Zdravotnictví - terapie

Prezentace na téma: "Zdravotnictví - terapie"— Transkript prezentace:

1 Zdravotnictví - terapie
chorobně se dělící buňky se častěji dělí a měly by proto být na záření citlivější než buňky zdravé - nemusí to být ale zcela pravda (není v nich obecně tolik kyslíku) pravděpodobnost buněčné inaktivace vzrůstá s energií předávanou jednotlivým buňkám - pro různé druhy buněk může být tato pravděpodobnost značně rozdílná lze použít: elektromagnetické záření (g, RTG) Þ radioterapie těžké nabité částice Þ hadronová terapie elektrony - nepoužívá se (radioaktivní lázně - zvýšená přirozená aktivita pomáhá léčit zejména nemoci pohybového ústrojí - Jáchymov,...)

2 Výskyt nádorů a úspěšnost léčby
Nádorová onemocnění jsou 2. nejčastější příčinou úmrtí (Evropa, ČR) lze očekávat, že v nejbližších letech bude ve vyspělých zemích postižen tímto onemocněním během svého života každý třetí občan. v 58% případů je nádorový proces v době jeho diagnostikování v lokalizovaném stadiu a při léčbě se uplatňují především chirurgické a radioterapeutické postupy ČR: odhaleno téměř případů/rok umírá osob/rok (asi 25% všech úmrtí) Celkem žije téměř 285 tisíc osob, u kterých byl novotvar zjištěn Evropa - daří se vyléčit 45% pacientů vyléčením se rozumí pětileté přežití bez příznaků této choroby.

3 Česká republika a rakovina v číslech (2010)
Každý třetí obyvatel ČR v průběhu svého života onemocní rakovinou a každý čtvrtý na ni zemře Každoročně onemocní v ČR rakovinou více než lidí (2010) Každý rok zemře v ČR na rakovinu přes lidí ženy: plicní nádory (18 %), nádory prsu (18 %), nádory tlustého střeva (15 %) muži: plicní nádory (35 %), nádory tlustého střeva (12 %), nádory prostaty (10 %) V roce 2008 celkem žilo osob, u kterých bylo v daném roce nebo dříve diagnostikováno onkologické onemocnění. Nejčastějším zhoubným onemocněním u mužů je karcinom plic; výrazně přibylo i karcinomů tl. střeva, konečníku a prostaty. Snižuje se výskyt karcinomu žaludku. Nejčastějším zhoubným onemocněním u žen je karcinom prsu; zarážející je výrazný nárůst nových případů karcinomu plic, pokles výskytu karcinomu žaludku a nezvyšující se nálezy karcinomu děložního čípku (důvodem jsou především zdokonalené preventivní prohlídky) U všech hlavních diagnóz, tedy zhoubných nádorů tlustého střeva a konečníku, prsu, plic a ledvin setrvale narůstá meziroční incidence o 2 – 4 % V posledním desetiletí nejrychleji roste počet nádorů plic (u žen), a nádorů tl. střeva a konečníku. Zvyšuje se i výskyt nádorů prsu, kůže, ledvin, močového měchýře a štítné žlázy. U mužů je vyšší výskyt nádorů jater, prostaty, varlat a mnohočetného myelomu.

4 Radioterapie nádorových onemocnění
používá se při kurativní léčbě (vede k úplnému vyléčení pacienta) nádorových onemocnění v lokalizovaném stadiu u pokročilejších stadií se využívá (někdy v kombinaci s chemoterapií) jako paliativní prostředek (jen léčba následků) Podíl na léčbě (dnes 40% vyléčených případů) se v blízké budoucnosti zvýší nové radioterapeutické metody při zavádění nových diagnostických procedur a skríningových metod bude více nádorových onemocnění odhaleno již v iniciálním stadiu (radioterapie velmi účinná) Cílem je likvidace nádorového ložiska při co nejmenším současném poškození okolních zdravých tkání - nesmí se překročit toleranční dávka zdravých tkání Poškození zdravých tkání lze významně snížit ozařováním z více směrů. frakcionované ozařování, - celková dávka se rozdělí do většího počtu frakčních dávek, které se aplikují přibližně v denních intervalech zpravidla po dobu tří až pěti týdnů - využívá příznivého poměru tzv. kumulativního biologického účinku na nádorovou tkáň a na tkáň zdravou, která má větší regenerační schopnost

5 Radioterapie, Externí svazek
využívá se ozařování pomocí g (60Co) nebo RTG (brzdné) záření (z LINACu) místa ležící před cílovou oblastí jsou jednotlivými svazky ozářena zpravidla více než vlastní ložisko. Pro mnohé nádory ležící v těsné blízkosti kritických orgánů vede radioterapie konvenčními svazky k vysokému riziku nepřípustného poškození těchto struktur Evropa: pacientů na obyvatel ročně ozařováno radioterapií Typy ozáření: zdroj záření mimo tělo (externí svazek, g nůž, IMRT) zdroj záření uvnitř těla (brachyterapie) Externí svazek radioizotopy - aplikují se tam, kde je vhodné použít jejich přesně danou energii záření přirozená spolehlivost a malé nároky na údržbu Lineární urychlovač - zdroj RTG záření správná činnost se musí kontrolovat denně paprsek lze přesněji zaměřit a měnit jeho energii přístroj mimo dobu používání nezáří Současný stav (2002) u nás a v EU linac obyv/linac 60Co linac/Co EU 1460 448 3,26 ČR 24 25 0,9

6 Intensity Modulated Radiation Therapy (IMRT)
e- produkované LINACem interagují s terčíkem z těžkého kovu a produkují RTG (brzdné) záření - to je kolimováno a ozařuje nádor svazek e- lze pomocí EM pole různě vychylovat Þ ozáření RTG zářením úzkým svazkem z mnoha stran Þ dovoluje ozáření nádoru větší dávkou typicky 6-10 svazků Použitelné na: rakovina prostaty mozkové nádory (glioblastomas, gliomas,...) i metastatické nádory slinivky nádory jater (metastases, hepatocellular carcinoma) rakovina hlavy a krku (hrtan, jazyk, dutiny, ústa,...) rakovina plic

