Treatment Modalities: Radiation Therapy

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Treatment Modalities:
Radiation Therapy
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Treatment Modalities: Radiation Therapy
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Professional Oncology Education
Treatment Modalities: Radiation Therapy
Time: 23:50
Prajnan Das, M.D., M.P.H.
Assistant Professor
Radiation Oncology
The University of Texas MD Anderson Cancer
Center
Hello, I am Prajnan Das, Faculty Member in the
Department of Radiation Oncology at The University
of Texas MD Anderson Cancer Center. We are
going to talk today about some of the basic
principles regarding radiation therapy.
Brazilian Portuguese Translation
Modalidades de Tratamento: Radioterapia
Transcrição do vídeo
Educação Profissional em Oncologia
Modalidades de Tratamento: Radioterapia
Duração: 23:50
Prajnan Das, M.D., M.P.H.
Professor Assistente
Radiação Oncológica
MD Anderson Cancer Center, Universidade do
Texas
Olá, sou Prajnan Das, professor no Departamento
de Radiação Oncológica do MD Anderson Cancer
Center da Universidade do Texas. Hoje falaremos
sobre alguns dos princípios básicos da radioterapia.
Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Prajnan Das, M.D., M.P.H.
Assistant Professor
Radiation Oncology
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Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Objectives
• Upon completion of this lesson, participants will
be able to:
We will talk about the biologic effects of radiation,
how radiation works. We will discuss the steps
involving radiation therapy planning, and we will talk
about some clinical applications and complications
associated with radiation therapy.
Falaremos sobre os efeitos biológicos da radiação,
como a radiação funciona. Discutiremos os passos
para o planejamento da radioterapia e falaremos
sobre algumas das implicações complicações
clínicas associadas à radioterapia.
First, how does radiation work?
Primeiro, como funciona a radioterapia?
– Understand the biologic effects of radiation
– Understand the steps involved in radiation
therapy planning
– Identify selected clinical applications and
complications associated with radiation therapy
Treatment Modalities:
Radiation Therapy
How Does Radiation Work?
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Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Types of Radiation
• Non-ionizing
– Do not produce ions in matter
• Microwaves, ultrasound, radio waves
• Ionizing
– Eject orbital electrons and produce ions
• Directly ionizing
– Charged particles (electrons, protons,
alpha particles)
There are two kinds of radiation – non-ionizing and
ionizing. Non-ionizing radiation consists of particles
that do not have enough energy to produce ions in
matter, such as microwaves, ultrasound, and radio
waves. Since these kinds of radiation do not
produce ions in matter, their biologic effects can be
limited. In contrast, ionizing radiation is able to eject
orbital electrons and produce ions. There are two
kinds of ionizing radiation. Directly ionizing, these
are charged particles, such as electrons, protons,
and alpha particles; and indirectly ionizing, and
these are uncharged particles, such as neutrons,
gamma rays, and x-rays.
Existem dois tipos de radiação: não ionizante e
ionizante. A radiação não ionizante consiste em
partículas que não têm energia suficiente para
produzir íons na matéria, como micro-ondas,
ultrassom e ondas de rádio. Como esses tipos de
radiação não produzem íons na matéria, seus
efeitos biológicos podem ser limitados. Em
comparação, a radiação ionizante pode ejetar
elétrons orbitais e produzir íons. Existem dois tipos
de radiação ionizante. Diretamente ionizante, são
partículas com carga, como elétrons, prótons e
partículas alfa; e indiretamente ionizante, são
partículas sem carga, como nêutrons, raios gama e
raios x.
Ionizing radiation leads to ionizations.
The
ionizations then go on to produce free radicals in
tissue and the free radicals cause DNA damage,
and the DNA damage leads to the biologic effects of
ionizing radiation.
A radiação ionizante origina ionizações. Por sua
vez, as ionizações produzem radicais livres no
tecido, os radicais livres causam lesões no DNA e
as lesões no DNA resultam em efeitos biológicos da
radiação ionizante.
• Indirectly ionizing
– Uncharged particles (neutrons, gamma rays,
x-rays)
Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Effects of Ionizing Radiation
Radiation
Ionizations
Free Radicals
DNA Damage
Biologic Effects
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Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Radiation and DNA
• Free radicals produce DNA strand breaks
• Single strand breaks are repaired easily
• Double strand breaks difficult to repair
– Most important lesion produced
by radiation
– Can lead to cell death, mutation
or carcinogenesis
– Affects tumor and normal tissue
Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Therapeutic Goals
How does radiation damage DNA?
