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Acelerador Linear, Gamma Knife, Cyberknife e Proton
Beam: como Funcionam, Vantagens e Desvantagens
Linear Accelerator, Gamma Knife, Cyberknife and Proton Beam: How it Works, Advantages
and Disadvantages
Soraya Aurani Jorge Cecílio1
RESUMO
Irradiação estereotáxica é um método preciso de liberação de feixes de radiação em pequenos alvos. O tratamento pode
ser realizado em uma dose única ou múltiplas frações (radiocirurgia ou radioterapia estereotáxica, respectivamente).
O campo da radiocirurgia intracraniana avança rapidamente como resultado de incrementos nos equipamentos
radioterápicos, hardware, software e melhor conhecimento das aplicações clínicas da radiocirurgia e radioterapia
estereotáxica. Este artigo revisa as bases técnicas da radiocirurgia assim como os recentes desenvolvimentos neste campo.
Palavras-chave: Radiocirurgia; Estereotáxica; Linac; Acelerador; Gamma knife; Cybernife; Proton beam
ABSTRACT
Stereotactic irradiation is a precise method for the delivery of focused radiation beams to small targets. Treatment can be
administered in single or multiple fractions (radiosurgery or stereotactic radiotherapy, respectively). The field of intracranial
stereotactic radiosurgery is rapidly advancing as a result of improvements in radiosurgical equipment, hardware, software
design and better physician understanding of the clinical applications of stereotactic radiosurgery. This article reviews the
technical basis of stereotactic radiosurgery as well as recent developments in this field.
Key words: Radiosurgery; Stereotactic; Linac; Accelerator; Gamma knife; Cyberknife; Proton beam
I ntrodução
O conceito de radiocirurgia estereotáxica foi introduzido por
Lars Leksell em 195128. Consiste numa modalidade terapêutica
não-invasiva que utiliza a administração de uma única dose
de radiação externa com uma extrema precisão em alvos bem
localizados e com limites bem definidos. Uma característica
fundamental desta técnica e que a distingue da radioterapia
externa convencional é a obtenção de um elevado gradiente de
dose além dos limites do alvo, isto é, torna-se possível poupar
os tecidos sadios adjacentes devido à utilização de múltiplos
feixes de radiação centrados no alvo14.
A radiocirurgia e a navegação estereotáxica compartilham uma
história repleta de mentes inovadoras, avanços tecnológicos
e sucessos clínicos. A radiocirurgia não existiria sem um
profundo conhecimento dos princípios fundamentais da
estereotaxia. Como o conceito original da radiocirurgia foi
uma aplicação inspirada das ideias da cirurgia estereotáxica,
os avanços na radiocirurgia durante todos esses anos foram
precedidos por inovações na estereotaxia20.
1
Da Estereotaxia à Radiocirurgia
O neurocirurgião sueco Lars Leksell introduziu em 1949
o instrumento estereotáxico para aplicação em cirurgia
intracerebral10. Embora o aparato desenvolvido por Spiegel
e Wycis tenha precedido o mesmo2,10,40, o modelo de Leksell
mostrou-se mais versátil por várias razões. Seu modelo
inovador posicionou o alvo no centro de um arco semicircular
ao invés de uma forma retangular, eliminando, assim, a
necessidade de cálculos trigonométricos para as trajetórias.
Possibilitou também a alteração da trajetória ao longo do
arco sem a necessidade de recalcular as coordenadas do alvo.
Adicionalmente, ele introduziu o uso dos pinos para a fixação
firme do aro craniano, o que aumentou significativamente a
precisão do sistema28.
Após dois anos da introdução do modelo estereotáxico, o Dr.
Leksell desenvolveu o conceito de radiocirurgia. Ele postulou
que, pela possibilidade de localizar precisamente um alvo
em um espaço tridimensional, feixes estreitos de radiação
intersectando-se em um ponto comum poderiam ser usados
para aplicar doses altas de energia em determinado volume
em um espaço. Assim, lesões profundas no cérebro ou na
base do crânio poderiam ser tratadas com mínima alteração
Functional Neurosurgeon, Radiosurgeon, Instituto de Radiocirurgia Neurológica, São Paulo, SP
Received Aug 24, 2015. Accepted
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do tecido normal circunjacente20. Inicialmente, tentou um
equipamento de ortovoltagem para tratar um paciente com
neuralgia de trigêmeo, porém sem sucesso. Durante os anos
50 e 60 foram conduzidas intensas pesquisas com aceleradores
lineares (fótons) e cíclotrons (prótons) na tentativa de
encontrar o equipamento ideal, porém não havia suficiente
precisão e segurança para tratamento de pacientes. Assim,
como resultado dessas pesquisas, surgiu o primeiro protótipo
de Gamma Knife® que utilizava 179 fontes de Cobalto 60,
instalado em Estocolmo em 1968 no Hospital Sophiahemmet.
O segundo protótipo, com 201 fontes, foi instalado no Instituto
Karolinska em 1974 com algumas modificações que permitiam
tratar outras lesões além dos procedimentos para neurocirurgia
funcional como inicialmente previsto7.
Embora Leksell seja visto como o pioneiro, outras figuras
notáveis contribuíram imensamente com a viabilidade da
radiocirurgia. No final dos anos 70, Trent H. Wells colaborou
com Russel Brown e Theodore Roberts da Universidade
de Utah no desenvolvimento do sistema estereotáxico
Brown-Roberts-Wells (BRW®) que trouxe como inovação o
localizador em forma de “N” permitindo a localização precisa
dos alvos usando a tomografia computadorizada, tecnologia de
imagem recém-desenvolvida10. Utilizando um computador de
mão, o usuário era capaz de converter pontos de referências
bidimensionais obtidos nas imagens da TC em coordenadas
tridimensionais do alvo20.
Após o BRW®, desenvolveram o Cosman-Roberts-Wells
(CRW®), aro estereotáxico com melhorias no design incluindo
um arco móvel, o que contribuiu para um número infinito
de pontos de entrada não pré-selecionados, e um simulador
“phantom” para confirmação pré-operatória das coordenadas13.
A possibilidade de localizar precisamente um alvo no espaço
tridimensional, usando modernas técnicas de imagem, ampliou
o uso terapêutico do Gamma knife® e tornou possível a
utilização dos equipamentos de radioterapia convencional,
como os aceleradores lineares para a radiocirurgia. A evolução
subsequente destas técnicas e a integração da ressonância
magnética (RM), tomografia por emissão de pósitrons (PET)
e tomografia computadorizada tridimensional (multislice) têm
permitido o estabelecimento de quatro modalidades amplamente
utilizadas de radiocirurgia: Gamma Knife®, sistemas baseados
no acelerador linear convencional e robótica20, e a irradiação
com feixes de partículas pesadas como prótons e íon carbono.
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Cada instrumento opera de maneira específica e pode ser mais
efetivo em diferentes circunstâncias.
Independentemente da fonte de radiação, os conceitos
fundamentais da radiocirurgia são os seguintes16:
1) Uma dose muito alta de radiação é depositada
em uma única sessão.