7 ČR Fakultní nemocnice Ostrava (FNO) – CyberKnife (2010)

8 Cena za CyberKnife Cena za přístroj Země Cena (v milionech dolarů)
Rok transakce Fakultní nemocnice Ostrava Česko 10 2009 Overlook Hospital New Jersey USA 5 2004 Philadelphia CyberKnife, Havertown El Camino Hospital, Los Altos Apollo Hospital, Chennai Indie St. Anthony Hospital, Oklahoma City 4 2003 CyberKnife Center of Palm Beach 2005 St. Louis University Hospital The Seattle CyberKnife Center 2006 Virginia Hospital Center 2008 Harley Street Clinic London Anglie Ottawa Hospital Kanada Northeast Medical Center North Carolina 3,53 West Jefferson Medical Center, New Orleans Georgtown University Hospital 3 2001 Kaiser Permanente, San Francisco Cena za budovu a přístroj 12 CyberKnife Zentrum Güstrow Německo 8 University of Louisville 7-8 Europäische Cyberknife Zentrum München 7 Erlanger Hospital Chattanooga 2010 6-7 Mt. Carmel Hospital Ohio Frederick Memorial Hospital Maryland 6 2007 St. Joseph's/Candler Hospital Georgia Cena za CyberKnife

9 Leksellův gama nůž 1. v roce 1967 ve Stockholmu (idea od Larse Leksella - stereotactic radiosurgery) používá se k léčení mozkových nádorů skládá se z pohyblivého operačního stolu a z velké ocelové ozařovací hlavice, která obsahuje 201 zářičů 60Co ve formě proutků systém clon zajistí kolimaci záření do jednoho místa s přesností 0.1 mm dávka záření g zničí v krátkém okamžiku přesně vymezený a ostře ohraničený kousek tkáně terapie trvá 5 až 30 minut (celá procedura včetně předchozího zobrazení tkání a cév v mozku a radiofyzikálních výpočtů asi 3 až 5 hodin) díky peněžní sbírce má ČR v nemocnici Na Homolce použití pro zhoubné i nezhoubné nádory Omezení: není vhodný pro velké terčíky (3-4 cm) ztrácí schopnost šetřit okolní tkáň pro velké množství terčíků není používán mimo hlavu (symetrie)

10 Leksellův gamma-nůž v ČR
pracoviště Leksellova gama nože v Nemocnici Na Homolce funguje od r. 1992 Na světě je asi 260 (v 70 nemocnicích?) na světě – většinou v USA a v Japonsku. V Evropě jich je zatím méně než deset. v roce 2002 a poté i 2006 prošel nůž kompletní modernizací za 20 mil. Kč (a 50 mil. Kč) v letech 1992 – 2012 zde bylo provedeno přes ozařovacích výkonů v posledních letech kolem 800 zákroků ročně úspěšnost léčby je kolem 90% léčebný zákrok g nožem je v ČR hrazen zdravotním pojištěním - platba činí zhruba Kč za výkon (?) Od r nahrazen zcela novým nožem (cena 150 mil. Kč) Na začátku historie gama nože Nemocnice Na Homolce byl prosebný dopis jedenáctiletého chlapce Míši ze slovenského Martina švédskému velvyslanci v Praze Larsi-Ake Nilssonovi. Míša potřeboval sehnat peníze na operaci mozku, která měla být provedena gama nožem ve Stockholmu. Nakonec mu pomohla sbírka, kterou ze švédské centrály zorganizoval představitel Nadace Charty 77 ve Stockholmu profesor František Janouch, jemuž se dopis dostal do ruky. Profesor Janouch pak stál i za další sbírkou, už v Československu, z jejíhož výtěžku byl pak zakoupen gama nůž.  Na Konto Míša se tehdy sešlo celkem sto milionů korun. Pro umístění gama nože byla pak na základě jednání mezi profesorem Janouchem, ministerstvem zdravotnictví v čele s Martinem Bojarem a výborem neurochirurgické společnosti České lékařské společnosti Jana Evangelisty Purkyně vybrána Nemocnice Na Homolce. Pražské pracoviště Leksellova gama nože je dnes mezinárodně uznáváno jako jedno z předních na světě.

11 Brachyradioterapie (ozařování zblízka)
brachy = řecky „malá vzdálenost“ je to typ radioterapie je používáno u relativně malých a dobře přístupných nádorových ložisek zdroj záření se zavádí do bezprostřední blízkosti nádoru např. do pochvy při ozařování nádorů děložního hrdla nebo do průdušek při nádorech, které zužují průdušku a znesnadňují dýchání) nebo ve formě jehel či drátů přímo do nádorového ložiska např. do nádoru prsu nebo konečníku  zdokonalení představuje tzv. afterloading: do cílové oblasti či tělesné dutiny se nejprve zavede hadička, která se přesně nastaví; do ní se pak na stanovenou dobu zavádí vlastní zářič používají se zářiče: 60Co, 137Cs, 192Ir (dříve i 226Ra - nevýhoda - vzniká Rn) zářiče mají tvar jehel, nebo tub u nás více nemocnic (Masarykův onkol. ústav v Brně,…) lze umístit i operativně; Masarykův onkologický ústav v Brně uvedl do provozu nový ozařovací přístroj, určený hlavně pro léčbu gynekologických nádorů, rakoviny plic, prsu a trávicího traktu. Přístroj zavádí radioaktivní zdroj do těsné blízkosti nádorů.