The free
radicals can produce strand breaks in the DNA.
When strand breaks are produced in a single strand
of DNA, the single strand breaks can be repaired
easily. But when strand breaks are produced in
both strands, these double strand breaks can be
difficult to repair. Hence double strand breaks are
the most important lesion produced by radiation.
Double strand breaks can lead to cell death,
mutation, or carcinogenesis. And these double
strand breaks can affect both tumor and normal
tissue.
Como a radiação danifica o DNA? Os radicais livres
podem causar rupturas nas cadeias do DNA. As
rupturas que ocorrem em uma única cadeia do DNA
podem ser facilmente reparadas. Mas quando
ocorrem em ambas as cadeias, seu reparo pode ser
difícil. Por isso, as rupturas em ambas as cadeias
constituem a lesão mais importante causada pela
radiação. As rupturas na cadeia dupla podem
causar
a
morte
celular,
mutações
ou
carcinogênese. Essas rupturas na cadeia dupla
podem afetar tanto o tecido tumoral quanto o
normal.
Since radiation can affect both tumor and normal
tissue, the goal of a radiation oncologist is to
maximize damage to the tumor cells, but minimize
damage to normal tissues.
Visto que a radiação pode afetar a ambos os
tecidos, tumoral e normal, o objetivo do radiooncologista é maximizar o dano às células tumorais,
mas minimizar o dano aos tecidos normais.
• Maximize damage to tumor cells
• Minimize damage to normal tissues
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Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Radiation Dose
• Measured in terms of energy imparted by
ionizing radiation per unit mass of matter
The way we measure radiation dose is in terms of
energy imparted by ionizing radiation per unit mass
of matter. The unit of radiation is a Gray (Gy), and a
Gray is one Joule of radiation delivered per kilogram
of matter.
Another commonly used unit is a
centigray (cGy) and 1 Gy equals 100 cGy.
Medimos a dose da radiação em termos de energia
emitida pela radiação ionizante por unidade de
massa de matéria. A unidade de radiação é o gray
(Gy), e um gray é um joule de radiação emitida por
quilograma de matéria. Outra unidade comumente
utilizada é o centigray (cGy), e 1 Gy equivale a 100
cGy.
Radiation is often not given in a single dose but
given in a number of smaller doses spread over
several days. This process of dividing the radiation
dose into a number of smaller doses or fractions is
known as fractionation.
The biologic basis of
fractionation are the four “R’s”: repair of DNA
damage, repopulation of cells, reassortment into cell
cycle and reoxygenation.
And these biologic
processes affect the effect of radiation when it is
given over several fractions. For example, a lower
total dose in large fractions can have the same
biologic effect as a higher total dose given in small
fractions over a longer time period. Similarly, single
fractions of radiation can have completely different
effects compared to multiple fractions given daily.
Muitas vezes, a radiação não é administrada em
uma dose única, mas em uma série de doses
menores distribuídas ao longo de vários dias. Este
processo de dividir a dose da radiação em um
menor número de doses ou frações é conhecido
como fracionamento. O fundamento biológico do
fracionamento são os quatro “Rs”: reparo ao dano
do DNA, repopulação das células, redistribuição no
ciclo celular e reoxigenação. Esses processos
biológicos afetam o efeito da radiação quando é
administrada em várias frações. Por exemplo, uma
menor dose total em frações grandes pode ter o
mesmo efeito biológico que uma dose total maior
administrada em frações pequenas durante um
intervalo mais longo. De maneira semelhante,
frações únicas de radiação podem ter efeitos
completamente diferentes quando comparadas às
frações múltiplas administradas diariamente.