2) Um gradiente de dose íngreme é alcançado
determinando uma dose mínima de radiação nas
estruturas adjacentes ao alvo.
3) O alvo é localizado de modo estereotáxico.
4) Planejamento computadorizado de dosimetria.
5)
O sistema de aplicação de radiação é muito preciso.
Aradiocirurgia refere-se a um procedimento em uma
única sessão que aplica radiação ionizante em um
volume alvo
com planejamento preciso
tridimensional da curvas de isodose24,25.
Estes conceitos exigem um conhecimento preciso tanto do
volume alvo como do comportamento do feixe de energia
terapêutica4.
Gamma Knife
Gamma Unit
A aplicação clínica do Gamma Knife® começou em 1967
na Suécia27. Em 1975, um grupo de cirurgiões pioneiros do
Hospital Karolinska, Estocolmo, começou a usar o Gamma
Knife® para o tratamento de tumores intracranianos e
malformações vasculares. Nos primeiros modelos (modelo U
ou A), 201 fontes de cobalto eram distribuídas em um arranjo
hemisférico. Estas unidades apresentavam um desafiante
problema de carregamento e recarregamento do Cobalto 60.
Para eliminar este problema, a unidade foi redesenhada de
modo que as fontes ficassem distribuídas em uma configuração
circular (O-ring) (modelos B, C, e 4C)20.
Existem atualmente dois equipamentos para radiocirurgia que
utilizam fontes de Cobalto 60, mas o Leksell Gamma Knife®
é de significativamente o mais usado. Difere de todas as
outras formas de radiocirurgia, pois a radiação é direcionada
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a um ponto fixo e a posição do alvo é movimentada, ou seja,
alterações na posição da cabeça do paciente são realizadas para
criar o volume desejado de tratamento33.
A radiocirurgia com Gamma Knife® geralmente envolve
múltiplos isocentros de diferentes diâmetros para obter
um plano de tratamento que se conforma aos volumes
tridimensionais irregulares da maioria das lesões. O número
total de isocentros pode variar dependendo do tamanho, forma
e localização do alvo. Cada isocentro tem três coordenadas
estereotáxicas (x, y, z) referentes à sua localização no espaço
tridimensional definido pelo aro estereotáxico rigidamente
fixado no crânio. O tempo de tratamento depende do tamanho
e número de lesões, dose prescrita de radiação, e taxa de dose
de radiação da fonte de cobalto. Com uma meia-vida de 5,26
anos, os tempos de tratamento tornam-se mais prolongados
conforme a idade das fontes de cobalto33.
Na radiocirurgia com Gamma Knife® a necessidade do uso
do aro estereotáxico faz com que o hipofracionamento seja na
realidade impraticável. Outra limitação refere-se à dificuldade
no tratamento de lesões em determinadas localizações
periféricas extremas assim como à impossibilidade de
tratamento de lesões extracranianas.
Gamma Knife C
Em 1999, o modelo Gamma Knife C® foi introduzido. Esta
tecnologia combinou avanços no planejamento de dose com
engenharia robótica e utilizou um sistema de posicionamento
automático (APS®) com acurácia submilimétrica, eliminando a
necessidade do ajuste manual de cada conjunto de coordenadas.
O sistema de posicionamento robótico move a cabeça do
paciente para as coordenadas definidas no plano de tratamento.
O robô elimina o tempo gasto removendo o paciente e
reposicionando-o nas novas coordenadas para cada isocentro.
Isto reduziu significativamente o tempo total de tratamento
e também aumentou a acurácia e segurança4,13,16,24,25,27.
Consequentemente, um planejamento de tratamento usando
múltiplos feixes menores pode ser gerado levando a uma
melhor conformidade volumétrica. Isto resulta em uma dose
fall-off mais íngreme ao redor do alvo (seletividade mais alta).
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Gamma Knife 4-C
Em 2005, a quarta geração do Leksell Gamma Knife®,
modelo 4-C, foi introduzida. O modelo 4-C é equipado com
avanços que contribuem na melhora do fluxo de trabalho e
em incrementos na acurácia e no uso integrado de imagens. O
sistema oferece a capacidade de fusão de imagens a partir de
múltiplas fontes. O sistema robótico de posicionamento é mais
rápido assim como a troca dos colimadores, reduzindo o tempo
total de tratamento33.
Gamma Knife Perfexion
A última inovação desta tecnologia é a unidade Gamma
Knife PERFEXION® (Fig.1). Diversas modificações foram
feitas em resposta às observações críticas de neurocirurgiões
especializados, radio-oncologistas e físicos médicos. Isto
resultou em um sistema caracterizado por acessos cranianos
ilimitados, total automatização do planejamento de tratamento,
melhora no conforto do paciente e equipe, radioproteção e
melhor performance da dosimetria. A primeira unidade tornouse ativa em 2006.
A unidade PERFEXION® difere substancialmente dos arranjos
hemisféricos característicos dos modelos prévios de Gamma
Knife®33. O sistema de irradiação foi redesenhado com uma
geometria diferente, ou seja, um conjunto de 192 fontes de
Cobalto 60 localiza-se dentro de um cone sólido de tungstênio.
Como resultado, a distância da fonte de radiação ao isocentro
pode variar de 374 mm a 433 mm. A maioria das fontes está
mais próxima do isocentro, em comparação com os modelos
anteriores, o que gera uma taxa de dose superior para a
atividade de determinada fonte.
Os colimadores primário e secundário foram substituídos por
um único e maior colimador de tungstênio com espessura de
12 cm, onde os colimadores são dispostos em uma série de
cinco anéis concêntricos. A matriz do colimador é subdividida
em oito setores independentes, móveis, cada um contendo 24
fontes e 72 colimadores (24 colimadores para cada um dos três
tamanhos do colimador) em torno da sua circunferência30.
O tamanho do feixe pode ser alterado dinamicamente pelo setor,
e setores específicos podem ser bloqueados. Uma distribuição
de dose mais sofisticada pode ser obtida através da mistura de
feixes de vários tamanhos e/ou bloqueio de setores individuais.
Ao contrário do modelo 4C onde é necessário bloquear
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manualmente feixes individuais para moldar a distribuição da
dose, o Perfexion® torna isso possível simplesmente movendo
setores individuais para bloquear os raios que passam através
de uma estrutura crítica particular.
Além do projeto colimador atualizado, o Perfexion® introduziu
uma série de outras alterações para o Gamma Knife®33.
O aumento do volume da cavidade de radiação para três vezes
maior que o dos modelos anteriores permite um intervalo
maior de tratamento nas coordenadas x e y de 160 mm e 180
mm, respectivamente. A coordenada z é limitada pela distância
do ponto focal à superfície interna do colimador. O aumento
da distância do ponto focal à superfície interna, combinado
com a forma quase cilíndrica da cavidade de radiação, em
comparação com a forma hemisférica dos modelos anteriores,
torna as colisões mecânicas, entre o aro estereotáxico ou
a cabeça do paciente e a superfície interna do colimador,
muito menos prováveis21. Também elimina a necessidade de
posicionamento excêntrico do aro e faz com que seja possível
tratar a maioria das lesões periféricas.
