Techniek in de radiotherapie

Inhoud – 1 Ontwikkeling van de radiotherapie – 2 Radiobiologie – 3 Rol van de radiotherapie – 4 Vormen van radiotherapie – 5 Route van de patiënt over de afdeling – 6 Kwaliteitszorg – 7 Het radiotherapieteam – De ontdekking van de röntgen- en gammastraling in 1895 leidde in de twintigste eeuw tot de ontwikkeling van de radiotherapie. Om straling effectief en verantwoord te kunnen toepassen als therapie bij verschillende aandoeningen, werd steeds meer kennis vergaard over de benodigde doses en de tolerantie van het omliggende weefsel. Zo werd de dosimetrie ontwikkeld en kwam steeds meer apparatuur beschikbaar om aan de uiteenlopende eisen te voldoen. De afgelopen twintig jaar heeft de ontwikkeling van computerhardware en -software grote invloed gehad op de praktische toepassing van radiotherapie. De radiobiologie heeft veel van de in de praktijk opgebouwde kennis nader verklaard en werd zo een bron voor verdere ontwikkelingen. Radiotherapie wordt uitgevoerd via uitwendige bestraling (megavoltstraling, orthovoltstraling, elektronenstraling of protonenstraling) of inwendige bestraling (brachytherapie). De behandeling van de patiënt wordt uitgevoerd door een multidisciplinair radiotherapieteam. Daarbij worden verschillende stappen gevolgd, van het informeren van de patiënt, het uitvoeren van diverse onderzoeken – vaak met behulp van MRI- of PET-CT-scans –, het bepalen van de juiste positionering en het vervaardigen van fixatiemiddelen tot het maken van een bestralingsplan en het uitvoeren daarvan. Kwaliteitszorg heeft daarbij voortdurend de aandacht.

Inhoud – 1 Inleiding – 2 Fixatiemaskers – 3 Intra-orale hulpmiddelen – 4 Opbouwmaterialen – 5 Andere hulpmiddelen ten behoeve van de bestraling – 6 Hygiënische aspecten – 7 Veiligheid in de moulagekamer – 8 De moulagemedewerker – In de radiotherapie wordt gestreefd naar een zo hoog mogelijke stralingsdosis in het te behandelen doelgebied (planning target volume – PTV). Om bijwerkingen van straling tot een minimum te beperken, moet een zo laag mogelijke stralingsdosis in het gezonde weefsel worden afgegeven. Daartoe dient een patiënt altijd in één en dezelfde positie bestraald te worden. Een juiste, goed te reproduceren houding van de patiënt moet van tevoren zorgvuldig worden bepaald, zodat deze tijdens de gehele bestralingsserie is vol te houden. Om dit te bereiken, worden diverse hulpmiddelen aangewend, zoals fixatiemaskers voor behandelingen in het hoofd-halsgebied, kussentjes, armsteunen en knie- en voetsteunen om bepaalde lichaamsdelen zo ontspannen mogelijk in de gewenste bestralingspositie te positioneren. In dit hoofdstuk wordt het maken van een fixatiemasker beschreven en komen ook het gebruik van vacuümmatrassen en diverse ondersteuningen en de vervaardiging van individuele veldafdekkingen, intra-orale hulpmiddelen en opbouwmaterialen aan de orde. Ten slotte is er aandacht voor hygiëne en veiligheid bij het werken in een moulagekamer.

Inhoud – 1 Inleiding – 2 Plaats van de procedure in het RT-proces – 3 CT-beeldvorming – 4 MR-beeldvorming – 5 PET-beeldvorming – 6 Registratie van beelden – 7 Intekenen doelgebied en anatomie/kritische organen – Het bepalen van het doelgebied en de kritieke organen is een noodzakelijke stap in de voorbereiding van het maken van het bestralingsplan. De bepaling vindt plaats op basis van de beeldvormende technieken CT, MR en PET. Voor elk van deze technieken gelden bepaalde radiotherapiespecifieke eisen aan de apparatuur. Deze hebben voornamelijk te maken met het gebruik van de bestralingshulpmiddelen en het belang van geometrisch accurate beelden voor de intekening. Soms wordt een combinatie van de beeldvormende technieken gebruikt. Daarbij is van belang dat de beelden goed op elkaar gelegd (geregistreerd) worden, zodat de informatie van de beelden gecombineerd kan worden bij het intekenen van het doelgebied en de kritieke organen. Intekeningen kunnen handmatig, semiautomatisch of volledig automatisch gegenereerd worden. De intekeningen van de doelvolumes en de contouren van de kritieke organen vormen samen de structure set. Daarnaast is de dichtheidsinformatie van de verschillende weefsels nodig voordat gestart kan worden met het maken van het bestralingsplan.