• 1 Gray (Gy) = 1 Joule/kg
• 1 Gy = 100 cGy
Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Fractionation
• Dividing dose into a number of fractions
• 4R’s: repair of DNA damage, repopulation of
cells, reassortment in the cell cycle, reoxygenation
• A lower total dose in large fractions can have
the same biologic effect as a higher total dose
in small fractions
• Single vs. multiple fractions/day can have
different effects
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Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Factors Affecting Biologic Effects
of Radiation
• Type of radiation
– Depends on the density of ionizations
produced by radiation
• Dose rate
• Type of tissue
– Early responding vs. late responding tissues
• Oxygenation
• Radiosensitization
– Chemotherapy (5-FU, cisplatin) and
biologics (cetuximab)
• Overall treatment time
There are a number of factors that can affect the
biologic effects of radiation. The type of radiation is
important, and this can depend on the density of
ionizations produced by that kind of radiation. The
dose rate of radiation is important, whether you are
giving radiation at a slower rate or at a faster rate.
The type of tissue is important. In general, you can
divide tissues into early responding tissues and late
responding tissues.
Early responding tissues
typically include rapidly proliferating cells, such as
skin and gastrointestinal mucosa. And these tend to
be more sensitive to radiation and also exhibit
damage from radiation early in the time course.
Late responding tissues typically include cells that
do not proliferate at a fast rate, such as neurons or
renal cells. And these tend to be more resistant to
radiation and exhibit damage from radiation at a
later point in time. As we discussed earlier, for DNA
damage to take place from radiation, you need free
radicals, and free radical production requires
oxygen. Hence, the level of oxygenation in a tissue
can affect the role of radiation. And hypoxic cells
tend to be less sensitive to radiation. A number of
agents can be used for radiosensitization, such as
chemotherapeutic agents, 5-FU, cisplatin, and
biologic agents such as cetuximab. And these have
been shown to enhance the effects of radiation in
randomized trials. The overall treatment time is also
important. Hence, if gaps are introduced in the
middle of a patient’s radiation therapy course, the
therapeutic effects of radiation may be diminished.
Existem vários fatores que podem afetar os efeitos
biológicos da radiação. O tipo de radiação é
importante e isto pode depender da densidade da
ionização produzida por aquele tipo de radiação. A
taxa da dose de radiação é importante, seja ela
administrada a uma taxa mais lenta ou mais rápida.
O tipo de tecido é importante. Em geral, os tecidos
podem ser subdivididos em tecidos que respondem
precocemente e os que respondem tardiamente. Os
tecidos
que
respondem
precocemente
compreendem aqueles com células de rápida
proliferação, como as da pele e da mucosa
gastrointestinal. Esses tendem a ser mais sensíveis
à radiação e também exibem danos de radiação no
início. Normalmente, os tecidos que respondem
tardiamente compreendem aqueles com células
que não se proliferam a uma taxa rápida, como os
neurônios ou células renais. Esses tendem a ser
mais resistentes à radiação e exibem danos de
radiação mais tarde. Como havíamos discutido
antes, para que ocorra dano do DNA pela radiação,
deve haver radicais livres e para a produção de
radicais livres, é necessário oxigênio. Por
conseguinte, o nível de oxigenação de um tecido
pode afetar o papel da radiação. E as células
hipóxicas tendem a ser menos sensíveis à
radiação. Diversos agentes podem ser utilizados
para radiossensibilidade, como os agentes
quimioterapêuticos, 5-FU, cisplatina e agentes
biológicos, como o cetuximabe. Foi demonstrado
em estudos randomizados que esses agentes
melhoram o efeito da radiação. O tempo global do
tratamento também é importante. Por isso, se
houver lapsos no decurso da radioterapia de um
paciente, os efeitos terapêuticos da radiação
poderão ser menores.
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Treatment Modalities:
Radiation Therapy
So far, we have been talking about how radiation
works. Next, we are going to be talking about how
radiation is given.
Até agora estivemos falando sobre como funciona a
radiação. A seguir, falaremos sobre como a
radiação é administrada.
The first step in the radiation planning process is
simulation. For radiation simulation, the patient has
to be positioned. We have to decide whether to
position the patient prone or supine, what position
the arms or legs have to be in. And the patient then
gets immobilized
with
devices, such as
thermoplastic masks for the head and neck, cradles
for the body, and these allow us to place the patient
in the same position every day in a reliable and
reproducible manner.