12 RBE a OER Důležitými veličinami pro popis účinků zážení na tkáň jsou i
Relative Biological Effectiveness (RBE) podíl dávky referenčního typu záření (obvykle 250 keV g) vůči dávce záření, jež nás zajímá, při stejném biologickém účinku pro stejné použité záření je RBE funkcí vyšetřovaného biologického systému a referenčního záření RBE pro g i p velice podobné Oxygen enhancement ratio (OER) poměr dávek v tkáni bez O2 vůči tkáni s O2 vedoucí ke stejnému biologickém účinku asi 10% nádorů je hipoxidních relativně vůči fotonům Despite an equal energy dose and otherwise identical conditions, different kinds of ionizing radiation (electrons, ions, photons, neutrons) show different radiation effects in the biological material. This fact is quantified by the “Relative Biological Efficiency” (RBE) which is defined as the quotient of the absorbed dose of a reference radiation and of the absorbed dose of the radiation type of interest, both with the same observed biological effect. From this definition it follows that when the radiation quality is equal, the RBE value is a function of both the examined biological system and the reference radiation used.

13 RBE a OER (větší obrázek)

14 RBE Data for CHO-K1 cell line irradiated by photons (blue curve) and carbon ions (red curve).

15 Vztah RBE a jakostního faktoru Q
Ta samá veličina (jen v jiných jednotkách) (jedna se používá pro dozimetrii a druhá v lékařství) RBE - čím je větší hustota ionizace tím je větší hustota poškození DNA a reparační mechanizmy nejsou schopny fungovat v dostatečné míře (je to ve skutečnosti trošku složitější) LET by a charged particle in water pro organismus je zřejmě přijatelnější menší množství interakcí s velkým přenosem energie než velké množství interakcí s menším přenosem - jedině tak si dokážu vysvětlit, proč Q klesá pro velké energie The effect of ionising radiation is influenced by the dose, the dose rate, and the quality of the radiation. Before 1990, dose-equivalent quantities were defined in terms of a quality factor, Q(L), that was applied to the absorbed dose at a point in order to take into account the differences in the effects of different types of radiation. In its 1990 recommendations, the ICRP introduced a modified concept. For radiological protection purposes, the absorbed dose is averaged over an organ or tissue, T, and this absorbed average dose is weighted for the radiation quality in terms of the radiation weighting factor, wR, for the type and energy of radiation incident on the body. The resulted weighted dose is designated as the organ- or tissue-equivalent dose, HT. The sum of the organ-equivalent doses weighted by the ICRP organ-weighting factors, wT, is termed the effective dose,E. Measurements can be performed in terms of the operational quantities, ambient dose equivalent, and personal dose equivalent. These quantities continue to be defined in terms of the absorbed dose at the reference pointed weighted by Q(L). The values for wR and Q(L) in the 1990 recommendations were based on a review of the biological and other information available, but the underlying relative biological effectiveness (RBE) values and the choice of wR values were not elaborated in detail. Since 1990, there have bneen substantial developments in biological and dosimetric knowledge that justify a re-appraisal of wR values and how they may be derived. This re-appraisal is the principal objective of the present report. The report discusses in some detail the values of RBE with regard to stochastic effects, which are central to the selection of wR and Q(L). Those factors and the dose-equivalent quantities are restricted to the dose range of interest to radiation protection, i.e. to the general magnitude of the dose limits. In special circumstances where one deals with higher doses that can cause deterministic effects, the relevant RBE values are applied to obtain a weighted dose. The question of RBE values for deterministic effects and how they should be used is also treated in the report, but it is an issue that will demand further investigations. This report is one of a set of documents being developed by ICRP Committees in order to advice the ICRP on the formulation of its next Recommendations for Radiological Protection. Thus, while the report suggests some future modifications, thewR values given in the 1990 recommendations are still valid at this time. The report provides a scientific background and suggests how the ICRP might proceed with the derivation of wR values ahead of its forthcoming recommendations. ve vodě (keV/mm) Q 3.5 a méně 1 7 2 23 5 53 10 175 a více 20 ? vztah mezi a Q

16 OER Přítomnost molekulárního kyslíku silně ovlivňuje biologický efekt některých typů záření kyslík musí být přítomen během expozice, nebo nejméně během života volných radikálů (10-5 s) kyslík fixuje (vytváří trvalé) poškození způsobené radikály - při absenci kyslíku mohou být tato poškození opravena (nemá vliv na přímé účinky záření) už malé množství kyslíku má velký vliv - 0.5% kyslíku způsobuje poloviční citlivost mezi hypoxickou oblastí a plně okysličenou tkání v nádorech jsou místa s nedostatkem kyslíku - je to dáno nedostatečně prokrvenou tkání OER (RTG)  3 při velkých dávkách a zřejmě méně ( 2) při dávce 0.5 to 2 Gy OER klesá s rostoucími ionizačními ztrátami (LET) - roste vliv přímé interakce záření s DNA OER se přibližuje k jedničce (žádný efekt) pro LET  160 keV/mm OER pro n je  1.6

17 Hadronová terapie Most patients are treated by X-rays. World-wide there are 10,000 linacs and 4 million patients a year treated. Hadron therapy (Bragg peak) suggested by Bob Wilson in Radiology 47, 487 (1946) Pioneered in Berkeley and Harvard.