Os diâmetros dos colimadores mudaram para três tamanhos
diferentes: 4 mm, 8 mm e 16 mm. Os diâmetros dos feixes
são alterados automaticamente através de uma unidade de
movimentação que deslocam as fontes para o colimador
selecionado. As fontes possuem cinco posições diferentes: 4
mm, 8 mm, 16 mm, bloqueado e ”home”. Embora as posições
“bloqueado” e “home” sejam duas posições em que os feixes
estão bloqueados, na posição “bloqueado”, as fontes estão
mais próximas dos colimadores, por isso demoram menos de
um segundo para chegar a qualquer outra posição. Na posição
“bloqueado”, as fontes estão localizadas entre os colimadores
de 4 e 8 mm, o que faz com que o tempo para bloquear o
feixe de radiação seja mínimo. Como resultado, a mesa não
precisa se deslocar para a posição fora de foco, como é o caso
de tratamentos realizados com APS no modelo C. Isto reduz
significativamente a dose de radiação que o paciente recebe,
visto que os feixes são ativados somente quando o paciente está
na posição correta de tratamento. “Home” é a posição ocupada
pelas fontes, quando a máquina está desligada, ou quando o
botão de emergência é ativado. Nesta posição, as fontes são
retiradas, ficando a vários centímetros de distância de qualquer
um dos colimadores, determinando assim uma menor taxa de
dose fora do aparelho21.
Outra mudança é no projeto do sistema de posicionamento.
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O Perfexion® posiciona o paciente movendo a mesa ao invés
de mover a cabeça do paciente. Isto possibilita maior rapidez
no tratamento de tumores maiores, bem como de pacientes
com múltiplas metástases cerebrais33. A mesa serve como
sistema de posicionamento automático do paciente (APS), ou
seja, coloca o paciente nas coordenadas estereotáxicas préselecionadas. Este sistema pode mover-se entre coordenadas
com uma velocidade de até 10 mm/s, que é uma ordem de
grandeza superior ao sistema de posicionamento automático
implementado no modelo C (o primeiro modelo com
posicionamento automático), que tem uma velocidade de 0,8
mm/s32.
O Perfexion® é também o primeiro modelo Gamma Knife®
que oferece uma ferramenta de fixação não-invasiva, o sistema
Extend®, que permite o tratamento fracionado com o Leksell
Gamma Knife Perfexion® o que era impraticável até então com
os modelos anteriores de Gamma Knife®. Tumores da coluna
espinhal não podem ser tratados por esta técnica, somente
pacientes com lesões situadas até o nível da terceira vértebra
cervical podem ser beneficiados por este tratamento.
Figura 1. Leksell Gamma Knife Perfexion® (Elekta)
Acelerador Linear (LINAC)
Os aceleradores lineares são equipamentos que usam ondas
eletromagnéticas de alta frequência para acelerar elétrons a
grandes velocidades em tubos a vácuo. Os elétrons acelerados
percorrem o tubo e em uma de suas extremidades, no potencial
máximo de aceleração, colidem com um alvo metálico com
elevado número atômico. Na colisão com os núcleos dos
átomos do alvo, os elétrons são subitamente desacelerados e
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liberam a energia relativa a esta perda de velocidade, em geral,
calor. Entretanto, uma pequena porcentagem destes elétrons é
defletada na interação com os núcleos do alvo metálico e, então,
sofrem uma mudança na aceleração. Isto resulta na emissão
de fótons a partir do elétron, isto é, radiação eletromagnética.
Esta energia transformada em raios X por freamento é variável,
podendo ser tipicamente de 6 MV até 18 MV. Esses fótons de
alta energia podem ser usados para tratamentos superficiais ou
tratamentos de tumores profundos5.
A partir de 1974, iniciou-se a utilização dos Aceleradores
Lineares (LINAC) na Radiocirurgia aproveitando fontes de
radiação viáveis para esta técnica como é o caso dos feixes de
raio-X de alta energia26. Estes feixes são colimados e dirigidos a
alvos pré-determinados e localizados estereotaxicamente. Deste
momento em diante ocorreram rápidas alterações no estado de
arte da Radiocirurgia aumentando-se progressivamente o grau
de eficácia, precisão e segurança na execução desta modalidade
terapêutica. Nos anos 80 foram apresentadas várias técnicas
com aceleradores modificados. Em 1984, surgiu uma técnica
baseada na utilização de colimadores circulares de diâmetros
variados, acoplados a um Acelerador Linear, sendo o tratamento
efetuado mediante o recurso de múltiplos arcos não coplanares,
convergentes3. Estes, permitiam a conformação do volume
irradiado através da otimização dos tamanhos de colimadores,
da ponderação e da extensão dos arcos de tratamento, do
ângulo de rotação da mesa e principalmente pela colocação
de múltiplos isocentros distribuídos pelo volume alvo. Mais
recentemente, o desenvolvimento do colimador multilâminas
(multileaf - MLC) veio proporcionar, através da técnica de Arco
Conformacional Dinâmico, a capacidade de conformar melhor
os feixes de radiação à irregularidade do alvo, poupando-se de
melhor maneira as estruturas vizinhas sadias39. Esta técnica
permitiu também a redução a um único isocentro (na maioria dos
tratamentos), o que proporciona uma dose mais homogênea no
volume alvo15. Outras inovações têm sido implementadas nos
aceleradores lineares, tais como, aumento da energia do feixe,
energias diferentes em um mesmo equipamento, por exemplo,
6 MV, 10 MV, 18MV para feixes de fótons e 6 MeV, 9 MeV,
12 MeV para elétrons, abertura assimétrica dos colimadores
e colimadores multilâminas e feixe de intensidade modulada.
Além das vantagens anteriormente citadas, as capacidades de
movimento dinâmico das lâminas e de conformação contínua
ao volume alvo ao longo da irradiação, vieram melhorar ainda
mais a distribuição de dose em alvos irregulares, no que diz
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respeito à conformidade ou à homogeneidade do efeito.
O aperfeiçoamento das máquinas de tratamento radioterápico
permitiu que o tratamento se tornasse cada vez mais preciso
quanto à localização dos órgãos de risco e na liberação de dose
no volume alvo.
As vantagens do uso do acelerador linear para radiocirurgia
incluem a possibilidade de uso de equipamento instalado
para radioterapia convencional, a grande flexibilidade para
modificar a geometria do campo e conformá-la à da lesão a
ser tratada, a ausência de limites para o tamanho do campo e a
possibilidade de fracionamento da dose quando necessário. As
desvantagens incluem a necessidade de controle de qualidade
mais rígido para garantir a segurança e a reprodutibilidade,
cuidados especiais para garantir a precisão mecânica do
sistema, a necessidade de testes frequentes dos sistemas
mecânicos, de radiação e de transferência de dados para o
computador de planejamento6.