Once the patient is
positioned, the patient gets imaged. In the past,
fluoroscopy was used, but this has largely been
replaced by CT scans now. The photo here shows
an example of a CT scan used for radiation
simulation. A number of newer techniques have
been introduced in the simulation process. Image
fusion can be used to fuse head images and MR
images with CT images so that the target can be
delineated more accurately. 4-D CT images can be
used to track motion of a tumor and normal
structures over time while the patient breathes. And
O primeiro passo no processo de planejamento da
radiação é a simulação. Na simulação da radiação,
o paciente tem que ser posicionado. Decidimos se a
posição do paciente deve ser prona ou supina, a
posição dos braços e das pernas. E o paciente é
imobilizado por meio de dispositivos, como
máscaras termoplásticas para a cabeça e pescoço,
suportes para o corpo, que permitem manter o
paciente na mesma posição todos os dias de
maneira confiável e reproduzível. Após posicionado,
o paciente recebe um exame imagiológico. No
passado, usava-se a fluoroscopia, mas, hoje, foi
substituída em grande parte por tomografias
computadorizadas. Esta foto ilustra um exemplo de
uma tomografia computadorizada utilizada na
simulação de radiação. Diversas técnicas mais
modernas foram introduzidas no processo de
simulação. A fusão de imagens pode ser utilizada
para unir imagens da cabeça e imagens de RM e
imagens de TC para que o alvo possa ser delineado
com maior precisão. Imagens 4-D de tomografia
How is Radiation Given?
Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Simulation
• Position patient
– Immobilization with masks,
body cradles
• Image patient
– Fluoroscopy → CT scan
– Newer techniques: image
fusion, 4-D CT
• Reference marks
– Ink marks, tattoos
7
this can be important for organs such as the lungs
and the liver which move when a patient breathes.
Once a patient is positioned and imaged, reference
marks are placed on the patient using ink marks or
tattoos, and the patient can be lined up to these
every day for treatment.
Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Treatment Planning
• Contour radiation targets, other organs
• Design beam arrangement
– Number, size, orientation
• Design blocks to protect normal structures
– Cerrobend, multi-leaf collimators (MLC)
The next step in the radiation planning process is
treatment planning. This involves the radiation
oncologist going through the CT images slice by
slice and outlining the radiation targets and other
organs on every slice. This process is called
contouring. Once the targets are delineated through
the contouring process, we have to design the beam
arrangement. We have to decide how many beams
we will use, what size the beams are going to be,
and what their orientation or angles are going to be.
Then each beam can be shaped using blocks so
that the target is treated, but normal structures are
protected.
Blocks can be made with a lead®
containing material called Cerrobend . Nowadays,
fields are typically blocked using multi-leaf
collimators which are thick leaves in the head of a
radiation treatment machine that can move in and
out of the field, thus shaping the field.
computadorizadas podem ser utilizadas para
acompanhar o movimento de tumores e as
estruturas normais ao longo do tempo enquanto o
paciente respira. Isso pode ser importante para
órgãos, como pulmões e fígado, que se mexem
quando o paciente respira. Depois de posicionar o
paciente e tirar as imagens, marcam-se pontos de
referência ou tatuagens no paciente, que pode ser
alinhado com relação a essas marcas para o
tratamento todos os dias.
O seguinte passo no processo de planejamento da
radiação é o planejamento terapêutico. Nele, o
radio-oncologista analisar as imagens de TC fatia
por fatia e delinear os alvos de radiação e outros
órgãos em cada fatia. Esse processo chama-se
contorno. Depois de os alvos serem delineados
pelo processo de contorno, temos que traçar o
arranjo dos feixes de radiação. Temos que decidir
quantos feixes de radiação serão usados, qual será
seu tamanho e sua orientação ou seus ângulos.
Depois, utilizando blocos, cada feixe de radiação é
conformado para tratar o alvo, mas protegendo as
estruturas normais. Os blocos podem ser feitos com
®
Cerrobend , um produto que contém chumbo. Hoje
em dia, os campos são normalmente bloqueados
utilizando colimadores de múltiplas lâminas, que
são lâminas grossas localizadas no cabeçote do
aparelho de radioterapia que podem entrar e sair do
campo, conformando-o.
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Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Treatment Machines
• Cobalt-60
• Linear accelerators
– Photons
– Electrons
Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Case Study
• 66 year old man, resectable pancreatic cancer
• Plan: Pre-op chemo-RT → Surgery
• CT simulation
– Supine, arms up, body cradle
• Contouring
– Tumor, LN, kidneys, liver, spinal cord
• 4-field technique
Once a patient goes through simulation and
treatment planning, we are now ready to treat the
patient. A variety of treatment machines can be
used. In the past, radiation was most commonly
delivered using Cobalt-60, which is an isotope that
generates radiation. Cobalt-60 is still widely used in
developing countries.
