Rola fizyki w medycynie na przykładzie radioterapii. Autor: Marcin Grabowski

Transkrypt

1 Rola fizyki w medycynie na przykładzie radioterapii Autor: Marcin Grabowski

2 Fizyka w medycynie Dział fizyki wykorzystujący metody fizyczne w zastosowaniach medycznych (diagnostyka, terapia, rehabilitacja), to fizyka medyczna.

3 Historia fizyki medycznej Za prekursora fizyki medycznej uważa się Hermana von Helmholtza niemieckiego lekarza, fizjologa, fizyka i filozofa. Helmholtz starał się zastosować prawa fizyczne do procesów fizjologicznych. Uważał, że nie istnieje specjalna energia w organizmach żywych i że wszystkie formy energii w organizmach ożywionych są podobne do procesów zmian energetycznych w materii nieorganicznej. Sprzeciwiał się w ten sposób witalistycznym poglądom swojego nauczyciela Jana Müllera. Pod koniec 1849 roku Helmholtz odkrył, że impulsy nerwowe wywoływane przez podrażnienie mięśni żaby przemieszczają się z prędkością pomiędzy 24,6-38,4 m/s. Wynik ten wskazywał na to, że impulsy nerwowe są związane z procesami chemicznymi lub elektrycznymi, innymi słowy są opisywane przez procesy fizyczne. Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz

4 Historia nauki zna wiele innych przypadków wybitnych ludzi zajmujących się zagadnieniami z pogranicza fizyki i medycyny m.in.: Mikołaj Kopernik, Galileusz. Po raz pierwszy termin fizyka medyczna wprowadził prawdopodobnie Neil Arnott w XIX wieku, ale właściwy rozwój tej dyscypliny rozpoczął się wraz z odkryciem przez W. Röntgena promieniowania X i promieniotwórczych pierwiastków przez małżeństwo Curie.

5 Za początek rozwoju fizyki medycznej w Polsce bywa uznawane rozpoczęcie w roku 1946 kształcenia specjalistów w dziedzinie fizyki i inżynierii medycznej na Wydziale Elektrycznym Politechniki Warszawskiej. Inicjatorem i twórcą tych studiów był prof. Cezary Pawłowski - fizyk, uczeń prof. Stefana Pieńkowskiego i Marii Skłodowskiej-Curie. Tuż po tym założone zostało Polskie Towarzystwo Fizyki Medycznej im. Cezarego Pawłowskiego, którego celem jest popieranie rozwoju zastosowań fizyki w medycynie.

6 Zebranie Członków Założycieli Polskiego Towarzystwa Fizyki Medycznej odbyło się 5 lutego 1965 roku, a pierwsze władze wybrano 30 września tego roku. Pierwszym prezesem został biofizyk prof. David Shugar. Od początku swych działań PTFM utrzymuje ścisły kontakt z towarzystwami międzynarodowymi International Organization for Medical Physics (IOMP) i International Radiation Protection Association (IRPA). Polskie Towarzystwa Fizyki Medycznej zostało przyjęte do Międzynarodowej Organizacji Fizyki Medycznej już w pierwszym roku działalności, na I Zjeździe IOMP w Harrogate.

7 Działy fizyki medycznej

8 Radiodiagnostyka Pod tym pojęciem rozumiemy wszelkie nieinwazyjne metody obrazowania mające na celu wykrycie ognisk chorobowych (m.in. nowotwory, złamania, itp.). Główne metody obrazowania to: Rentgenodiagnostyka wykorzystująca promieniowanie X (m.in. tomografia komputerowa, mammografia), USG, EEG i MEG, Diagnostyka radioizotopowa(m.in. PET), Termografia, rezonans magnetyczny (MRI)

9 Fizykoterapia Jedna z form fizjoterapii i część medycyny fizykalnej, w której na organizm oddziałuje się rozmaitymi bodźcami fizycznymi, pobieranymi z natury (Słońce, borowina) lub wytwarzanymi specjalnymi urządzeniami (krioterapia, prądy różnego rodzaju).

10 Radioterapia Dawniej curieterapia metoda leczenia za pomocą promieniowania jonizującego. Stosowana w onkologii do leczenia chorób nowotworowych oraz łagodzenia bólu związanego z rozsianym procesem nowotworowym, np. w przerzutach nowotworowych do kości. Radioterapia onkologiczna jest samodzielną podstawową specjalnością lekarską, łączącą się ściśle z onkologią kliniczną i chemioterapią. Planowanie radioterapii wymaga współpracy lekarza radioterapeuty z fizykiem medycznym i technikiem elektroradiologii.