Inhoud – Inleiding – Dosis en dosisberekening – Bestraling met één of twee stralenbundels – Bestralingstechnieken op basis van (3D-)planningen – 3D(-conformatietherapie) – IMRT-techniek – VMAT-techniek – Veldaansluitingen – In dit hoofdstuk worden eenvoudige berekeningen van bestralingstechnieken met één en twee velden bij de behandeling met megavoltfotonenbundels beschreven. Het gaat hierbij om een bestralingstechniek met één bestralingsveld op een FHA (focus-huidafstand) van 100 cm en om een bestralingstechniek met twee opponerende velden, de zogenoemde planparallelle bestraling. Voor een goede begripsvorming van een isodosenverdeling en het te geven aantal monitoreenheden (ME) worden de bestralingen op zowel een FHA van 100 cm als op een focus-isocentrumafstand (FIA) van 100 cm (FHA < 100 cm) uitvoerig besproken. Ook worden twee dosisberekeningsvoorbeelden uitgewerkt van een bestraling met een megavoltelektronenbundel: één enkelvoudige eenvoudige bestraling en één waarbij verstrooiing van de elektronen aan het afschermmateriaal lood optreedt. Daarna komen driedimensionale bestralingen en zogenoemde IMRT-technieken en de daaruit voortvloeiende complexere bestralingstechnieken zoals VMAT aan de orde. Tot slot wordt – ook al vindt deze techniek in de dagelijkse praktijk weinig doorgang meer – de techniek van aansluitende bestralingsvelden beschreven.

Inhoud – 1 Inleiding – 2 De werking van de lineaire versneller – 3 Bediening en technische besturing – 4 Bestralingstafel – 5 Instelhulpmiddelen – 6 De fotonenbundel – 7 De elektronenbundel – 8 Normalisatie en kwaliteitseisen – De lineaire versneller (linac) is veruit de meest gebruikte bron van straling in de radiotherapie. In dit hoofdstuk worden de technische opbouw en de werking van de lineaire versneller besproken. Aan de orde komen het opwekken van de versnelspanning middels thyratron en magnetron, het versnellen van elektronen in de versnelbuis, het afbuigen van de elektronenbundel richting het ‘target’ (trefplaatje). Tevens wordt de bundelvorming door middel van collimatorblokken en de multileafcollimator (MLC) besproken. Evenals bij de andere apparatuur en processtappen is ook de kwaliteitsbewaking een belangrijk onderwerp. Een lineaire versneller produceert een fotonen- of een elektronenbundel. Een aantal aspecten van de fotonen- en elektronenbundels zal besproken worden.