In the developed world,
Cobalt-60 is commonly used in gamma ray
machines for stereotactic treatments. However, the
most common method of delivering external beam
radiation therapy is by using linear accelerators.
The photo here shows an example of a linear
accelerator used to deliver radiation therapy. Linear
accelerators can generate two different kinds of
radiation, photons and electrons, and these have
different clinical applications.
Next, we will go through a case study that illustrates
the steps of radiation planning that we have been
talking about. The patient here is a 66-year-old man
who had resectable pancreatic cancer.
After
multidisciplinary discussion, we recommended preoperative chemoradiation followed by surgery. We
used a CT-based simulation technique. The patient
was placed in a supine position with his arms up. A
body cradle was used for immobilization, and then
CT images of the abdomen were obtained. We then
went through the CT images slice-by-slice and
outlined the tumor, surrounding lymph nodes
regions, and normal structures, such as the kidneys,
liver and spinal cord. We decided to treat this
patient with a 4-field technique: anterior, posterior,
and two lateral fields.
Depois de haver passado pela simulação e pelo
planejamento terapêutico, o paciente poderá
receber o tratamento. Podem ser utilizados diversos
aparelhos para o tratamento. Antes, a radiação
mais comum era a do cobalto-60, que é um isótopo
que gera radiação. O cobalto-60 ainda é muito
utilizado em países em desenvolvimento. Nos
países desenvolvidos, o cobalto-60 é comumente
utilizado nos aparelhos de raios gama para
tratamentos estereostáticos. No entanto, o método
mais comum de administração de radioterapia com
feixe externo utiliza aceleradores lineares. Esta foto
ilustra um exemplo de um acelerador linear utilizado
para administrar a radioterapia. Os aceleradores
lineares podem gerar dois tipos de radiação
diferentes: fótons e elétrons, e estes têm diferentes
aplicações clínicas.
A seguir, analisaremos um estudo de caso que
ilustra os passos no planejamento da radiação do
qual temos falado. O paciente é um homem de 66
anos de idade que apresenta câncer pancreático
ressecável.
Após
discussão
multidisciplinar,
recomendamos
quimiorradiação
pré-cirúrgica
seguida de cirurgia. Utilizamos uma técnica de
simulação com TC. O paciente foi colocado em
posição supina com os braços para cima. Foi
utilizada uma mesa de tratamento tipo berço para
imobilizar o corpo e foram tiradas imagens por TC
do abdome. Depois, examinamos as imagens
seccionadas da TC e delineamos o tumor, as
regiões circundantes com linfonodos e estruturas
normais, como rins, fígado e medula espinhal.
Decidimos tratar o paciente com a técnica de 4
campos: anterior, posterior e dois laterais.
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Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Fields
AP
Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Isodose Plan
The figure on the left shows the anterior field and
the figure on the right shows the lateral field used to
treat this patient. The large red structure in the
middle of the field shows the pancreatic tumor. The
other colored structures show other lymph node
regions that were included in the target. The red
and blue boxes show the actual radiation fields, and
the white stripes show the multi-leaf collimators that
were used to block parts of the field and shape the
field.
A figura à esquerda mostra o campo anterior e a
figura à direita mostra o campo lateral utilizado para
tratar este paciente. A estrutura vermelha, grande,
no meio do campo mostra o tumor pancreático. As
outras estruturas em cores mostram outras regiões
de linfonodos que foram incluídas no alvo. Os
quadros vermelhos e azuis mostram os campos
reais de radiação, e as listras brancas mostram os
colimadores de múltiplas lâminas que foram
utilizados para bloquear partes do campo e
conformar o campo.
Once the fields are designed, we can evaluate the
radiation plan using isodose curves. We obtain
isodose curves for each slice of the CT scan and
want representative slices shown here.
Each
isodose line represents a particular dose of radiation
therapy. In this case, the prescription dose was
5040 cGy as shown by the white line. As you can
see, the tumor is being adequately covered by the
white line. In contrast, normal structures, such as
the bowel, liver, and kidneys, are getting much
lower doses of radiation.