18 Hadronová terapie (II)
p a lehké ionty odevzdají největší část energie v úzké oblasti tzv. Braggova vrcholu Poloha Braggova maxima dána energií částic. jeho šířka často menší než rozměr nádoru lze rozšířit použitím speciálních filtrů, nebo ozářením „meandrovitým“ způsobem navíc minimální boční rozptyl GSI, PSI, Loma Linda (USA) , HIMAC Chiba (Japonsko) ozařování trvá asi tak 1 min hadronová terapie je lepší než IMRT asi 1% pacientů ozařovaných radioterapií (200 pacientů/10 mil. obyvatel) pro dalších 10% lepší kontrola ozařování

19 Hadronová terapie (III)
pro doběh 25 cm: Ep = 200 MeV, E12C = 4500 MeV největší výhoda - lze použít v blízkosti citlivých orgánů p a g interagují s DNA spíše nepřímo pomocí radikálů x pro 12C už je důležitá i přímá interakce s DNA (větší LET) C zanechá 23x více energie než p se stejným doběhem přímá interakce s DNA je významná pro LET > 20 keV/mm C má tuto ionizaci na posledních 5 cm dráhy (He na posledním 1 mm) čím větší ionizační ztráty, tím horší reparace DNA lze sledovat ozáření pomocí PET (dopadající kladné ionty dávají vzniknout b+ radioaktivním jádrům) dávka v nádoru může dosáhnout až několik Gy (Zdeněk Doležal uvadí lékařský požadavek max 5Gy/min)

20 Hadronová radioterapie vs. IMRT
výhodou hadronové terapie je, že nedochází k ozáření „za objektem“ a tím k menší zátěži zdravé tkáně

21 Hadronová terapie Svět
As of August 2013, there were 43 particle therapy facilities in the world, representing a total of 121 treatment rooms available to patients on a regular basis. They are located in Canada, China, Czech Republic, France, Germany, Italy, Japan, South Korea, Poland, Russia, South Africa, Sweden, Switzerland, the UK and the US. 28% of the proton therapy facilities are located in the US and 23% are located in Japan and more than 96,537 patients had been treated ČR Protonové centrum Na Bulovce ( je vybaveno špičkovou technologií belgické společnosti IBA (Ion Beam Application) Pracoviště má k dispozici cyklotron (230 MeV protony) a 5 ozařoven, tři z nich pracují s pohyblivým svazkem (tzv. gantry), jedna se svazkem pevným a jedna místnost je určena pro ozařování nádorů oka. K dispozici je CT, NMR, PET/CT

22 Protonové centrum Praha (podle wikipedie)
Protonové centrum Praha ( Vlastníkem centra je společnost IMMORENT PTC, s.r.o. ze skupiny Erste Group Immorent Projekt za 4,2 miliardy Kč financovala Erste Group Immorent, která do něj vstoupila poté, co se bratrům Laštovkovým v roce 2006 podařilo získat smlouvu o smlouvě budoucí s nuceným správcem VZP V dubnu 2006 uzavřel tehdejší nucený správce VZP Antonín Pečenka za pojišťovnu smlouvu o smlouvě budoucí, která VZP zavazuje po dobu 15 let hradit Protonovému centru léčbu 1650 jejích klientů ročně při ceně 26 tisíc Kč za jedno ozáření. Uvážíme-li, že každý pacient potřebuje průměrně 22–25 ozáření, jedná se o kontrakt v celkové výši až 16 miliard Kč. Nucenou správu, která trvala od listopadu 2005 do května 2006, na VZP uvalil tehdejší ministr zdravotnictví David Rath a do funkce nuceného správce dosadil svého náměstka Pečenku, který měl prověřit a zlepšit hospodaření pojišťovny. Pečenka později v Protonovém centru několik let působil. Nakonec se však s majiteli centra rozešel a v roce 2012 založil konkurenční firmu Proton centrum Praha s.r.o., jejímž cílem by mohlo být centrum převzít, když se k tomu naskytne příležitost. Ozařování protonem je šetrnější a působí méně následných komplikací než klasická radioterapie. Výrazně dražší „proton“ je však přínosný jen pro některé typy nádorů, část expertů varuje také před jeho nižší účinností. České pojišťovny i lékaři zůstávají vůči protonu zdrženliví. Zdroj:

23 Použití 12C výhody použití 12C nevýhody 12C
lepší kyslíkový poměr než u p při ozařování lze snížit počet frakcí, do kterých je celková aplikovaná dávka rozdělena (20-30 sezení pro g, pro 12C stačí méně než 10) Þ snižují se ekonomické náklady Þ zvyšuje kapacita příslušného centra Þ snižuje se celková léčebná náročnost z pohledu pacienta (menší celková aplikovaná dávka) to give 12 Gy in a single stage (three entry points) and so treat a patient in simply one visit (as is done at HIMAC). This should be contrasted with X-rays where the dose delivered in one location, and in one visit, is only 1/3 Gy. nevýhody 12C větší magnetická rigidita vyšší cena

24 SOBP = Spread Out Bragg Peak
Ionizační ztráty v závisosti na energii částice - popsány Bethe-Blochovou formulí SOBP = Spread Out Bragg Peak celý nádor by měl dostat dostatečnou dávku, aby se předešlo redicivě Ionizační ztráty těžkých nabitých částic (12C) v závislosti na energii SOBP - protonový svazek je modulován, aby v celém nádoru byla dávka stejná

25 Zařízení na hadronovou terapii - foto
zařízení pro léčbu očních nádorů (Villigen - project OPTIS) více než 3000 pacientů

26 Zařízení na hadronovou terapii - foto (II)
schéma gantry

27 Total numbers of patients for facilities in and out of operation:

28 Radioterapie mezony p p- mají výrazné Braggovo maximum
kromě obvyklého mechanismu jsou p--mezony na konci dráhy zachyceny v jádrech atomů (v tkáni např. v 12C, 16O, 14N) při záchytu p- jádrem dojde k reakci s p (p- + p+ ® n + 140MeV) a uvolní se energie  140MeV (vyšší než BN)  excitované jádro se rozštěpí zpravidla na a-částice, d, n a p (u těžších jader se mezi fragmenty vyskytují i 6Li nebo 12C) např. u C dochází k reakci p- + 12C ® 2a + 3n + p, přičemž částice a odnášejí kinetickou energii cca 30MeV a neutrony cca 70MeV (zbylých 40MeV se spotřebuje na překonání vazbové energie jádra). zabrzděním těchto fragmentů se v daném místě předá značná ionizační energie p- vznikají při ostřelování jader terčíku (např. C, Be) p urychlenými na energie větší než asi 500MeV dosah p- o energiích MeV v tkáni činí cca 10-25cm. zařízení v Los Alamos, Vancouveru, Villigenu - celkem asi 1200 pacientů nedosáhlo se lepších výsledků než u „konvenční terapie“  zastaveno

