubku depozice maxima energie s tím, že zdravé tkáně v okolí jsou zatíženy pouze minimální dávkou. Pokud by bylo ozáření realizováno např. pouze z jednoho ozařovacího pole, pak dávka před cílovým objemem je vždy nižší (dvakrát až třikrát) než dávka v cílovém objemu, přičemž za cílovým objemem je zátěž zdravých tkání nulová. Vzhledem k této vlastnosti je tedy často možné volit jednoduché ozařovací techniky s malým počtem ozařovacích polí, což vede k mnohem nižší integrální dávce pacientovi. Zároveň je možné dodržet i limitní dávky na kritické orgány, dokonce i při eskalaci dávky do cílového objemu.
Technologický vývoj v oblasti protonové terapie je v poslední době poměrně bouřlivý. Po mnohá desetiletí byla protonová terapie, co se týče klinického využití, spíše popelkou, vyvíjela se zejména technologie formování svazku, generování dostatečně kvalitního a konzistentního svazku s dostatečným dávkovým příkonem a parametry, vyhovující pro léčbu pacientů. Ačkoliv byli pacienti léčeni protonovým svazkem již od počátku padesátých let dvacátého století, jednalo se prakticky vždy o aplikace výzkumného svazku pro vybranou skupinu pacientů v režimu klinických studií. Teprve v roce 1990 bylo v americké Loma Lindě postaveno první pracoviště protonové terapie s čistě klinickým zaměřením. Spolu s technologickým pokrokem a rostoucí výkonností výpočetní techniky se možnosti stavby medicínsky zaměřených center protonové terapie zvýšila, k počátku roku 2015 bylo ve světě spuštěno přes 50 center s převážně klinickým zaměřením. Navíc je zcela jasně pozorovatelný trend růstu počtu těchto center v posledních letech.
Zpočátku převažovaly jednoduché mechanické systémy, kdy svazek urychlených protonů byl do cílových struktur směrován pomocí čistě pasivních technik, podobně jako tomu je v případě konformní 3D radioterapie fotonové. Pro prvotní nasazení a při velmi silné selekci diagnóz byl tento přístup postačující, přirozeně tak ale chybí široká základna odléčených pacientů. To je na první pohled problematické z pohledu evidence-based přístupu v medicíně. Je ovšem nutné si uvědomit, že zde se nejedná o nový léčebný postup nebo nový lék, vyžadující k prokázání bezpečnosti a efektivity randomizované klinické studie. Z pohledu léčby se jedná o technologický pokrok, v principu ekvivalentního příchodu multi-leaf kolimátorů do fotonové radioterapie. Dostatečným zdůvodněním pro použití této léčebné modality je dozimetrická výhoda při použití protonové léčby. V radioterapii je princip minimalizace dávky zdravým orgánům a maximalizace dávky v cílovém objemu základní princip, který protonová radioterapie v řadě případů naplňuje daleko lépe než ostatní dostupné léčebné možnosti. Neznamená to ovšem, že v protonové terapii neexistuje prostor pro další evoluci, jak konečně ukazuje historie posledních let. Po zmíněné pasivní rozptylové technice, která je z řady různých pohledů suboptimální, přichází na scénu aktivní techniky, zejména technika skenování tužkovým svazkem, která dává superioritě protonové radioterapie více vyniknout.
První léčebné konfigurace obsahovaly kromě vlastního zdroje protonů systém vedení svazku, splňující pouze základní podmínky pro udržení proudu protonů na trase do ozařovací místnosti bez větších požadavků na jeho parametry. V principu nejsou totiž protonové urychlovače jako zdroje částic umístěny přímo v ozařovně (na rozdíl od praxe běžné ve fotonové radioterapii), ale protony jsou urychleny v určených prostorech a následně dopraveny do léčebné místnosti nebo léčebných místností. Vlastní tvarování svazku pak přichází až v léčebné místnosti.
Prvotní kohorta léčených pacientů se tak skládala z radiorezistentních tumorů baze lební nebo cílové objemy v oblasti oka. Tyto velmi vzácné nádory byly indikovány k ozáření protony bez evidence-based podkladů, pouze na podkladě dozimetrické výhody (dostatečná dávka do cílového objemu při odpovídající ochraně kritických orgánů). V tento okamžik však klinická touha předčila tehdejší technické možnosti a pouze se základními modifikacemi používané technologie se pracoviště začala orientovat na ostatní nádorové lokalizace. V mezidobí ovšem pokračoval vývoj v oblasti technologie fotonového ozařování. Zatímco se protonová komunita soustředila na detailní a precizní (pro běžnou klinickou praxi až příliš precizní) stanovení nejistot v dosahu svazku, fotonový svět se posunul do oblasti pokročilého zobrazování, adaptivní radioterapie a motion managementu. Přestože tedy fyzikální výhoda je jednoznačně na straně protonové radioterapie, ostatní součásti procesu léčby zářením zůstaly daleko za fotonovou konkurencí. Nepříjemným důsledkem je pak neprůkaznost klinických srovnání mezi jednotlivými modalitami. Celkový výsledek léčby přirozeně nezávisí jenom na tom jak přesnou dávku dodat, ale zejména jak přesně jí dodat. Smutným pomníkem v tomto směru budiž srovnávací studie výsledků léčby karcinomu prostaty fotonovou technikou a protony pomocí zmiňovaných rozptylových technik, která žádnou superioritu protonů neukázala.