Uma vez traçados os campos, podemos avaliar o
plano de radiação utilizando curvas de isodoses.
Obtemos curvas de isodoses para cada fatia da TC
e queremos fatias representativas mostradas aqui.
Cada linha de isodose representa uma dose
específica de radioterapia. Nesse caso, a dose
prescrita foi de 5040 cGy, como mostrado pela linha
branca. Como podem ver, o tumor é coberto
adequadamente pela linha branca. Pelo contrário,
estruturas normais, como intestinos, fígado e rins,
recebem doses muito mais baixas de radiação.
LAT
10
Treatment Modalities:
Radiation Therapy
DVH
Treatment Modalities:
Radiation Therapy
IMRT
• Intensity modulated radiation therapy
• Computer aided optimization
• Multiple beams, multi-leaf collimation
• Highly conformal RT to targets
• Minimizes dose to normal tissues
• Dose painting of targets
You can quantify doses received by the target and
normal structures using a DVH or Dose Volume
Histogram. In this figure, the x-axis shows the
radiation dose, and the y-axis shows the proportion
of each organ that is receiving that dose. As you
can see from the green line on the top, the tumor
and the targeted lymph nodes, 100% of those are
getting the prescribed dose of 5040 cGy. The dose
to the spinal cord is shown in red. The maximum
dose the spinal cord can tolerate is 45 Gy. As you
can see, no part of the spinal cord is getting more
than 30 Gy. The orange line shows dose to the
liver. The tolerance dose for the liver is 30 Gy. As
you can see, less than 10% of the liver is getting
more than 30 Gy. Similarly, the kidneys are also
within the acceptable tolerance limits.
Radiation therapy can also be delivered using IMRT
which stands for Intensity Modulated Radiation
Therapy. IMRT uses computers to optimize the
radiation plan. Multiple beams are used, and these
beams are shaped with multi-leaf collimation in
complex patterns. This allows us to deliver highly
conformal radiation therapy to the target, but
minimize dose to surrounding normal tissues. IMRT
also allows dose painting so that different areas of a
target can be treated with different prescribed
doses.
Vocês podem quantificar as doses recebidas pelas
estruturas alvo e normais utilizando o HDV ou
Histograma Dose-Volume. Nesta figura, o eixo x
mostra a dose de irradiação, e o eixo y mostra a
proporção de cada órgão que recebe a dose. Como
podem ver pela linha verde acima, o tumor e os
linfonodos alvo, 100% deles recebem a dose
prescrita de 5040 cGy. A máxima dose para a
medula espinhal está em vermelho. A máxima dose
que a medula espinhal pode tolerar é 45 Gy. Como
podem ver, nenhuma parte da medula espinhal
recebe mais de 30 Gy. A linha cor laranja mostra a
dose para o fígado. A dose de tolerância para o
fígado é 30 Gy. Como podem ver, menos de 10%
do fígado recebe mais de 30 Gy. De maneira
semelhante, os rins também estão dentro de limites
de tolerância aceitáveis.
A radioterapia também pode ser administrada
utilizando IMRT, que significa radioterapia de
intensidade modulada. A IMRT utiliza computadores
para otimizar o plano de radiação. São utilizados
múltiplos feixes, que são conformados com
colimação de múltiplas lâminas em padrões
complexos.
Isso
permite
administrar
uma
radioterapia altamente conformacional ao alvo, mas
minimizar a dose aos tecidos normais circundantes.
A IMRT também permite pintar a dose, de forma
que diferentes áreas de um alvo podem ser tratadas
com doses prescritas diferentes.
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Treatment Modalities:
Radiation Therapy
IMRT Beams
Treatment Modalities:
Radiation Therapy
IMRT for Anal Cancer
As I mentioned, IMRT uses multiple beams shaped
in complex manners as shown by these
radiographs.
Como mencionei, a IMRT utiliza múltiplos feixes
conformados de maneira complexa, conforme
mostram estas fotografias.