Inhoud – 1 Tomotherapie – 2 Intraoperatieve radiotherapie (IORT) – 3 Protonentherapie: klinische en fysische aspecten – 4 De MRI-versneller – 5 Orthovolt – 6 CyberKnife – 7 Gamma Knife – Paragraaf 6.1 beschrijft de systeemconfiguratie, de basale werking en de functionaliteit van hardware en software van tomotherapie, een radiotherapiebehandelsysteem voor intensiteitgemoduleerde radiotherapie (IMRT) met een geïntegreerd CT-systeem voor ‘image guided’ radiotherapie (IGRT). Tomotherapie is sinds 2002 beschikbaar. Wereldwijd zijn er ruim zeshonderd systemen operationeel. Besproken worden: bundelvorming en veiligheid, dosisplanning, uitvoering van een bestralingsplan, inclusief de ‘image guidance’, doelgebieden waarvoor tomotherapie geschikt is, adaptieve radiotherapie, ‘quality assurance’ en toekomstige ontwikkelingen. In paragraaf 6.2 worden besproken: voor- en nadelen, indicaties en complicaties, faciliteiten, hulpmiddelen en werkwijze van intraoperatieve elektronenradiotherapie (IOERT), hulpmiddelen en werkwijze voor kV-IORT en verantwoordelijkheden tijdens IORT-behandeling. Paragraaf 6.3 beschrijft protonentherapie, een vorm van externe bestraling die wordt toegepast bij de behandeling van maligne aandoeningen. Protonen worden met behulp van een cyclotron of synchrotron geaccelereerd om de tumoren met hoogenergetische partikels met een energie tot 230 mega-elektronvolt (MeV) middels passief gestrooide of actief gescande technieken te bestralen. Door de specifieke fysische en biologische eigenschappen van protonen kan het doelvolume zeer precies worden bestraald en kunnen de normale weefsels aan de achterzijde van het doelvolume beter worden gespaard. Internationaal geaccepteerde indicaties voor protonentherapie zijn pediatrische tumoren of tumoren uitgaande van de schedelbasis, melanomen van het oog, chordomen en chondrosarcomen bij volwassenen. Andere indicaties worden in het kader van klinische studies behandeld, bijvoorbeeld in Nederland als ‘model-based approach’. Met de in paragraaf 6.4 besproken MRI-versneller kan tijdens de bestraling de tumor goed zichtbaar gemaakt worden. Het is mogelijk voor elke fractie een nieuw plan te maken op de anatomie van dat moment. Door preciezer te bestralen, kunnen kleinere marges worden gebruikt, wat leidt tot een lagere dosis in omliggend gezond weefsel. Zo kan de tumor hoger gedoseerd worden, met een betere kans op genezing. Tevens maakt dit hypofractionering mogelijk voor verschillende tumorgebieden. Verschillende aspecten van het gebruik van een MRI-versneller en bestraling in aanwezigheid van een magneetveld worden belicht. Paragraaf 6.5 bespreekt orthovoltapparatuur. De eenvoudigste apparatuur voor uitwendige radiotherapie bestaat uit röntgenapparaten met een versnellingspotentiaal van circa 100 tot 300 kilovolt (kV). Deze apparaten worden in een aantal centra in Nederland gebruikt voor oppervlakkige tumoren, maar ook voor niet-maligne aandoeningen (pijnlijke gewrichten, keloïd) en palliatie. Voordeel van een orthovoltapparaat is dat een patiënt hiermee niet alleen liggend, maar ook zittend (bijvoorbeeld, in een rolstoel) bestraald kan worden. Wanneer uit meerdere energieën gekozen kan worden, zal de dieptewerking (procentuele dieptedosis – PDD) een belangrijke keuzefactor zijn op basis van de diepte van het te bestralen volume. Bij elk orthovoltapparaat zijn tubi met verschillende afmetingen en focus-huidafstanden beschikbaar. Als het te bestralen gebied onregelmatig van vorm is, wordt lood als afdekmateriaal gebruikt. In paragraaf 6.6 komt de CyberKnife aan de orde, een robotische, stereotactische versneller, waarbij de bestraling plaatsvindt door middel van niet-coplanaire bundels. Uniek aan dit systeem is de mogelijkheid om tijdens de bestraling continu de positie van de patiënt te verifiëren met orthogonale kV-beelden en hiervoor te corrigeren door kleine aanpassingen in de positie van de robotische versneller (‘tracking’). Typische doelgebieden zijn: longen, maligne en benigne intracraniële laesies, lever, pancreas, prostaat en oligometastasen. De lijst met doelgebieden groeit nog steeds. Paragraaf 6.7 bespreekt de Gamma Knife, die specifiek is ontwikkeld voor aandoeningen in de hersenen, zoals benigne of maligne tumoren, vasculaire aandoeningen en functionele aandoeningen. Een groot aantal Cobalt-60-bronnen wordt met behulp van collimatoren van 4, 8 of 16 mm gericht op één punt in de ruimte. De patiënt kan met een frame of met een masker gefixeerd worden. Omdat de veldgrootte vaststaat, is de manier van plannen en bestralen heel anders dan bij externe bestralingen met een versneller. Als het doelgebied groter is dan met één collimatoropening bestraald kan worden, wordt de dosis opgebouwd uit meerdere bestralingen. Eerst wordt een deel van het doelgebied bestraald. Vervolgens wordt de patiënt verplaatst met behulp van de tafel en wordt een ander deel van hetzelfde doelgebied bestraald.

Inhoud – Inleiding – Apparatuur voor dosimetrie – Absolute dosimetrie bij teletherapie – Relatieve dosimetrie bij teletherapie – Dosimetrie bij brachytherapie – Acquisitie en administratie van meetgegevens – Dit hoofdstuk gaat over dosimetrie, de praktische uitvoering van het meetproces dat plaatsvindt in de radiotherapie. De meting betreft meestal de registratie van de hoeveelheid lading gevormd bij het ionisatieproces. Dosimetrische werkzaamheden worden soms uitgevoerd door klinisch fysici, maar in Nederland meestal door klinisch fysisch medewerkers (KFM). Soms participeren radiotherapeutisch laboranten in de routinematige dosimetrie met betrekking tot de kwaliteitscontrole. Besproken wordt welke apparatuur men nodig heeft voor dosimetrie, zoals meetkamers, elektrometers en fantomen voor dosimetrie, evenals de voor- en nadelen van bepaalde meetapparatuur. Ook patiëntspecifieke dosimetrie en de apparatuur hiervoor komen aan bod. Een aparte paragraaf gaat in op het berekenen van de absolute dosimetrie. Vervolgens worden de meetprocessen voor tele- en brachytherapie beschreven. Tot slot worden de acquisitie (‘verzamelen’) en administratie van de meetgegevens behandeld. De uitvoering in de praktijk kan licht verschillen van de hier beschreven processen.