11 Aparat do radioterapii

12 Historia radioterapii Aby nowoczesna radioterapia mogła ratować życie chorym na nowotwory, potrzebne były przełomowe odkrycia z zakresu chemii i fizyki listopada 1895 roku Wilhelm Konrad Roentgen odkrył tajemnicze promieniowanie, które nazwano promieniami X. Okazało się, że promienie X przenikają z łatwością tkanki miękkie ciała ludzkiego, natomiast są pochłaniane przez kości. To rewolucyjne odkrycie odmieniło diagnostykę medyczną, dając początek nie tylko radiologii, ale też radioterapii. 2. Rok później francuski fizyk Henri Becquerel odkrywa zjawisko promieniotwórczości. 3. Nad badaniem zaobserwowanego przez Becquerela zjawiska skupia Maria Skłodowska-Curie i jej mąż Piotr Curie. W 1898 roku odkrywają rad i polon, dwa pierwiastki promieniotwórcze, a ich wiedza daje podwaliny pod rozwój radiochemii, radiologii i radioterapii. 4. W tym samym czasie zjawiskiem radioaktywności zainteresował się również Ernest Rutherford, odkrywca jądra atomu. Naukowiec dostał próbkę czystego uranu od Becquerela w celu zbadania emitowanego promieniowania. Rozłożył je na trzy składowe: promieniowanie alfa, beta i gamma.

13 Promienie rentgena i inne odkrycia z zakresu promieniotwórczości były natychmiast implementowane przez medycynę. Pierwsze zastosowanie promieniowania X w leczeniu miało miejsce dwa miesiące po ich odkryciu, u kobiety z rakiem piersi w USA. Następnie, w ciągu kolejnych lat, zabiegi zaczęto stosować Niemczech, Francji oraz Austrii. W Polsce pierwszy instytut leczenia chorób nowotworowych otworzono w 1932 roku w Warszawie, w efekcie działań fundacji Marii Skłodowskiej-Curie i prezydenta Ignacego Mościckiego. Instytut Radowy działa do dzisiaj jako Centrum Onkologii Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie. Początkowo leczono w nim tylko radem, później używano głównie bomb kobaltowych, obecnie jest to jeden z wiodących ośrodków onkologicznych w Polsce

14 Kolejnym przełomowym wydarzeniem w rozwoju radioterapii było wprowadzenie w latach 50. XX wieku terapeutycznych aparatów megawoltowych, które zastąpiły radioterapię konwencjonalną ortowoltową. Do aparatów megawoltowych należą m.in.: przyspieszacze liniowe (akceleratory), bomby kobaltowe, betatrony, cyklotrony. Następny impuls do przełomu w radioterapii dała informatyczna rewolucja w latach 90. XX wieku. Zastosowanie komputerowych technik obliczeniowych i trójwymiarowego obrazowania otworzyło drogę radioterapii konformalnej 3D. Jej celem jest podanie wysokiej dawki promieniowania na obszar guza nowotworowego, przy minimalizacji napromieniania tkanek zdrowych.

15 Zasada działania radioterapii Polega na wykorzystaniu promieniowania jonizującego - na przykład promieni Roentgena, gamma, radu czy kobaltu - do niszczenia komórek rakowych. Stosowanie napromieniania wymaga precyzyjnego ustalenia dawki i pola naświetlań, by zminimalizować uszkadzanie zdrowych tkanek. Jest to zadanie onkologów radioterapeutów.

16 Podstawowe podziały radioterapii

17 Ze względu na sposób napromieniowania Brachyterapia (BTH) Leczenie przy użyciu źródła promieniowania znajdującego się w bezpośrednim kontakcie z guzem. Jest ona wykorzystywana także w terapii takich chorób jak toczeń czy keloid. Główną przewagą brachyterapii nad teleterapią jest jej precyzja dzięki umieszczeniu źródła promieniotwórczego bezpośrednio w okolicy guza (lub nawet w jego wnętrzu) możliwa jest tzw. konformalizacja terapii, tzn. zwiększenie dawki, która trafia w zmianę, przy jednoczesnym zmniejszeniu narażenia zdrowych organów na radiację. Ma to szczególnie wielkie znaczenie przy leczeniu nowotworów w okolicy takich narządów wysoce wrażliwych na promieniowanie jonizujące jak np. płuca. Teleradioterapia (RTH) Leczenie z zastosowaniem źródła umieszczonego w pewnej odległości od tkanek. Stosowana jest w onkologii do leczenia chorób nowotworowych oraz łagodzenia bólu związanego z rozsianym procesem nowotworowym, np. w przerzutach nowotworowych do kości.

18 Ze względu na stan pacjenta Radioterapia radykalna Ma na celu napromieniowanie guza lub jego okolicy w celu jego zniszczenia. Radioterapia paliatywna Ma na celu łagodzenie bólu spowodowanego chorobą nowotworową w przypadku gdy wyleczenie pacjenta jest już niemożliwe. Radioterapia objawowa Ma na celu zmniejszenie dolegliwości bólowych spowodowanych przerzutami.

19 Zależny od używanej energii Radioterapia konwencjonalna ( kev) Promieniowanie mało przenikliwe, płytkie, miękkie, graniczne, wyłącznie promieniowanie X. Do leczenia nowotworów skóry. Radioterapia megawoltowa (1,25-25 MeV) promieniowanie gamma, generowane przez kobalt 60 (linie o energii 1,17 i 1,33 MeV) promieniowanie X o wysokiej energii generowane w przyśpieszaczu liniowym (4-25 MeV) elektrony (6-22 MeV)

20 Źródła