Figura 2. Colimador multilâminas Varian (HD-MLC) (Varian Medical System, Inc.
Todos os direitos reservados.)
Figura 3. Acelerador Linear Novalis. BrainLab, Inc e Varian Medical Systems.
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R adiocirurgia com Acelerador Linear
Sistemas com Colimadores Circulares (CONES)
A utilização inicial dos aceleradores lineares em radiocirurgia
ocorreu por meio do uso de múltiplos arcos convergentes
a partir de colimadores circulares. Para cada planejamento
de tratamento, é necessário selecionar o número de arcos, o
arranjo angular de cada arco, o peso atribuído a cada arco e
o número de isocentros. Uma variedade de arranjos de arco
tem sido relatada31,35. Em comparação com o Gamma Knife®,
uma quantidade maior de diferentes tamanhos de colimadores
circulares está disponível. Ao ajustar as ponderações dos
arcos ou através de um arranjo assimétrico, podem ser criadas
distribuições de isodoses elipsoides em vez de esféricas37.
Tumores pequenos e de forma convexa, muitas vezes são
possíveis de serem tratados com apenas um isocentro. Quando
um isocentro é utilizado, a uniformidade da dose no alvo é
elevada e a dose pode ser prescrita para um elevado nível de
isodose. Quando o volume-alvo é grande ou se afasta de uma
esfera ou um elipsoide, múltiplos isocentros normalmente são
necessários para alcançar a conformidade adequada de dose no
alvo. As regiões esféricas de altas doses precisam sobrepor-se, a
fim de evitar deixar um ponto frio no alvo. Consequentemente,
deve-se aceitar uma uniformidade de dose no alvo diminuída
em comparação com planos usando um único isocentro37.
Até o momento, não há consequências negativas clínicas
relatadas como resultado da falta de uniformidade de dose
em tratamentos com Gamma Knife® e Acelerador Linear com
colimadores circulares.
Quando múltiplos isocentros são usados, o problema do
planejamento de tratamento é similar ao do Gamma Knife® 11,
em que as distribuições esféricas de dose são embaladas em
conjunto para atingir uma composição de distribuição de dose
em conformidade com o volume alvo. Devido ao fato do tempo
de configuração e aplicação por isocentro ser tipicamente
maior na radiocirurgia com acelerador linear em comparação
com radiocirurgia em Gamma Knife®, geralmente é desejável
proporcionar um número limitado de isocentros. No entanto,
a disponibilidade de maiores tamanhos de colimadores, em
comparação com a Gamma Knife® reduz a necessidade de
utilização de um grande número de isocentros. No geral, os
centros de Radiocirurgia baseados nos Aceleradores Lineares
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e centros de Gamma Knife® relatam taxas de cura e níveis de
complicação semelhantes.
Sistemas com Climadores multilâminas (MLC - Multileaf
Collimator)
Um colimador multilâminas é um dispositivo de conformação
de campo que usa lâminas móveis feitas de um material, tal
como tungstênio, de modo a gerar formas de campo arbitrárias
possibilitando maior conformação dos campos de tratamento
de acordo com a forma e o tamanho do tumor, reduzindo assim
a dose de radiação nas estruturas adjacentes ao tumor23. Um
sistema típico de MLC consiste, por exemplo, de 80 lâminas
(40 pares) ou mais, cuja espessura pode ser de 1cm ou menor.
Essas lâminas são feitas de tungstênio e têm espessura de 6 a 7,5
cm ao longo da direção do feixe, dependendo do acelerador22 .
O interesse pelo uso de MLCs para radiocirurgia aumentou
quando os fabricantes introduziram os colimadores
micromultilâminas (mMLCs micromultileaf), um tipo de
MLC, onde cada lâmina tem uma largura projetada entre 2
e 5 mm no isocentro. Os colimadores micromultilâminas
são adequados para radiocirurgia por possibilitarem moldar
pequenos campos irregulares com aceitável erro geométrico.
Típicos mMLCs têm entre 20 e 80 lâminas arranjadas em
pares. O tamanho máximo de campo dos mMLCs geralmente
varia de 8 a 20cm, muito maior que aqueles observados
nos colimadores circulares tradicionais. Como resultado, a
radiocirurgia corporal extracraniana pode ser realizada37.
Além disso, atualmente os fabricantes oferecem MLCs
projetados para ambos tratamentos, convencional e
radiocirurgia. Por exemplo, o Agility MLC® da Elekta tem
160 lâminas com 5 mm de largura projetada no isocentro e
oferece tamanhos de campos até 40 x 40cm. A Varian oferece
o HD 120® MLC, um MLC com 120 lâminas que podem dar
um comprimento de campo máximo de 22 x 40 cm. Cada um
dos lados do colimador Varian é configurado com 60 folhas,
distribuídas numa região central medindo 8 cm de largura com
32 lâminas de 2,5 mm e duas regiões periféricas com 7cm de
largura com 14 lâminas de 5 mm para uma largura total de 22
centímetros.
Devido à facilidade de uso e ampla possibilidade de
aplicações, o advento dos MLCs determinaram um declínio da
popularidade da radiocirurgia usando colimadores circulares.
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Em comparação com Gamma Knife® e LINACs com
colimadores circulares, a utilização de um MLC e um
único isocentro pode levar a planejamentos que são menos
conformados e com um gradiente de dose menos acentuado
na margem do alvo. Como mencionado anteriormente, um
planejamento de rotina em um Gamma Knife® envolve até 201
feixes e, em um tratamento típico, um cone de feixe em LINAC
inclui cinco arcos, cada um cobrindo aproximadamente 100
graus de rotação do gantry. Em contraste, o planejamento
típico com micromultileaf pode ter apenas seis feixes.
O tamanho do alvo é outra característica que pode dificultar o
planejamento de tratamento usando um MLC. Em pequenos
alvos, como no tratamento da neuralgia do trigêmeo, são
necessários localização e posicionamento precisos. Os
MLCs podem não ser adequados para alvos com tamanhos
significativamente menores que um centímetro devido às
bordas onduladas do campo causadas pela largura finita
da lâmina. Para alvos maiores, o MLC pode proporcionar a
entrega eficiente de feixe e uniformidade de dose devido ao
uso de um único isocentro41. No entanto, a dose para estruturas
normais adjacentes aumenta à medida que o volume do alvo
aumenta41 podendo exceder os limites aceitáveis ao se tratar
um tumor volumoso com uma única fração.
Os colimadores multilâminas (incluindo mMLCs) geralmente
são usados em quatro formas de entrega de radiação:
1. Radioterapia Conformada Tridimensional (3D);
2. Arco de Conformação Dinâmica;
3. Radioterapia com Modulação da Intensidade
do Feixe (IMRT); e
4. Radioterapia de Intensidade Modulada em Arco
(IMAT)36.
