Uusia menetelmiä sädehoidon elektronikenttien muotoiluun ja mallintamiseen

Väitös fysiikan alalta

Väittelijä FM Tero Vatanen

Väitösaika ja -paikka 3.6.2011, 12.00, Mediteknian auditorio (MET), Kuopion kampus

Merkittävä osa syöpäkasvaimista sijaitsee ihossa tai lähellä ihon pintaa ja tämän kaltaisten syöpätautien kuten ihosyövän ja rintasyövän määrä lisääntyy jatkuvasti. Tärkeimmät hoitomuodot näiden syöpäkasvainten hoidossa ovat kirurgia sekä lääke- ja sädehoito, jossa lähellä ihon pintaa olevia kasvainalueita hoidetaan yleisesti elektronisäteilyllä. FM Tero Vatasen väitöstutkimuksessa kehitettiin elektronihoitokenttien hoitokohteen mukaiseen muotoiluun uudenlainen moniliuskakeilanrajaimen prototyyppi ja tutkittiin siihen liittyvän mallinnuksen ja annoslaskennan tarkkuutta sekä keilanrajaimen ominaisuuksia kliinisten sovellusten kannalta.

Ulkoisen sädehoidon elektronisäteilyllä voidaan yleisimmin hoitaa ihon pinnasta lähtien enimmillään noin kuudesta seitsemään senttimetrin syvyyteen ulottuvia hoitokohteita. Elektronihoitojen merkittävin etu on niiden rajallinen kantama, jolloin hoitokeilan energiasta riippuen kahdesta kymmeneen senttimetrin hoitokohdetta syvemmällä olevat terveet kudokset eivät käytännössä saa lainkaan säteilyannosta. Kuitenkin kasvainalue voidaan hoitaa samanaikaisesti korkeaan annokseen. Elektronisäteily on megavolttienergia-alueella olevaa ionisoivaa säteilyä, jota saadaan yleisimmin hoitolaitteena toimivasta lineaarikiihdyttimestä. Tähän mennessä sädehoidossa käytössä olevien elektronihoitokenttien kohteenmukaiseen muotoiluun on käytetty valumetallista tehtyjä kollimaattoreita eli niin kutsuttuja elektronisuojia, joiden valmistus ja käsittely on aikaavievää ja hankalaa kliinisessä työssä. Syvällä potilaassa olevien kasvainalueiden hoitoon tyypillisesti käytettävien toisenlaisten fotonisäteilykenttien muotoiluun on kliinisesti käytettävissä niin kutsuttu moniliuskakeilanrajain. Samalla periaatteella toimiva liuskapohjainen kollimaattori mahdollistaa myös elektronikeilojen muotoilun ilman valusuojien käyttämistä. Kuitenkin elektronisäteilyn erilaiset fysikaaliset ja dosimetriset ominaisuudet, johtuen muun muassa massallisten partikkelien voimakkaasta sironnasta, asettavat omat vaatimuksensa moniliuskakeilanrajaimen käyttöön ja hoitolaitteen geometriaan elektronisäteilyn tapauksessa. Käytännössä tästä johtuen keilanrajain on tyypillisesti sijoitettava lähelle potilaan ihoa.

Moniliuskakeilanrajaimen soveltaminen potilaan annoslaskentaan vaatii keilan mallintamisen ja tarkan annoslaskentamenetelmän. Nykyisin kliinisessä käytössä yleistyneet Monte Carlo menetelmät täyttävät nämä vaatimukset siten, että hoidon suunnittelussa annoslaskentaan tarvittava aika on muutamia minuutteja kullekin elektronikentälle. Tutkimuksessa havaittiin käytetyn keilan mallinnuksen ja Voxel Monte Carlo -annoslaskentamenetelmän tarkkuuden olevan yleisesti käytetyllä energia-alueella parempi kuin kolmesta viiteen prosenttia elektronikentän koosta riippuen, mikä antaa lupaavia viitteitä moniliuskarajaimen ja keilan mallin jatkokehityksen kannalta. Rintasyövän leikkausalueen niin sanottu ablaation jälkeinen sädehoito on tyypillinen kliininen elektronisäteilyn sovellus, jossa tutkimuksessa ei havaittu merkittävää eroa moniliuskakeilanrajaimen ja nykyisin käytössä olevan valusuojamenetelmän välillä. Lisäksi tutkimuksessa selvitettiin moniliuskarajaimella muotoillun elektronisäteilykentän liuskojen materiaalin ja muodon vaikutusta pinta- ja syväannoskäyrän kasvualueen annokseen kapeilla kentillä. Uutena sovelluksena tutkittiin mahdollisuuksia edellä mainitun annosalueen muokkaamiseen kapeita elektronikenttiä käyttämällä.

Tutkimuksen tulokset voivat avata uusia mahdollisuuksia lähellä ihon pintaa olevien kasvainkudosten sädehoidossa ja annoslaskennan tarkemmassa mallintamisessa. Väitöstutkimus on tehty Itä-Suomen yliopiston Sovelletun fysiikan laitoksella ja Kuopion yliopistollisen sairaalan Syöpäkeskuksessa.

FM Tero Vatasen lääketieteellisen fysiikan alaan kuuluva väitöskirja Multi-leaf Collimation of Electron Beams with Monte Carlo Modelling and Dose Calculation – Special Reference to Dosimetry and Build-up Dose (Sädehoidon elektronikenttien Monte Carlo mallinnus ja muotoilu uudella moniliuskakeilanrajaimella) tarkastetaan Luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä on dosentti Mikko Tenhunen, HYKS, Syöpätautien klinikka ja kustoksena dosentti Tapani Lahtinen, Kuopion yliopistollinen sairaala, Syöpäkeskus.

Väittelijän painokelpoinen kuva löytyy osoitteesta: http://www.uef.fi/vaitoskuvat

Lisätietoja: Tero Vatanen, puh. 050 572 9171, terov@student.uef.fi