29 Cena Leksellův gamma nůž pořizovací cena  3-7x106 USD
cena vyšetření  USD (na jednoho pacienta) IMRT pořizovací cena  3-10x106 USD za CyberKnife (USA,Anglie,Indie) cena vyšetření  USD (na jednoho pacienta) Hadronová terapie pořizovací cena  mld Kč (protony) – viz dříve roční provoz  200 mil Kč  jeden pacient je asi Kč u nás předpoklad 1200 pacientů/rok – realita asi o dost jiná HIMAC (12C) - pořizovací cena 350 mil. USD (10 mld. Kč) A p facility costs $100M to $200M to construct, and costs of treatment range up to $100,000 per patient, twice as much as contemporary radiation therapy, and up to four times as much as surgery, brachytherapy, and other options. (wikipedia) – comparison probably depends on the type of tumor ceny v USD jsou platne pro USA, ceny primarne udavane v Kc jsou pro CR Leksell - (malá centra vyšetření/rok) IMRT - Linac = USD (upgrade???) - zdá se mi to moc levné... Hadron - GANIL = vyšetření EUR (pro 500/1000 pacientů/rok) Pro hadron - 1/3 accelerator, 1/3 beam transport, 1/3 building (large magnets)

30 Cena Na zdravotnictví ročně padne přes 200 miliard korun.
Právě o posouzení nákladů přitom především jde. Výdaje na zdravotnictví narostly od roku 1990 o 190 miliard korun, příjmy přitom budou v souvislosti se stárnutím populace spíše klesat. Podle propočtů Komerční banky má v roce 2025 na účtech zdravotních pojišťoven oproti nynějšku chybět 56 miliard korun. Nadstandard, který to měl řešit, se přitom nerozjel. Stát musí stanovit, jakou cenu je za lidský život možné platit. Podobně to ostatně udělala už řada jiných států, a Světová zdravotnická organizace k tomu dokonce vydává i návod: medicínská technologie by výměnou za rok kvalitního života neměla stát více než trojnásobek HDP na hlavu příslušné země. To je v kontextu české ekonomiky něco přes milion korun.

31 Dávka kvalitativní obrázek závislosti některých procesů v závislosti na aplikované dávce množství přeživších buněk v závislosti na aplikované dávce

32 Aplikace - dávka Celková dávka Rozdělování dávky
For curative (radical) cases, the typical dose for a solid epithelial tumor ranges from 60 to 80 Gy, while lymphoma tumors are treated with 20 to 40 Gy. Preventative (adjuvant) doses are typically around Gy in Gy fractions (for Breast, Head and Neck cancers respectively.) Rozdělování dávky The total dose is fractionated (spread out over time) in order to give normal cells time to recover. In the USA and Europe, the typical fractionation schedule for adults is 1.8 to 2 Gy per day, five days a week. (In the northern United Kingdom, fractions are more commonly 2.67 to 2.75 Gy per day, which eases the burden on thinly spread resources.) For children, a typical fraction is 1.5 to 1.7 Gy per day, reducing the chance and severity of late-onset side effects.

33 Boron Neutron Capture Therapy (BNCT)
izotop 10B má oproti ostatním (přirozeným) izotopům vyskytujícím se v těle výrazně větší průřez pro záchyt tepelných neutronů navíc při záchytu tepelného n v 10B dochází k reakci (n,a), zatímco v ostatních izotopech k reakci (n,g) Isotop sR (b) 1H 0.332 2H 0.53 10B 3837 11B 5.5 12C 3.4 14N 1.81 16O 0.178 32S účinné průřezy některých izotopů pro záchyt tepelných neutronů

34 Boron Neutron Capture Therapy (BNCT)
do nádorového ložiska se pomocí vhodné sloučeniny, která se přednostně vychytává a akumuluje v nádorové tkáni, naváží vhodné atomy, jejichž jádra mají vysoký s pro záchyt n používá se 10B - velký s pro tepelné n, resp. jeho sloučeniny BSH (merkaptododekarborát sodný), či BPA (dihydroxyboralfenylalanin) připravené nádorové ložisko se ozáří svazkem epitermálních n ( 1 eV - 1 keV), které se při průchodu tkání zpomalují a jsou zachycovány v jádrech 10B při reakci n + 10B ® 7Li (0.84 MeV) + 4He (1.45 Me7) + g (0.48 MeV) vzniklé ionty mají v tkáni velmi malý doběh - Li  5 mm a He  9 mm, takže ionizační energie je předávána prakticky pouze příslušným nádorovým buňkám metoda je zatím zkoušena u mozkových nádorů glioblastomů, s poměrně slibnými výsledky Japonsko, USA, Petten, Studsvik, Finsko, ČR