1. Radioterapia Conformada Tridimensional
Com MLCs, técnicas de radioterapia conformada tridimensional
(3D) podem ser aplicadas no planejamento de radiocirurgia. Os
campos conformados utilizados na modalidade tridimensional
são campos em que a configuração das lâminas segue a projeção
do volume-alvo considerando sua forma tridimensional. Essa
configuração de lâminas do MLC é mantida fixa durante
a irradiação, de modo a bloquear as regiões fora do volume
de tratamento, reduzindo a dose nos tecidos e órgãos sadios.
Em cada campo de tratamento o gantry do acelerador e a
mesa também permanecem fixos numa mesma posição42. Se
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houver um número suficiente de feixes moldados pelo uso
de multilâminas, a qualidade de distribuição de dose pode
competir com a obtida com múltiplos arcos usando colimadores
circulares e várias isocentros. Isto é mais evidente quando os
alvos são maiores e não-esféricos. Como é necessário apenas
um isocentro, a uniformidade da dose obtida com MLCs é
geralmente melhor do que a alcançada com a utilização de
colimadores circulares e múltiplos isocentros. Com exceção
da necessidade de reconstrução estereotáxica, a partir de
aros estereotáxicos e marcadores, o método de planejamento
para radiocirurgia é essencialmente semelhante ao da terapia
conformada 3D. Cada campo não-coplanar é moldado com
base na visão do feixe de radiação (BEV beam’s-eye-view
images) do alvo com margens adicionais considerando a
largura da penumbra, que é mais larga do que a penumbra de
colimadores circulares e aumenta com a largura da lâmina. O
uso de campos fixos entregues com um MLC é mais adequado
para alvos com formas convexas37.
2. Arcos de Conformação Dinâmica
Nos arcos de conformação dinâmica, a forma do campo
muda continuamente por meio da movimentação das lâminas
durante a irradiação, para estar em conformidade com o BEV
do alvo durante a entrega arqueada do feixe. A entrega por
arco conformado dinâmico combina as vantagens dosimétricas
dos arcos (redução de pontos quentes) com a conformidade de
dose que é possível com o formato do feixe com MLC. Além
disso, esta abordagem requer apenas um único isocentro. Com
a utilização de três ou quatro arcos não-coplanares, um volume
de alta dose uniforme pode ser criado em conformidade com o
alvo. O cálculo da dose para arcos de conformação dinâmica é
mais complicado do que para os arcos convencionais, devido
ao fato das formas dos campos se alterarem enquanto o feixe
está sendo emitido. O sistema de planejamento deve calcular as
contribuições de dose a partir de um grande número de campos
de formato irregular. Na determinação do espaço angular dos
campos fixos, deve-se equilibrar a necessidade de precisão
com o desejo de um tempo de cálculo da dose razoavelmente
rápido37.
Em alguns sistemas de planejamento, um longo arco também
pode ser dividido em sub-arcos. Os pesos destes sub-arcos
podem ser otimizados com base nas restrições de dose e volume
definidos pelo usuário. Durante a entrega, cada um destes subJ Bras Neurocirurg 25 (3): 226 - 239, 2014
233
Review
arcos é tratado como um feixe separado. Geralmente, esta
técnica não funciona bem em alvos com superfícies côncavas
sendo, portanto, melhor no tratamento de alvos convexos.
3. Radioterapia com Modulação da Intensidade do Feixe
(IMRT)
Radioterapia por Intensidade Modulada, ou IMRT, é uma forma
especializada, um refinamento da Radioterapia Conformada
Tridimensional, na qual o feixe de radiação é modulado para
conformar o tumor. Com IMRT, o feixe de radiação pode ser
dividido em pequenas partes e a intensidade de cada parte
pode ser ajustada individualmente. Em cada feixe, a dose
liberada no alvo não é uniforme. Entretanto, todos os feixes
em combinação produzem uma distribuição de dose altamente
conformada. Utilizando IMRT, é possível limitar ainda mais
a quantidade de radiação recebida pelo tecido sadio localizado
próximo ao tumor, além de permitir maior dose entregue ao
tumor, aumentando a probabilidade de cura.
Através de um sistema de planejamento (Treatment Planning
System – TPS) com um programa de computador específico
para IMRT realiza a otimização do plano de Radioterapia,
modificando a intensidade do feixe em cada ponto de cada
campo de tratamento, de acordo com as doses definidas pelo
médico. Este processo, denominado de planejamento inverso,
oferece uma adequação de dose ainda melhor aos volumes
tumorais, com proteção mais significativa das estruturas
críticas normais. A IMRT melhora a conformidade de dose
quando comparada com o uso dos feixes não modulados
convencionais.
A modulação da intensidade do feixe dentro dos campos de
tratamento é obtida através da maior ou menor exposição de
cada ponto durante o tratamento. Isto se consegue a partir da
movimentação precisa das microlâminas controlada por um
programa de computador, alimentado com os dados advindos
do TPS.
Além da exatidão na identificação dos tecidos, da complexidade
na combinação dos campos e da modulação da intensidade dos
feixes, a IMRT exige uma perfeita imobilização do paciente,
requerendo aparatos específicos para este fim, e, assim,
possibilitando que os melhores resultados clínicos possam ser
obtidos com este método.
Atualmente são vários os sistemas disponíveis com
Cecílio SAJ. - Linear Accelerator, Gamma Knife, Cyberknife e Proton Beam: How it Works, Advantages and
Disavantages
diferentes formas de tratamento utilizando IMRT. Destacamse a modulação da intensidade com MLC, a Tomoterapia
Helicoidal, a Arcoterapia de Intensidade Modulada (IMAT)42.
A modulação da intensidade com MLC pode ser efetuada
em modo estático (SMLC) ou “step and shoot” e em modo
dinâmico (DMLC) ou “sliding window”.
Campos de IMRT segmentados
Um campo com modulação de intensidade do feixe do tipo
segmentada (“step and shoot” IMRT), consiste de uma
sobreposição de pequenos segmentos de campo, ou subcampos, de configuração fixa. Nas técnicas de IMRT aqui
descritas, as configurações de mesa de tratamento e gantry
do acelerador permanecem fixas durante a irradiação de cada
campo.
A segmentação do campo é realizada por cálculo do sistema de
planejamento com base em parâmetros iniciais definidos pelo
usuário, tais como ângulos do gantry e mesa de tratamento, o
número de segmentos e os níveis de proteção a órgãos críticos
e de cobertura da lesão alvo.
Como resultado da sobreposição dos diversos segmentos de
campo gera-se um padrão de intensidade de radiação nãouniforme. Regiões da lesão menos irradiadas por um campo
são compensadas em outro campo cuja cobertura não afeta
órgãos críticos.
A irradiação ocorre em cada segmento do campo com as
lâminas do MLC fixas em uma posição e é encerrada durante
a movimentação das lâminas ao formar o próximo segmento,
quando então se inicia um novo ciclo de irradiação42.
Campos de IMRT dinâmicos
Um campo com modulação de intensidade do feixe do tipo
dinâmica (“dynamic IMRT” ou “sliding window”) consiste de
uma sobreposição dinâmica de configurações de colimação
para cada posição fixa do gantry do acelerador, durante a
irradiação.
