GEÇMİŞTEN GÜNÜMÜZE RADYOTERAPİ TEKNİKLERİ

Uz.Fiz. Özgehan Onay

X ışınları, ilk olarak 1895 'de Alman fizikçi Wilhelm Conrad Roentgen tarafından "yeni bir ışın

çeşidi" olarak tanımlandı. Roentgen, x ışınları ile eşinin elini görüntüleyerek ilk radyolojik

görüntüyü elde etmiştir. Yeni buluşunu ilk kez Aralık 1895'de, Physical Medical Society of

Wurzburg'un başkanına göndermek üzere kaleme alır ve ardından bu buluş dünyada büyük bir

yankı uyandırır. Bunun üzerine 1896'da, dünyanın ilk radyoloji bölümlerinden biri olan Glasgow

Royal Infirmary (Glasgow Kraliyet Tedavi Merkezi) 'inde bir x ışını departmanı kurulur. Bölüm

başkanı Dr. John Macintyre ilk olarak bir böbrek, bir çocuğun boğazına kaçan para ve bir

kurbağanın bacaklarını hareket halinde gösteren x ışını grafilerini elde eder. Aynı yıl Dr. Hall-

Edwards x ışınını tedavi için kullanan ilk insanlardan biri olur ve bir kadının eline batan iğneyi

görüntüleyerek tedavi eder. X ışınını kanser tedavisinde ilk kez kullanan Amerikalı Emil Grubbe

olur. Roentgen'in x ışınını keşfinden sonra makinesini bir yıldan az bir süre içinde tamamlayarak

meme karsinomalı kadın hastanın tedavisinde kullanır. Böylelikle x ışınları ilk kez bir kanser

hastasının tedavisinde 1895 yılında kullanılmış olur.

X ışınları ile ilk kür elde edilen vaka, Dr.Thor Stenbeck' in 1899’da Stockholm'da tedavi ettiği,

burnunun üstünde bazal hücre karsinomu gelişen 49 yaşındaki kadın hastadır. 9 ay boyunca her

gün küçük dozlarla tedaviyi gerçekleştirir ve sonucu rapor eder.

X-ışınları ile ilk küratif tedavi- Dr.Thor Stenbeck-1899

X-ışınlarının zararlı etkileri, keşfinden kısa bir süre sonra gözlenmeye başlanır. Thomas

Edison, Mart 1896'da, x ışını ile çalışırken gözlerinin yaşardığını farkeder ve ardından Nisan

1896'da, British Medical Journal'da, x ışınının neden olduğu el yanığı rapor edilir. Şubat 1897'de,

John Hopkins Hastanesi Bülteni’nde x ışınının zararlı etkilerinin oluştuğu 23 vakayı bildirir.

1896'da, Becquerel radyoaktiviteyi ve 1898’de Pierre ve Marie Curie radyumu ve - Marie

Curie'nin ana vatanının ismini verdiği- polonyumu keşfeder. Çalışmaları sırasında Becquerel’in

arka cebinde 6 saat boyunca taşıdığı radyum numunesinin neden olduğu eritem, ilk kez

radyoaktif bir maddenin sebep olduğu radyobiyolojik deneyi ortaya çıkarır.

Radyumla ilk tedavi- Dr. Danlos-1901

Radyum, keşfinden kısa bir süre sonra tedavide kullanılmaya başlanır. İlk önceleri iyi

huylu cilt tümörlerinin (lupus gibi) tedavisinde kullanılır. İlk rapor edilen tedavi 1901'de

Dr.Danlos ‘a aittir (bu tedavi başarısızlıkla sonuçlanır). Radyumla ilgili tedavilerde belirsizlikler

devam ederken, 1903'de ilk kez St. Petersburg 'da Dermatologische Zeitschrift'de S.W.Goldberg

ve Efim Semenovich, x ışınlarını kullanarak bazal hücreli karsinom tedavisinde kür sağladıklarını

yayınlarlar. Böylelikle x ışınlarının tedavi edici özelliği kanıtlanmış olur. Böylece x ışınları radyum

karşısında tekrar güncelliğini kazanmış olur.

Yapılan tedaviler sonucunda oluşan yan etkileri azaltabilmek için fikirler geliştirilir. Bu

fikirlerin en başırılılarından biri 1901'de ilk baş maskesinin kullanımıdır. Francis H. Williams "The

Roentgen Rays in Medicine and Surgery" adlı kitabında, tedavi edeceği hastanın sağlıklı

dokularını korumayı amaçlayan baş maskesinin yapılışını anlatır.