Stejně jako upadlo v zapomnění (nebo možná do nostalgického vzpomínání) ozařování pomocí kobaltových ozařovačů nebo prvních lineárních urychlovačů, je třeba zapomenout na překonané techniky protonové terapie. Zcela zřejmou tendencí je používání tužkových skenovaných svazků, ruku v ruce s používáním pokročilých přístupů v plánování léčby. Zde je vhodné uskutečnit malou odbočku – technologie ozařování sama o sobě není určující pro kvalitní léčbu. Kruciální úlohu sehrává kvalita predikce dávkového rozdělení uvnitř těla pacienta, umožňující stanovit bezpečné meze daného ozařovacího přístupu. Teprve s nástupem výkonné výpočetní techniky se otevřela cesta ke kvalitní a hlavně účinnější léčbě zářením. Přesnost algoritmů pro výpočet dávky je neméně důležitým parametrem pro úspěšnost příslušné ozařovací modality. Zatímco pro fotonové ozařování došlo k podstatnému vývoji v dávkových algoritmech, podobný vývoj se pro protony nekonal. Moderní fotonové techniky IMRT, resp. VMAT využívají rovněž sofistikovaných optimalizačních algoritmů, využívajících beze zbytku možnosti jak ozařovačů, tak fyzikálních vlastností fotonů. Pro protony v tomto směru opět došlo pouze k marginálnímu pokroku. Ještě nenastal okamžik, že je k dispozici plánovací systém beze zbytku využívající výhody protonových ozařovačů, unikátních možností tužkového skenování. Nicméně i současné plánovací přístupy umožňují dosáhnout výrazně lepších dávkových distribucí, než kdy bylo a bude možné pomocí fotonové radioterapie. Možnost individuálně modelovat dávkovou distribuci nejen co se týče tvaru ozařovacího pole, ale i rozložení směrem do hloubky pacienta zaručuje možnost postoupit na kvalitativně vyšší úroveň léčby zářením.
Pojmy z oblasti protonové terapie
Technika pasivního rozptylu – způsob formování léčebného svazku protonů tak, že jsou do jeho cesty vkládány materiály za účelem rozptýlení do stran nebo do hloubky. Jedná se o obsoletní přístup při léčbě protony, byť je na řadě pracovišť stále používán.
Braggova křivka – křivka popisující hloubkovou dávkovou distribuci protonového svazku. Charakteristický tvar lze v principu rozdělit do tří oblastí. První tzv. plato popisuje kontinuální ztrátu energie svazku a brzdění protonů v materiálu. Ve druhé části se křivka relativně rychle zvedá, což je důsledkem růstu pravděpodobnosti interakce protonů s materiálem při poklesu jejich rychlosti. Následuje velmi strmý pokles. Protony v této oblasti již předali veškerou svoji energii prostředí, hlouběji již k žádnému předávání energie nedochází. Oblast s nejvyšší intenzitou předávání energie se nazývá Braggův vrchol (Bragg peak)
Dosah (range) protonového svazku – oblast prudkého poklesu hloubkové dávkové křivky za Braggovým vrcholem. Nejistota ve stanovení tohoto parametru bývá často argumentem proti použití příliš konformní techniky ozařování, nicméně při použití odpovídajících dozimetrických přístupu
a zajištění kvality zobrazovacích a plánovacích postupů je tato nejistota dobře podchytitelná.
IGRT (Image guided radiation therapy, obrazem řízená radioterapie) – obecný přístup nutný pro provádění vysoce kvalitní a konformní radioterapie. Jedná se o celý komplex možných zobrazovacích postupů, které zajišťují dodání správné dávky do správného místa v těle pacienta. Nejčastější metodou je portálové zobrazování (na lineárních fotonových urychlovačích) nebo používání dodatečného zobrazování pomocí rtg svazku (prosté skiagrafické zobrazení, ortogonální skiagrafické zobrazení, počítačová tomografie). Dalšími metodami je např. použití ultrazvukového zobrazování, použití RFID technologie, stereoskopické optické zobrazování apod.
Skenování tužkovým svazkem – způsob dodání dávky pomocí protonového svazku tak, že tento není rozptýlen mechanicky, ale rozmítán pomocí magnetického pole do prostoru. Lze tak doručit naprosto přesně dávku i do vysoce tvarově komplikovaných cílových objemů, uvnitř cílových objemů zvolit místa s vyšší a nižší dávkou (tzv. dose painting)
Kniha k zakoupení prostřednictvím odkazu níže.
Kniha k zakoupení prostřednictvím odkazu níže.