Como no caso dos campos de IMRT segmentados, a
movimentação das lâminas do MLC é calculada no sistema de
planejamento com base nos parâmetros iniciais gerando um
padrão de intensidade de radiação não-uniforme. Neste caso,
porém, não ocorre o efeito liga-desliga do feixe de radiação.
J Bras Neurocirurg 25 (3): 226 - 239, 2014
234
Review
A irradiação é contínua mesmo durante a movimentação das
lâminas do MLC. Pode-se pensar como sendo o caso em que
há infinitos segmentos de campo sobrepostos para formar um
campo de intensidade modulada. Apesar das poucas diferenças
em relação aos campos segmentados, os diferentes parâmetros
que devem ser levados em conta devido à movimentação das
lâminas produzem implicações dosimétricas significativas
necessitando controles diferentes em cada uma das técnicas42.
Tomoterapia
A Tomoterapia tem por base a técnica de IMRT, mas com
recurso a um acelerador com um design diferente, semelhante
a um aparelho de TC, que possui um microcolimador. Envolve
um conceito de tratamento “slice-by-slice” à medida que o
gantry gira em torno do paciente. O uso mais recente desta
técnica – Tomoterapia Helicoidal – alia o movimento da mesa
de tratamento simultaneamente à rotação do gantry.
A Tomoterapia helicoidal combina a tomografia
computadorizada com um sistema de emissão de radiação
constituído por um acelerador linear 6 MV montado sobre um
anel que gira em torno do paciente, resultando numa entrega de
feixe de radiação helicoidal. A espessura do feixe de radiação é
ajustável e o perfil de dose pode ser dinamicamente modificado
usando um colimador multilâminas para a realização de
radioterapia de intensidade modulada (IMRT). Um detector
de tomografia computadorizada (TC) em frente ao gantry
do acelerador linear permite imagens para a realização de
radioterapia guiada por imagem (IGRT). O planejamento de
tratamento é conseguido com um sistema de planejamento
inverso. O sistema de Tomoterapia permite obtenção de
imagens tomográficas 3D diariamente para garantir a precisão
da posição do paciente antes de cada entrega de tratamento.
4. Radioterapia de Intensidade Modular em Arco (IMAT)
Arcoterapia volumétrica modulada (VMAT)
A técnica IMAT recorre à utilização do MLC em modo
dinâmico junto com a rotação do gantry para a criação de
arcos dinâmicos, durante os quais é efetuada a distribuição de
dose. É através da criação de vários arcos rotacionais durante
os quais a forma do campo é definida pelo movimento das
lâminas do MLC, que se obtém a modulação de intensidade
Cecílio SAJ. - Linear Accelerator, Gamma Knife, Cyberknife e Proton Beam: How it Works, Advantages and Disavantages
desejada. Em cada arco podem ser definidos vários campos,
com diferentes ponderações, de acordo com a velocidade de
rotação do gantry8.
O desenvolvimento das técnicas de tratamento rotacionais –
RapidArc® da Varian e VMAT® da Elekta – desencadeou uma
onda de interesse na técnica IMAT. Tanto o RapidArc® como
o VMAT® são similares ao IMAT, pois recorrem a um MLC
que altera a forma do campo de tratamento dinamicamente,
enquanto o gantry roda em torno do paciente. A diferença
significativa é que, ao contrário do que ocorre na técnica IMAT,
apenas é necessária uma única rotação do gantry, tornando o
tratamento potencialmente mais rápido. O VMAT®, recente e
avançada tecnologia da Elekta, permite efetuar tratamentos de
uma forma controlada, precisa e rápida, com uma única rotação
do gantry, durante a qual o MLC se adapta, em cada momento,
à forma do PTV, proporcionando uma adequada distribuição
3D de dose. Isso é conseguido através da alteração simultânea
de três parâmetros durante o tratamento, a velocidade de
rotação do gantry, a forma do campo de tratamento através
do movimento coordenado das lâminas do MLC e a taxa de
deposição de dose8,34.
O RapidArc® tem como princípio agilizar o tratamento com
intensidade modulada movimentando o gantry e as lâminas de
colimação (MLC) simultaneamente enquanto ajusta a taxa de
dose. Tal complexidade requer uma verificação elaborada da
distribuição de dose e controles de qualidade específicos das
lâminas antes de submeter o paciente ao tratamento.
Acelerador Linear Robótico
Cyberknife
O CyberKnife® (Accuray, Sunnyvale, CA) é um sistema
apresentado nos anos 90 com uma proposta radicalmente
diferente à da radiocirurgia com acelerador linear isocêntrico.
Trata-se de um equipamento que tem como fonte de radiação
um LINAC montado num braço robótico compondo um sistema
de radiocirurgia totalmente integrado que utiliza dispositivos
de imagem para localizar o alvo de tratamento em tempo real,
em vez da localização convencional de estereotaxia baseada
no aro estereotáxico1. O feixe de tratamento é fornecido por
um acelerador linear (LINAC) montado num braço robótico
capaz de manobrar apontando o LINAC com liberdade quase
J Bras Neurocirurg 25 (3): 226 - 239, 2014
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Review
completa no espaço de trabalho de tratamento (com exceção
dos ângulos bloqueados devido à interposição do LINAC entre
as fontes de raio-X diagnóstico e as placas detectoras de
imagem localizadas no piso37.
Durante o tratamento, o sistema de imagem adquire
repetidamente imagens planares que são comparadas com as
radiografias reconstruídas digitalmente (digitally reconstructed
radiography - DRR)
em sistema de planejamento
computadorizado, a partir das tomografias de planejamento.
Depois de um processo de comparação de imagem rápida
(cerca de alguns milissegundos), as coordenadas atualizadas
dos feixes são fornecidas ao robô e a posição do robô é
atualizada para compensar qualquer movimento do alvo. Isto
permite que o sistema mantenha o alinhamento do feixe com o
alvo, mesmo com os movimentos do paciente18. A capacidade
de manobra do feixe, sem restrições por um isocentro,
combinada com a capacidade de ajuste do alinhamento durante
o tratamento, caracteriza o Cyberknife® como um sistema
único de liberação de doses. Suas propriedades possibilitam:
1) a liberação de distribuições de doses altamente
conformadas a volumes alvos irregulares;
imagens complementares como, por exemplo, RM. Como
na maioria dos sistemas de radiocirurgia e radioterapia
estereotáxica fracionada, a TC é utilizada para delinear o alvo
calcular a dose. Entretanto, no CyberKnife®, a TC tem também
um papel crítico na orientação da imagem e ajustes necessários
no momento da administração da radiação. Se forem usadas
imagens de RM para delineação anatômica, então, o estudo de
RM precisa ser fundido ao estudo de TC antes do início do
processo de planejamento37.