35 Sloučeniny 10B 4-Borono-L-fenylalanin (BPA)
10B merkaptododekaborát sodný (BSH)

36 BNCT - foto schéma zařízení na měření množství 10B v látce - PGNAA

37 Stav metody BNCT ve světě
zatím (s výjimkou Japonska) ve fázi klinických testů  (Švédsko a Finsko - jsou po formální (legislativní) stránce dále)  Společný projekt EU (Petten) :  asi 30 pacientů a Finsko:  asi 50 pacientů jediná pracoviště v provozu Japonsko: asi 100 pacientů (pracoviště zavřena)     USA: asi 80 pacientů byla 2 pracoviste MIT a BNL (obě uzavřena) ČR - Řež ozařováno 5 pacientů (+ na 5 studována farmakokinetika) všechno nádory na mozku (gliblastoma multiforme - nejmalignejší nádorové onemocnění s malou dobou prežití), u kterých nelze použít jiné metody ve světě se zkoušela i pro nádory kůže z fyzikalního hlediska jsou vhodnější pro tuto metodu než mozkové nádory ale zde existují víceméně úspěšné alternativní možnosti potřeba nových sloučenin Kromě B se uvažovalo i Gd – ozařování díky konverzním e- K dispozici jsou zřejmě „lepší“ sloučeniny než pro B; obrovský s pro záchyt 2) Az na jednoho pacienta toto vsechno probehlo pred povodnema. Po povodnich se to rozjizdi nejak pomalu, ale s jejím dalsim vyvojem se stale pocita, alespon zatim. Bude zalezet na dalsim vyvoji moznych alternativnich metod. Vzniklo i oficialni sdruzeni velkeho poctu ustavu a lidi, kteri by meli ve vyvoji pokracovat. 3) Osobne vidim momentalne jeden problem. Celou metodu by jeste vice zefektivnily nove a efektivnejsi chemicke slouceniny. To je potreba, kterou smeruji doktori na chemiky. Chemici by zas potrebovali nejake zaruky od doktoru, ze vyvoj novych chem. sloucenin pro tuto metodu bude mozne pokryt z masivniho vyuziti techto sloucenin. Tuhle prognozu a zaruku, ale zadny doktor alespon ne u nas nechce dat. Takze se nepostupuje dopredu tak rychle, jak by nezasveceny ale treba i ja predpokladal. Trochu se mozna ceka, jestli se neco "neurodi" ve svete.

38

39 NCT s rychlými n rychlé n s energií MeV mohou být kolimovány přesně na terčík - dva možné způsoby využití během zpomalování je % rychlých n zpomaleno natolik, že mohou být zachyceny 10B pomocí „gantry“ lze provádět ozařování z různých stran a dosáhnou největší dávky v nádoru i bez „přidání“ B vliv na zdravou tkáň? rakovina prostaty a plic University of Washington Medical Center Karmanos Cancer Center/Wayne State University (KCC/WSU) in Detroit

40 Radioizotopová terapie
aplikujeme-li do organismu RA látku, vstoupí do metabolického procesu způsobem, který je dán chemickou formou látky - její farmakokinetikou; podaří-li se označit vhodným radionuklidem látku, která se selektivně vychytává a akumuluje v nádorové tkáni, můžeme dostat velmi efektivní způsob radiační likvidace tumoru "zevnitř". pro většinu nádorových procesů bohužel takovou vhodnou látku nemáme významnou výjimkou je karcinom štítné žlázy - thyroidální nádorové buňky si zpravidla zachovávají schopnost vychytávat a akumulovat jód aplikujeme-li tedy radioaktivní jód 131I (perorálně ve formě jodidu sodného), vychytává se tento radionuklid v nádorových buňkách štítné žlázy (stejně jako neaktivní jód), a to i ve vzdálených metastázách. záření beta 131I (t1/2 = 8d), má v tkáni dolet 3-4 mm, a likviduje nádorovou tkáň "zevnitř", a tedy selektivně, při minimální radiační zátěži okolních zdravých tkání pro terapii karcinomu štítné žlázy se aplikuje aktivita cca 7 GBq radiojódu

41 Radioisotope therapy (RIT)
Not used very often Radioisotopes are given by mouth as a drink or capsules, or injected into a vein (intravenous injection). Targeting can be due to the chemical properties of the isotope such as radioiodine which is specifically absorbed by the thyroid gland a thousandfold better than other bodily organs. Targeting can also be achieved by attaching the radioisotope to another molecule or antibody to guide it to the target tissue. Examples are the infusion of metaiodobenzylguanidine (MIBG) to treat neuroblastoma, of oral 131I to treat thyroid cancer or thyrotoxicosis, and of hormone-bound 177Lu and 90Y to treat neuroendocrine tumors (peptide receptor radionuclide therapy).

42 Radioisotope therapy (RIT)
Another example is the injection of 90Y radioactive glass or resin microspheres into the hepatic artery to radioembolize liver tumors or liver metastases. These microspheres are used for the treatment approach known as selective internal radiation therapy. The microspheres are approximately 30 µm in diameter (about one-third of a human hair) and are delivered directly into the artery supplying blood to the tumors. These treatments begin by guiding a catheter up through the femoral artery in the leg, navigating to the desired target site and administering treatment. The blood feeding the tumor will carry the microspheres directly to the tumor enabling a more selective approach than traditional systemic chemotherapy. There are currently two different kinds of microspheres: SIR-Spheres and TheraSphere.

43 Lázně Jáchymov :-) Lázně Jáchymov jsou první radonové lázně na světě. I dnes mezi ostatními vynikají svým vysokým obsahem radonu ve vodě. Podle oficiálních údajů lázní je tato koncentrace dokonce největší na světe. Tím pádem je na veškeré ozdravné procedury pohybového ústrojí potřeba mnohem menší množství vody a kratší čas. Radonová voda blahodárně působí především na nemoci pohybového ústrojí, revmatické bolesti, Bechtěrevovu chorobu (tuhnutí páteře) a poúrazové stavy. Radon je ve zdejší vodě ve vysokém množství, skvěle proniká kůží a ozařuje klouby a všechna problematická místa, čímž startuje léčebné procesy. pramen  výkon  teplota vody  obsah radonu akademika Běhounka  294 l /min  36,8 °C   9 kBq /l C1  30 l /min  30 °C  10 kBq /l Currie  28 °C   5 kBq /l Agricola   8 l /min  20 kBq /l

44 Trocha historie radiační terapie
The concept of therapeutic radiation was invented by Wilhelm Conrad Rontgen when he discovered that the x-ray (discovered 1895) was a powerful and effective tool with which to treat cancer. The field of radiation therapy began to grow in the early 1900s largely due to the work of Marie Curie, who discovered the radioactive elements Po and Ra. This began a new era in medical treatment and research. Ra was used in various forms until the mid-1900s when Co and Cs units came into use. Medical linear accelerators have been developed since the late 1940s. With Godfrey Hounsfield’s discovery of computed tomography (CT), three-dimensional planning became a possibility and created a shift from 2-D to 3-D radiation delivery; CT-based planning allowed physicians to directly measure the dose delivered to the patient's anatomy based on axial tomographical images. In the last few decades, the advent of new imaging technologies, e.g., magnetic resonance imaging (MRI) in the 1970s and PET in the 1980s, as well as new radiation delivery and visualization products has moved radiation therapy from 3-D conformal to IMRT and eventually to IGRT (4-D) - Image-guided radiation therapy = the process of frequent imaging, during a course of radiation treatment - in the near future. These advances have resulted in better treatment outcomes and less side effects.