Francis H. Williams tarafından kullanılan ilk baş maskesi-1901

Diğer başarılı bir tanımlamada 1907 yılında Louis Wickham ve Paul Desgrais tarafından

yapılır. Radyum tedavisinde önceleri kaynak, hastalıklı doku üzerinde bekletilerek uygulanırken,

erektil angioma tanılı çocuk hastanın tedavisinde aplikatör kullanarak sağlıklı dokular başarıyla

korunur. Hastada hiç bir kozmetik kayıp yoktur ve tedavi başarıyla sonuçlanır.

Aplikatör kullanılarak uygulanan ilk radyum tedavisi-Louis Wickham ve Paul Desgrais-1907

X ışını ve radyum tedavilerinden elde edilen başarılı sonuçlara atıf olarak, 1904'de,

Dr.William Rollins'in "A comparison between the medical uses of the X-rays and the rays from

the salts of radium" isimli makalesi Boston Medical and Surgical Journal'da yayınlanır. Böylelikle

x ışınları ile radyum tedavileri arasındaki karşılaştırmalar başlamış oldu.

X ışınlarının, prolifere hücrelerde ve seminomdaki radyoduyarlılığı, 1903-1905 yılları

arasında yapılan çalışmalar neticesinde rapor edilir ve radyobiyolojinin önemli kilometre taşları

arasındaki yerini alır.

1906'da Fransız radyobiyolog J.Bergonie ve L.Tribondeu'nun yaptıkları çalışmada;

radyasyonun; hücreler, dokular, organlar, metabolik aktivite, proliferasyon ve büyüme hızı

üzerindeki etkileri gözlemlenerek, yüksek mitotik aktiviteye ve kötü differansiasyon özelliklere

sahip dokuların radyasyona diğer dokulardan daha duyarlı oldukları gösterilir.

1912-1940 yılları arasında radyobiyolojik çalışmalar hızla devam eder ve İngiltere'de

radyasyonun biyolojik sistemlere etkisi ile oksijen varlığı arasındaki ilişki belirtilerek, oksijenin bir

radyosensitizer olduğu ispatlanır.

1913'de Amerika Birleşik Devletleri 'nde, William David Coolidge tarafından ilk modern

yüksek vakumlu termoiyonik x ışını tüpü üretilir. Böylelikle doğal radyoaktif kaynaklarla yapılan

tedavilerin yerini artık modern x-ışını tüpü almaya başladı ve 1920'de kkoonnttaakk tteerraappii ((5500 KKVV)) vvee

ssüüppeerrffiissyyaall tteerraappii ((110000--115500 KKVV)) yyaappaann xx ışını cihazları üretildi. O yıllarda, x ışınları ile yüzeyel

tümörlerinin tedavisinde başarı elde edilirken, daha derinde yer alan hastalıklı dokular için

küratif bir tedaviden söz edilememekteydi.

Kontak terapi uygulaması

1922’de, 200 KV'lik modern X ışını tüpü geliştirilir ve aynı sene larenks kanserinin

tedavisinde zamanın en gelişmiş radyoterapi cihazı kullanılarak tedavide başarı sağlanır ve bu

süreç dünyada büyük yankı uyandırır.

Aynı yıl Paris'te yapılan Uluslararası Onkoloji Kongresi'nde, otoriteler tarafından

radyoterapi ayrı bir medikal bilim dalı olarak kabul edilir.

1930'da Institut Curie'de fraksiyonasyon ile ilgili çalışmalar Claudius Regaud, Henri

Coutard, Antonie Lacassagne tarafından başlatılır. 1934 yılında yapay radyoelementlerin keşfi ve

aynı yıl H. Coutard 'ın radyasyon tedavisinde fraksiyonasyon şemalarını geliştirmesi ve x-ışınları

ile tedavi edilen ilk kanser vakalarının sonuçlarının Paterson tarafından yayınlanması ile

radyoterapideki büyük kilometre taşlarından biri daha katedilir.

1933 yılında, Hungtington Memorial Hastanesi’nde, 2-Megavolt Van de Graaff jeneratörü

klinik olarak ilk kez kullanılır. Ardından megavolt terapisinde hızla gelişen Betatron, Ksylatron,

Microtron’un yerini daha yüksek penetrasyona sahip Cobalt-60 Teleterapi cihazı almaya başlar.