O Cyberknife®, através de suas ferramentas avançadas de
registro de imagens, sistemas automáticos de posicionamento
de alvos e compensações de mudanças em tumores, permite
o tratamento de lesões do sistema nervoso central (SNC)
no crânio e em qualquer lugar ao longo da coluna vertebral,
bem como em outros locais como pulmão, pâncreas, próstata,
e outros tumores de tecido mole. Embora o procedimento
geral de planejamento e tratamento não seja específico, cada
local introduz alguns elementos distintos para o processo de
planejamento.
2) a liberação de tratamentos de radioterapia
estereotáxica fracionada; e
3) o tratamento de locais extracranianos que não
são passíveis de localização e/ou fixação usando aros
estereotáxicos convencionais, utilizando-se um
sistema de planejamento de tratamento que foi
projetado especificamente para o CyberKnife®37.
O feixe de tratamento é fornecido por um acelerador linear
de 6 MV X-banda que não emprega filtro de achatamento. O
feixe é colimado para uma secção transversal circular, por um
conjunto de doze colimadores intercambiáveis. Na distância
fonte-superfície (source-to-surface distance – SSD), estes
colimadores determinam um diâmetro de feixe que varia
de 5 a 60 mm. O SSD do feixe pode variar de 60 a 100 cm.
Assim, uma ampla faixa de diâmetros de feixe pode ser obtida
através de variações do tamanho do colimador e da SSD. Em
2008, a Accuray introduziu o colimador de abertura variável
Iris® com uma combinação de 12 aberturas variáveis que,
automaticamente amplia os tamanhos dos 12 colimadores
fixos37.
Todos os planejamentos no Cyberknife® são baseados em
imagens de TC usados isoladamente ou em conjunto com
Cecílio SAJ. - Linear Accelerator, Gamma Knife, Cyberknife e Proton Beam: How it Works, Advantages and
Disavantages
Figura 4. Cyberknife (Accuray, Inc.)
Radiocirurgia Estereotáxica com Feixes
de Partículas Pesadas
Os equipamentos para Radiocirurgia, amplamente utilizados,
usam fótons gerados a partir de isótopos radioativos tal como o
Cobalto 60 ou de acelerador linear. Eles têm muitas vantagens
incluindo sua ampla disponibilidade e favorável relação
custo-efetividade. No entanto, os fótons também têm suas
desvantagens. Nas últimas décadas, diversos estudos têm sido
J Bras Neurocirurg 25 (3): 226 - 239, 2014
236
Review
realizados sobre modalidades alternativas para radioterapia que
contornem as limitações dos fótons. Entre estas alternativas, a
radioterapia com partícula carregada e pesada tal como feixes
de próton e de íon carbono tem recebido especial atenção devido
às suas características físicas favoráveis. As partículas pesadas
têm uma forma de depositar energia que é fundamentalmente
diferente dos fótons. No caso da radiação do fóton, a deposição
de dose e consequentes ionizações resultantes no tecido, são
caracterizadas por um pico de dose mais superficial seguida
por uma queda suave (dose fall-off)38.
Consequentemente, o tecido normal adjacente ao alvo recebe
exposição significativa à radiação. Diferente dos fótons, a
utilização das partículas carregadas proporciona uma forma
espacial de deposição de energia ionizante predominante no
final do percurso das partículas incidentes, a uma profundidade
maior, representada por uma curva, cuja maior amplitude
é conhecida como pico de Bragg12. Nos tecidos além desta
profundidade, não há mais nenhum evento de ionização
atribuível às particuladas carregadas (embora um pequeno
número de ionizações, devido à desintegração nuclear, ainda
possa ocorrer quando são usados núcleos maiores, como os íons
carbono)38. A profundidade do pico de Bragg é dependente da
energia inicial da partícula incidente, e dessa forma, a posição
de deposição máxima de energia ionizante é controlada pela
velocidade inicial da partícula incidente. Como consequência,
os tecidos sadios, adjacentes ao local do pico de Bragg, podem
ser preservados dos efeitos tóxicos da radiação, ser ampliada
a dose no tecido alvo e obter maior taxa de controle tumoral
através da variação de parâmetros físicos aplicados na terapia12.
Até 2001, havia apenas dois centros de terapia com prótons
nos EUA. Desde então, as propriedades interessantes das
partículas carregadas incentivaram a construção de outros
oito centros e mais quatro a serem concluídos em breve. Este
número crescente de instalações irá estimular pesquisas sobre
o uso da radiação de partículas carregadas em muitas áreas,
incluindo a radiocirurgia38.
Os aceleradores de partículas são equipamentos que fornecem
energia a feixes de partículas subatômicas eletricamente
carregadas. Todos os aceleradores de partículas possibilitam
a concentração de grande energia em pequeno volume e em
posições arbitradas e controladas de forma precisa. Trata-se
de um instrumento essencialmente construído utilizando uma
fonte de partículas carregadas expostas a campos elétricos
Cecílio SAJ. - Linear Accelerator, Gamma Knife, Cyberknife e Proton Beam: How it Works, Advantages and Disavantages
que as aceleram. Após a aceleração passam por um campo
magnético que as desvia de suas trajetórias focalizando-as e
controlando as direções43.
Todos os tipos de aceleradores, independentemente de seu
grau de avanço tecnológico, obedecem aos mesmos princípios
básicos. Devido à disposição geométrica dos campos
eletromagnéticos responsáveis pela aceleração das partículas,
basicamente são classificados em dois tipos: cíclicos e
lineares43.
Para que as condições sejam as mais próximas do ideal, existe
a necessidade de geração de vácuo de excelente qualidade na
região de trânsito, evitando assim a dispersão destas pelas
moléculas de gases que porventura estejam em sua trajetória.
Os tipos de aceleradores cíclicos mais utilizados são o ciclotron
e o sincrotron, construídos para promover a trajetória curva
das partículas pela ação dos campos magnéticos em espiral ou
circular.
Este tipo de acelerador força a partícula a passar diversas vezes
pelos sistemas de aceleração. A energia final das partículas
depende da amplitude da diferença de potencial aplicada e do
número de voltas que estas dão no dispositivo43.
Em um sincroton, tanto o campo elétrico como o magnético
variam para acelerar uma partícula mantendo-a ao longo de
uma trajetória circular definida. Em um ciclotron, a partícula
inicia no centro de uma cavidade cilíndrica e acelera numa
espiral, deslocando-se centripetamente. Neste caso, o campo
elétrico alterna com uma frequência constante para acelerar
a partícula durante cada revolução, mas o campo magnético
é mantido uniforme para conseguir o movimento em espiral.
Quando a partícula atinge a energia desejada, ela é ejetada
do sincroton ou ciclotron. No caso dos prótons, geralmente
é em torno de 150-250 MeV, o que resulta em 25-30 cm de
penetração no tecido38.
Após a ejeção do acelerador, a partícula é então guiada por
campos magnéticos para o gantry de tratamento. Uma abertura
no gantry dirige o feixe para o paciente adequadamente
posicionado e imobilizado. Atualmente, ciclotron de próton
e íon carbono são os sistemas mais usados para a terapia de
partículas carregadas. Outros íons carregados incluindo hélio,
neônio, argônio e núcleos de silício têm sido explorados em
ambientes de pesquisa, mas não têm o uso difundido38.