Inhoud – 1 Inleiding – 2 EPID-beeldvorming – 3 kV-beeldvorming – 4 Beeldkwaliteit – 5 Controle van de positionering met EPID’s en kV-beeldvorming – 6 Onderverdeling van afwijkingen – 7 Correctieprotocollen – 8 Klinische toepassingen CBCT – 9 Overige ontwikkelingen binnen IGRT – In dit hoofdstuk worden de mogelijkheden en de klinische toepassingen van beeldgestuurde radiotherapie (Image Guided Radiotherapy – IGRT) beschreven. Hierbij komen de techniek en de toepassingen van Electronic Portal Imaging Devices (EPID’s), planaire kV-opnamen en cone-beam-CT (CBCT) aan bod. Ook wordt beschreven hoe door de toepassing van positioneringsprotocollen de nauwkeurigheid van patiëntpositionering verbeterd kan worden. Dit hoofdstuk zal inzicht geven in: de wijze waarop de diverse beelden tot stand komen; artefacten die zichtbaar kunnen zijn in de beelden en de oorzaak ervan; het onderscheid tussen systematische en random positioneringsfouten en het effect daarvan op planningsmarges; verkleining van positioneringsfouten door gebruik van offline en online positioneringsprotocollen; voorbeelden van klinische toepassingen van EPID’s, planaire kV-opnamen en CBCT.

Inhoud – 1 Inleiding – 2 Fysische en biologische aspecten van brachytherapie – 3 Klinische toepassingen – 4 Kwaliteitscontrole – Brachytherapie is een vorm van inwendige bestraling, waarbij radioactieve bronnen met applicatoren direct in of dicht tegen het tumorweefsel geplaatst worden. Kenmerkend zijn een hoge dosis in de tumor en een relatief lage dosis in omliggende organen door de steile dosisgradiënt. De radioactieve bronnen kunnen verschillende dosistempi hebben, hetgeen mede bepaalt of de bronnen permanent of tijdelijk in de patiënt geïmplanteerd worden. Andere kenmerken die bepalen of een bron geschikt is voor brachytherapie zijn de halveringstijd, het soort en de energie van de uitgezonden straling en de specifieke activiteit. Brachytherapie wordt onder andere toegepast bij gynaecologische en urologische tumoren en tumoren uitgaande van de tractus digestivus, mamma en huid. Voor reconstructie van de applicator en dosisplanning wordt US, CT of MRI gebruikt. Om de kwaliteit van de brachytherapiebehandeling te garanderen, worden de nauwkeurigheid van de dosisafgifte, de werking van de apparatuur, de applicatoren en het planningssysteem regelmatig getest.

Inhoud – 1 Inleiding – 2 Controle van toestellen voor uitwendige bestralingen – 3 Kwaliteitscontrole van de geplande dosis – 4 In-vivodosimetrie – 5 Verificatiesystemen – 6 Quality audits – Kwaliteit is een van de belangrijkste doelstellingen in de gezondheidszorg. Allereerst is er de veiligheid (safety), die in alle gevallen gewaarborgd moet zijn. Daarnaast moet het medische handelen voldoen aan de algemeen aanvaarde kwaliteitsnormen (state of the art). In dit hoofdstuk worden zowel de organisatorische als de technische aspecten van een kwaliteitssysteem besproken. Belangrijk hierbij zijn de nationale en internationale normen. Om vast te stellen of een instituut aan deze normen voldoet en wat er verbeterd kan worden, zijn er audits, zowel op organisatorisch als technisch vlak. De aandachtsgebieden hierbij zijn de integrale borging van kwaliteit, de kwaliteitscontrole van de verschillende technische systemen in de zorgketen en de uiteindelijke controle van de behandeling bij de individuele patiënt (in-vivodosimetrie).

Inhoud – 1 Inleiding – 2 Het radiotherapieproces – 3 Hergebruik van data – 4 Communicatiestandaarden – 5 Privacy en security – ICT heeft een prominente rol tijdens het radiotherapieproces. Er is sprake van een grote afhankelijkheid van digitale informatie en informatiesystemen. In dit hoofdstuk wordt het gehele radiotherapieproces doorlopen met de daarbij behorende informatiestromen. De informatie wordt in diverse applicaties gebruikt en geregistreerd. Er zijn informatiestandaarden om informatie van een applicatie naar een andere applicatie te sturen. Zo hoeft informatie idealiter maar eenmaal vastgelegd te worden. Het gebruik van informatie in het directe zorgproces is primair gebruik. De data worden opnieuw gebruikt voor andere doeleinden: facturatie, kwaliteitszorg, stuurinformatie, onderzoek en scholing. Dit is secundair gebruik. Beide soorten gebruik stellen andere eisen aan de beschikbaarheid, integriteit en vertrouwelijkheid van de informatie. Om aan deze eisen op het gebied van privacy en security te voldoen, zijn technische en/of organisatorische maatregelen noodzakelijk.