1951'de, Londra'daki Victoria Hastanesi'nde ilk Cobalt Teleterapi Cihaz’ı kurularak, klinik

kullanımına başlanır.

Bu arada Radyobiyoloji hızlı bir yol alır ve 1950'de, Peterson normal doku toleransı ve

tümör kontrol dozlarını tanımlar. 1952 yılında, California'daki Stanford Ünivesitesi 'nde ilk lineer

hızlandırıcının kurulması radyoterapi uygulumalarına yeni bir boyut kazandırır. 1950’lerin

başında lineer hızlandırıcıların varlığı ve radyobiyolojideki gelişmelerle ilerleyen süreçte iki

boytlu konformal radyoterapi tanımı ortaya çıkar.

İki boyutlu konformal radyoterapi ile, manuel olarak elde edilen hasta kontürü ve derin

doz bilgileri birleştirilerek elde edilen izodoz eğrileriyle hastaya özel tedavi şekillenmeye başlar.

Belirlenen tedavi alanı içerisinde kalan sağlıklı dokular kurşun bloklarla yapılan korumalar ile

korunurken, oluşabilecek yan etkilerde büyük ölçüde azalma olur. İlerleyen zamanla beraber

tedavi alanı sayısı da arttırılır. Bu sayede daha homojen doz dağılımı elde edilir fakat yeterli

değildir. Dolayısıyla, daha homojen doz dağılımı, daha çok sağlıklı doku korumak ve daha kısa

tedavi sürelerine ilişkin arayışlar devam eder.

Elde edilen hasta konturu ve derin doz bilgileri birleştirilerek oluşturulan izodoz eğrileri

Ve 1959'li yılların sonlarına doğru Japon Dr.S.Takahashi'nin multi lif kolimatörü keşfeder.

İlk multi lif kolimatör, Dr.S.Takahashi-1950

1956 da II dünya savaşında, Hiroşima ve Nagasaki 'de atom bombasının kullanımı ile

radyobiyolojik süreç hızlı bir yol almış ve 1959’da sağkalım eğrilerinin oluşturulması, sürecin

temelini oluşturmuştur. 1960'da brakiterapinin yapıtaşlarından biri olan 'Paris Sistemi' Bernard

Pierquin tarafınan tanımlanmıştır.

1972 de, G.N. Hounsfield 'in CT scannerı keşfi gerçekleşmiştir. Bu keşifle hastanın CT

görüntüleri 1990'lı yıllardan itibaren kullanmakta olduğumuz tedavi planlama sistemlerine

entegre edilerek, hastaya özgü 3 boyutlu tedavi planlarının yapılmasına olanak sağlamıştır.

Gelişen radyolojik görüntüleme yöntemleriyle tümör ve sağlıklı dokulara ait volümler doğrulukla

belirlenebilmiştir. Zamanla planlama sistemlerinin kullanımı daha da kolaylaşmış, her bir ışın

alanı için wedge kullanımı, gantry ve kolimatör açılarına ait bilgiler planlama sisteminde

tanımlanarak, hastaya verilmek istenen doz çok daha hızlı ve doğrulukla hesaplanmıştır. Multi lif

kolimatörün keşfiyle tedavi alanı, ışının cihazdan çıkış şekliyle gözlemlenerek, kolaylıkla ve hızlı

şekillendirilmiş, böylelikle sağlıklı dokular daha iyi korunabilmiştir. 1982-1988 yılları arasında

geliştirilen inverse planlama prototipi, 1989 yılında uygulamaya hazır hale gelmiş, bundan 2 sene

sonra da 1991'de statik IMRT'nin prensipleri, Silvanus Thompson tarafından ortaya konulmuştur.

Daha az yan etkiyle daha yüksek tümör kontrolü için, yoğunluk ayarlı radyoterapi tekniği

(IMRT), ilk kez 1994 yılında Baylor College of Medicine 'da, "step and shoot" tekniğiyle

uygulanmıştır. İlk önceleri ışın demetlerinin yoğunluğu kompansatörler yardımıyla ayarlanmaya

çalışılsa da oldukça yoğun ve uzun süren bir çaba gerektirdiği için klinik kullanım açısından uzun

ömürlü olmamıştır. Kompansatör yardımıyla elde edilmeye çalışılan yoğunluğu ayarlanmış ışın

demetlerinin doz hesaplamalarına ait, saçılan foton ve ışın alanlarını belirleleyici bilgiyi

doğrulukla hesaplayacak bir modele ihtiyaç duyulmuştur.