45 THE END

46

47 Výskyt zhoubných nádorů (na 100 000 obyvatel)
Úmrtnost na zhoubné nádory (na obyvatel)

48 Gamma Knife Surgery: 11500 EUR or USD (? 7360)
Prices for Conventional, Natural, Alternative or Holistic Tumour / Tumor / Cancer Therapy / Treatment in Germany  The following prices are presented to give you a clear and (almost) definite idea of the costs you would be facing if you decide to have an operation or other medical treatment done in Germany. They are based on the assumption that there will be no serious complications and that there are no serious risk factors involved (e.g. extreme obesity, underlying other diseases, very old age etc.) that might create additional potentially costly challenges for the German doctors and hospitals. Prices do include our organisational fees, but they do not cover travel expenses, costs for hotels, costs for hiring translators etc. Please note that not all of our German partners will be able to offer these prices, which is why all price quotations should be regarded as "starting from". If you decide to go to one particular hospital, we will have to confirm for you if that prticulr hospital is able to perform the required procedure at the quoted price or if it might charge a slightly higher price. This price list is currently under preparation. Quotes will be available shortly. BRAIN TUMOUR SURGERY  Gamma Knife Surgery: EUR or USD (? 7360) Open Skull Tumour Surgery: from EUR or USD (? 9600) CYCLE OF CHEMOTHERAPY  In hospital: Euros In outpatients facility: price to be made available shortly HYPERTHERMIA TREATMENT CYCLE  In hospital: from EUR (including hospital stay of 3 weeks, usually 3 -4 cycles are required) In outpatient facility: price to be made available shortly

49 Cost studies have shown that when compared to conventional neurosurgery, the Gamma Knife is much less expensive. It eliminates lengthy post-surgical hospital stays and expensive medication. In addition, there are virtually no post-surgical disability and convalescent costs with this procedure. At present, IMRT is applied primarily to prostate, head and neck, breast, and esophageal cancers and to those brain tumors close to sensitive structures such as the eye. Its availability is expanding rapidly: whereas in 1998, only 4% of radiation oncology facilities provided IMRT, in 2003, 38% did. 15 Also, considerable work is being devoted to make IMRT usable in other cancers such as those in the lung and abdomen, where motion is a problem.

50 Hadronová terapie ve světě

51 Modulace svazku: Pasivní rozptyl

52 Modulace svazku: Aktivní skenování

53 Technické požadavky www.particle.cz/medicine dosah ve tkáni
nádory očí 2-3,5 cm oblast hlavy a krku cm uvnitř těla cm potřebná maximální energie protony MeV ionty až 400 MeV/u posun Braggova maxima (1-3 mm) → kroky změny energie (0,5-1 MeV) velikost ozařovacího pole dávková rychlost → tok částic urychlovače cyklotron (IBA, Accel) synchrotron (PIMMS, PRAMES, Optivus) gantry aktivní skenování

54 Lehké ionty radiobiologie Braggův peak vyšší RBE
vysoká ionizační hustota (LET) husté radikálové shluky komplexní poškození DNA vyšší biologická účinnost Braggův peak vyšší RBE nepříznivý kyslíkový efekt potlačen nižší počet frakcí nádory v blízkosti kritických orgánů hypoxické radioresistentní nádory on-line monitoring předávané dávky - PET

55 Aktivity v rámci ČR interdisciplinární pracovní skupina „Využití ionizujících částic v lékařství a biologii“ 1.LF UK, FZÚ, ÚJF AVČR, ÚJV neutronová záchytová terapie (BNCT) klinické testy - ÚJV Řež , ÚJF AV ČR, Nemocnice Na Homolce, Onkologická klinika 1.LF UK a VFN hadronová radioterapie výzkumné zprávy, studie PRAMES ( ) Onkologie 2000 – PIMMS (gantry) studie „Onkologické centrum s hadronovou radioterapií“, FZÚ AVČR, květen od r.2002 ENLIGHT

56 ENLIGHT http://www.estro.be/estro/Index.html
European Network for LIGht Ion Hadron Therapy (grant EC, ) využití iontových svazků v radioterapii – fyzikálně technické aspekty, indikace, výběr pacientů, ekonomické otázky European Society for Therapeutic Radiology and Oncology (ESTRO) European Organization for Nuclear Research (CERN) European Organisation for Research and Treatment of Cancer (EORTC) Gesellschaft für Schwerionenforschung GmbH, Darmstadt (GSI) German Cancer Research Center (DKFZ Heidelberg), German Heavy Ion Project (GHIP) Fondazione per Adroterapia Oncologica (TERA) Karolinska Institutet ETOILE Project, Université Claude Bernard Lyon 1 Med-Austron, Wien FZR - Project Forschungszentrum Rossendorf Linköping University Hospital Virgen de la Macarena Charles University Praha

57 Radiofarmaka UJV Řež produkuje Léčivý přípravek indikace
131I Natrium Iodhipuricum diagnostika funkce ledvin 131I jodid sodný roztok diagnostické aplikace štítné žlázy Chlorid thalný 201Tl diagnostika poruch prokrvení srdce Gallium citricum 67Ga lokalizace nádorů měkkých tkání (včetně Hodgkinovy choroby, zhoubných nádorů vaječníků, nádorů jater), 111In chlorid inditý značení komplexotvorných látek, protilátek a buněčných složek krve 153Sm paliativní léčba bolestivých kostních metastáz při nádorových onemocněních, především karcinomu prostaty, prsu, plic a jiných