Um feixe monoenergético de partículas carregadas resulta
J Bras Neurocirurg 25 (3): 226 - 239, 2014
237
Review
em um pico de Bragg estreito, o que tem limitado a utilização
clínica para o tratamento de tumores maiores. Portanto, dois
modos diferentes de entrega de energia têm sido desenvolvidos
para cobrir adequadamente as dimensões do alvo.
O método mais comum de administração é através de dispersão
passiva. Neste sistema, o feixe de partículas é disperso e achatado
para criar um feixe de largura e intensidade desejadas. O feixe
monoenergético também pode ser modulado para gerar um
feixe polienergético. A curva de dose-profundidade resultante
do feixe polienergético é uma sobreposição das curvas de
dose em profundidade dos picos de Bragg correspondentes. É
caracterizada por uma dose de entrada diferente de zero, que
se eleva para um platô antes de cair para zero na profundidade
do pico de Bragg mais distal (spread-out Bragg peak). Desse
modo, a lesão pode ser adequadamente coberta pela alta dose
correspondente ao platô38.
Para maximizar a conformação à forma tridimensional do
alvo e evitar os tecidos normais, aberturas ou colimadores são
usados para moldar o limite do feixe.
Estudos de dosimetria da terapia de próton por dispersão
passiva no tórax têm demonstrado que, com planejamento
adequado, as suas distribuições de dose são superiores aos
fótons em tratamentos (fótons conformada 3D ou fóton IMRT)
na maioria dos casos9,17.
O segundo modo de entrega é um sistema de varredura de
feixe. Neste modo, a partícula carregada é submetida a um
campo eletromagnético antes de sair do gantry. Este campo
eletromagnético modula a energia e a direção do feixe de
partículas de modo que as partículas que saem do gantry
depositam a sua energia em um plano específico (“varredura
uniforme”) ou voxel (“varredura local” ou “exploração de feixe
de lápis”) dentro da lesão44. Nestes sistemas, todos os planos
ou voxels que constituem o alvo são tratados, geralmente a
partir de zonas mais distais, até que todo o volume do tumor
seja irradiado.
As vantagens radiobiológicas da terapia com partículas
carregadas compreendem: as partículas carregadas,
diferentemente dos fótons, estão associadas a alta transferência
linear de energia (LET). Isso ocorre porque a radioterapia com
partículas carregadas é diretamente ionizante, ou seja, em
virtude de suas cargas, depositam energia no meio através da
interação Coulombiana entre a radiação e os elétrons do meio.
Por conseguinte, sua interação com os tecidos é caracterizada
Cecílio SAJ. - Linear Accelerator, Gamma Knife, Cyberknife e Proton Beam: How it Works, Advantages and
Disavantages
por:
1) dano direto ao DNA celular; e
2) uma densa mobilização de elétrons secundários ao
longo do trajeto da partícula, resultando em
uma concentração local elevada de radicais livres que
também causam danos no DNA38.
Dois outros fenômenos radiobiológicos merecem destaque no
que diz respeito às vantagens relativas de radiação de partículas
carregadas. Na radiobiologia dos fótons, a radiossensibilidade
de uma célula tumoral pode estar diminuída pela falta de
oxigênio ou pela posição da célula em uma fase radiorresistente
do ciclo celular (tal como a fase S). Em ambos os casos, a
radiossensibilidade alterada é atribuída à capacidade das
células para a reparação dos danos induzidos pela radiação
no DNA, que é reforçada por hipóxia e pela presença de
cromátides irmãs e enzimas de reparo do DNA em certas fases
do ciclo celular. No entanto, a ruptura da fita dupla de DNA é
um subtipo de lesão de DNA que é difícil de reparar, mesmo na
presença destes modificadores radiobiológicos. Partículas que
possuem efetividade biológica relativa (EBR) mais elevada são
chamadas de “alta” qualidade. Pelo fato das partículas de alta
qualidade (tais como as de núcleo pesado e íons de carbono),
serem mais propensas a induzirem este tipo de dano, os efeitos
do oxigênio e ciclo celular se tornam menos importantes.
Esta capacidade da radiação com partículas pesadas de
superar estes mecanismos intrínsecos de radiorresistência é
a maior vantagem teórica sobre os fótons. Esta diferença na
radiobiologia é a principal característica dos íons de núcleos
pesados e prótons, cuja qualidade radiológica é semelhante aos
fótons38.
Nos tumores do sistema nervoso central a dose é geralmente
limitada por suas proximidades a diversas estruturas
radiossensíveis, como o quiasma óptico, tronco cerebral,
hipotálamo e medula. Portanto, consideráveis investigações
têm estudado se altas doses de radiação, a partir da terapia com
prótons, podem determinar melhores distribuições de dose que
os tratamentos baseados em fótons.
No entanto, embora a investigação sobre o papel da radiação
de partículas carregadas para os tumores do SNC esteja em
curso há mais de 50 anos, a maioria dos centros têm se centrado
em regimes convencionalmente fracionados ou modestamente
hipofracionados29. Com a construção de vários centros de terapia
com prótons nos Estados Unidos, o interesse em combinar
J Bras Neurocirurg 25 (3): 226 - 239, 2014
238
Review
vantagens dosimétricas de partículas com radiocirurgia para
o tratamento de tumores intracranianos e espinhais tem se
renovado. Estudos fase I-II investigando esta abordagem
estão em andamento. Por enquanto, revisões retrospectivas de
pacientes tratados com o Ciclotron em Harvard fornecem uma
visão preliminar sobre o papel da radiocirurgia com partículas
– especificamente radiocirurgia com prótons - para tratamento
de tumores do SNC na era contemporânea19.
7. Canteras MM. Radiocirurgia. Rev Neurociencias 2005;
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Conclusão
10. Chen JC, Apuzzo ML. Localizing the point: evolving principles
of surgical navigation. Clin Neurosurg. 2000;46:44–69.
O desenvolvimento da radiocirurgia do início do século 20
até o presente momento tem sido um dos exemplos mais
significativos de colaboração interdisciplinar na história da
medicina. A livre troca de ideias, tecnologia e inovação entre
médicos, físicos e engenheiros revolucionou o tratamento de
algumas doenças desafiadoras.
Desde que foi inventada, é evidente que a radiocirurgia tornouse um tratamento convencional para uma ampla variedade de
condições. Isto não é surpreendente. Devido a inovações em
imobilização estereotáxica, imagens e radiobiologia, a técnica
é agora extremamente precisa, não invasiva, bem tolerada e
eficaz. Não é mais considerado um tratamento experimental,
mas sim um campo em constante crescimento e avanço.
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Corresponding Author
Soraya Aurani Jorge Cecílio
Functional Neurosurgeon, Radiosurgeon
Instituto de Radiocirurgia Neurológica
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J Bras Neurocirurg 25 (3): 226 - 239, 2014