Meme ışınlamasında kullanılan ince kurşun plakaların yapıştırılmasıyla oluşturulan kompansatör

Elis kompansatör; şekildeki blokları lego gibi dizerek, yoğunluk ayarlı ışın demetleri oluşturulmuştur.

Yoğunluk ayarlı ışın profilini çözümleyici arayışlar devam ederken, 1993'de Bortfeld ve

Boyer "step and shoot IMRT tekniğini" tanımlamışlardır. Bu teknik, kısmen birbirinin üzerine

binen statik ve farklı biçimlere sahip MLC alanlarına dayanır.

Bortfeld ve Boyer tarafından geliştirilen MSF-MLC tekniği

Günümüzde bu teknikte, hasta kontürünün düzensizliği ve doku inhomojinitesi de

dikkate alınarak, hastaya özgü yoğunluğu ayarlanmış ışın demetleri kullanılır. Tamamı motorize

multi lif kolimatörler sayesinde, ışın demetlerinin yoğunlukları istenilen şekilde ayarlanarak elde

edilebilecek konkav doz dağılımları ile kompleks tedavi alanlarında tümöre planlanan tedavi

dozu verilirken sağlıklı dokuların korunması, daha yüksek bir başarı ile sağlanabilmektedir.

3D konformal tedavi Yoğunluk ayarlı Radyoterapi tekniği

Convery ve Roosenbloom, optimize bir yoğunlukla oluşturulan profilleri incelerken, lif

hareketlerinin temel algoritmalarını çözümlerler. Algoritmayı daha hızlı ve analitik çözümler

sunan çalışmalar Spirou ve arkadaşları, Stein ve arkadaşları ve Svensson ve arkadaşları

tarafından geliştirilir. Bu teknikte radyasyon, liflerin tedavi alanındaki birbirinden bağımsız

hareketleriyle oluşan küçük alanlarla efektif bir biçimde hastaya verilir. 2000'li yılların başında

gelişen cihaz teknolojisiyle dinamik MLC kullanımı başlanmıştır. Önceleri karmaşık tedavi süreci,

2004'de fan beam lineer hızlandırıcılar ile çözümlenebilirken, tedavi süresinin uzamasına neden

olur. Gelişen fan beam lineer hızlandırıcı ile yapılan uygulamaların takibi sonucu yan etkilerin

azaldığına ve tümör kontrolünün arttığına dair bir çok makale yayınlanır.

1995'de ilk kez Cedric Yu ve arkadaşları, yoğunluk ayarlı ark terapi (IMAT) tanımlamasını

yapmışlardır. Fan beam ark terapideki gibi kesitler halinde ışın kullanmak yerine, cone beam

lineer hızlandırıcının gantry dönüşü sırasında şekil değiştiren MLC hareketleriyle oluşturduğu

alanları kullanarak sağlıklı dokuların daha iyi korunduğunu göstermişlerdir.

Arkterapi önceleri 5 ila 10 derecelik gantry açılarında forward planlama ile coplanar ve

non-coplanar arklar şeklinde, wedge filtreler kullanılarak yapılırdı.

Daha sonraları geliştirilen ark terapide farklı açılarda birden fazla ark şeklinde oluşturulan

farklı yoğunluklardaki ışın demetleri ile yapılırdı.

Dinamik MLC'nin keşfi ile rotasyonel IMRT hızlı bir yol alır. 2000-2007 yılları arasında IMAT

tekniği hasta anotomisine dayalı forward planlama ile sabit doz hızı kullanılarak uygulanmaktaydı.

2007 yılında ilk kez Shepherd ve arkadaşları değişken doz hızı ile IMAT tekniğini geliştirdi ve aynı yıl

ilk kez VMAT tanımlaması Otto ve arkadaşları tarafından yapıldı. 1 sene sonra ilk VMAT klinik

kullanımı Swedish Kanser Enstitütüsü'nde gerçekleştirildi.

Günümüzde IMAT tekniği ile, tek ve çoklu arklar şeklinde; değişken lif hızı, gantry hızı ve doz hızı

kullanılarak, sağlıklı dokular çok daha iyi korunurken, hastalıklı dokuya daha yüksek dozlar

tanımlanabilmektedir.