58 Radioterapie (II) Radioterapie je založena na schopnosti ionizujících částic inaktivovat (usmrtit) jednotlivé buňky. Buňkám (jejich jádrům) je při ozáření předána určitá energie, která vede k jejich poškození. Mnohá takto vzniklá poškození je buňka schopna opravit, některá však vedou k jejímu zničení. Pravděpodobnost buněčné inaktivace vzrůstá s energií předávanou jednotlivým buňkám. Pro různé druhy buněk může být tato pravděpodobnost značně rozdílná. Biologický účinek na buňku daného typu závisí kromě předané dávky ještě na dalších faktorech, z nichž za nejdůležitější lze označit tzv. lineární přenos energie (linear energy transfer - LET): inaktivační účinek na jednotlivé buňky je tím větší, čím více energie předávají částice ozařovacího svazku tkáni na jednotku délky své dráhy. Dalším důležitým faktorem je tzv. kyslíkový poměr: inaktivační účinek je nižší, pokud buňka obsahuje menší množství molekulárního kyslíku. Tento rozdíl se však postupně zmenšuje pro záření s vyšším lineárním přenosem energie. Aby bylo možné plně využít možností radioterapie a rozhodnout o její optimální aplikaci, je nutné znát všechny zákonitosti, které se při radiobiologickém mechanismu uplatňují. Týká se to jak účinku na jednotlivá buněčná jádra, tak i celkového účinku na příslušnou ozařovanou tkáň či organismus.

59 PSI The displacement of the spot position in the body is always performed with the beam switched off. For the fastest varying spot motion we use a deflecting magnet (the sweeper magnet ). The motion along the second axis of scanning is realized with a range shifter system , which scans the dose spot in depth. The third direction is covered by the motion of the patient table itself, which is the slowest and the least frequently used motion. The beam is a parallel beam with about 7mm FWHM (full width at half maximum) and is scanned in an orthogonal matrix in steps of 4 or 5 mm. For a one litre target volume typically 10'000 spots are deposited in less than 5 minutes. Proton radiotherapy of ocular tumors The OPTIS project The first proton therapy facility in Western Europe Over 3000 patients treated

60 Interoperative Radiotherapy is a method of delivering radiation during surgery by directly exposing cancers to electron beam radiation with normal structures being removed from the treatment field. It is used to treat gynecologic cancers, colorectal tumors, biliary tract tumors, retroperitoneal tumors, and certain recurrent head and neck tumors. This treatment is coordinated by board-certified radiation oncologists and surgeons, with consultation from other medical specialties as needed.

61 Protecting the Embryo/Fetus
The only way to protect the embryo/fetus from excess radiation is to protect the mother “Belly” badge for the baby is issued Bioassay for radioactive material intake is initiated and repeated monthly Dose to baby is measured/ estimated and reported Historically, pregnant women were not allowed to work with radiation Loss of position and Loss of pay To protect her baby, a mother must voluntarily, in writing, declare herself pregnant Present to Principal User/Supervisor and to the Radiation Control Office Additional information is available through the Radiation Control Office Confidential discussions with RSO about radiation risks to embryo/fetus Even if just planning to get pregnant Arrangements may be made to discuss with female radiation health professional

62

63 ( ) Relative Biological Effectiveness (RBE)
Biological effect of radiation Y at dose X Biological effect of 250 kVp x-rays at dose X Both produce the same biological effect. Quality factor (Q) radiation Q photon,  1 proton, neutron 10 alpha

64 Ln (S) Effect Dn Dg Dose Neutrons Gamma Photons
Shoulder of curve indicates cell repair at low doses No shoulder - no cell repair Neutrons Effect Gamma Photons Dn Dg Same Biological Effect Different Dose from 2 types of radiation Dose

65 Occupational Dose to the Lens of the Eye
Dose must not exceed 15 rem/ yr

66 Occupational Dose Limit for Declared
Pregnant Mothers and Occupational Minors Dose must not exceed 0.5 rem or 500 mrem during the gestation period for declared pregnant mothers. Occupational minors must not exceed this dose in a year long period

67 Radiation Effects for Embryo Declaration of Pregnancy for Occupational Mothers
Rapidly dividing and non-specialized cells are more sensitive to radiation Birth defects have been observed Dose limit to embryo / fetus is 500 mrem for the gestation period

68 Hadronová terapie ve světě
p: asi pacientů 12C: asi 1600 pacientů (HIMAC - Japonsko, GSI) asi 25 center dalších asi 20 plánováno (USA, Evropa, Japonsko) pro ionty plánováno zařízení TERA v Itálii Loma Linda (USA) - jediné komerční zařízení, jinak vše na zařízeních pro základní výzkum energie 60 MeV stačí pro léčbu nádorů oka - dolet 3-4 cm (Villigen) situace na začátku roku 2003

69 Fungující zařízení Na počátku roku 2008 fungovalo asi 30 zařízení
As of June 2012, there were a total of 41 proton therapy centers in Canada, China, England, France, Germany, Italy, Japan, Korea, Poland, Russia, South Africa, Sweden, Switzerland, and USA and more than 83,667 patients had been treated.[

70 Loma Linda

71 HIMAC The Japanese two proton ion synchrotrons at HIMAC. The pulse of ions is synchronized with the respiration of the patient so as to minimize the effect of organ movement. The facility is being re-conditioned. A new one could be 1/3 as large.

72 Zařízení na hadronovou terapii - foto (II)
schéma gantry

73 In summary (spring 2008): Present facilities (roughly): Sub-atomic physics labs doing some therapy: 12 Hospital based proton therapy centers: 10 Under construction:14 Patients treated: To date about 50,000 patients have been treated with hadrons. (mostly with protons) At HIMAC 3,000 patients treated with carbon beams At GSI 300 patients treated with ions