This is an example of a patient treated with IMRT for
squamous cell anal cancer. The red structure
represents the primary tumor which is being treated
to a dose of 54 Gy as shown by the red line. An
involved lymph node is shown by the blue structure
which is being treated with a dose of 50 Gy as
shown by the blue line. Other lymph node regions
shown by the green --- shown in green are being
treated with a dose of 45 Gy as shown by the green
line. Note that the radiation dose lines are bending
away from critical structures, such as the bowel,
genitalia, and femoral heads. Thus, IMRT allows us
to treat the target but spare normal tissues in a
manner that cannot be always achieved using
conventional treatment plans.
Este é um exemplo de um paciente tratado com
IMRT para câncer anal de células escamosas. A
estrutura vermelha representa o tumor primário que
está sendo tratado com uma dose de 54 Gy, como
mostrado pela linha vermelha. Um linfonodo
implicado é mostrado pela estrutura azul que está
sendo tratado com uma dose de 50 Gy, como
mostrado pela linha azul. Outras regiões de
linfonodos mostradas em verde são tratadas com
uma dose de 45 Gy, como mostrado pela linha
verde. Observem que as linhas das doses de
irradiação se curvam, afastando-se de estruturas
importantes, como intestinos, genitália e cabeças
femorais. Por conseguinte, a IMRT permite tratar o
alvo, mas preserva os tecidos normais de uma
maneira que nem sempre é possível quando se
utilizam planos de tratamentos convencionais.
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Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Proton Therapy
• Special physical properties
• Deposit dose within a short
distance (Bragg peak)
• Minimal dose beyond
Bragg peak
Another exciting innovation in the field of radiation
therapy is proton therapy. Protons are charged
particles with special physical properties that are
different from that of photons, which is what we
typically use in using our linear accelerators. In the
figure, the x-axis shows the depth from the surface
into the body of a patient, and the y-axis shows
relative radiation dose. The green line shows dose
distribution from a 15 megavoltage photon beam.
As you can see, near the skin surface there is some
sparing, but then the dose peaks and then falls
gradually. So if you needed to treat a tumor, say at
a depth of 20 cm, regions that are right behind it and
right ahead of it would get similar doses of radiation.
In contrast, a proton beam behaves very differently
as shown by the red line. As you can see, there is a
certain entrance dose, but then the dose rises up
very rapidly and dose gets deposited within a short
distance known as the Bragg peak. Beyond the
Bragg peak, the dose falls off abruptly and there is
minimal dose beyond the Bragg peak. This allows
us to treat an organ while delivering minimal dose to
surrounding normal structures.
Outra inovação muito boa no campo da radioterapia
é a terapia com prótons. Os prótons são partículas
com carga elétrica e propriedades físicas especiais,
diferentes das dos fótons, que são os que
normalmente utilizamos nos aceleradores lineares.
Na figura, o eixo x mostra a profundidade da
superfície do corpo de um paciente, e o eixo y
mostra a dose relativa de irradiação. A linha verde
mostra a distribuição das doses de um feixe de
fótons de 15 MV. Como podem ver, há certa
preservação próximo à superfície da pele, mas,
depois, a dose aumenta e cai gradualmente. Se
precisarmos tratar um tumor a uma profundidade de
uns 20 cm, as regiões situadas justamente atrás e à
frente dele receberiam doses de radiação similares.
Em comparação, o comportamento do feixe de
prótons é muito diferente, como mostrado pela linha
vermelha. Como podem ver, há uma certa dose de
entrada, mas, depois, a dose aumenta muito
rapidamente e fica depositada a uma curta
distância, conhecida como pico de Bragg. Além do
pico de Bragg, a dose cai abruptamente e há uma
dose mínima além do pico de Bragg. Isso permite
que um órgão seja tratado, mas que as estruturas
normais circundantes recebam doses mínimas.
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Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Brachytherapy
• Brachy: Short distance
• Radioactive material
placed within the body
• Dose decreases rapidly
with distance from the
radioactive material
Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Most of the examples of radiation that we have
talked about so far involve teletherapy or external
beam radiation therapy. Another way of delivering
radiation therapy is brachytherapy. Brachy means
short distance. In brachytherapy, the radioactive
material, radioisotopes, are placed within the body,
either within a body cavity or within the tissues. The
radiation dose decreases rapidly with distance from
the radioactive material, and this allows us to treat
the tumor to a high dose, but spare surrounding
normal structures. The radiograph here shows an
example of a prostate cancer patient treated with
brachytherapy. The little gray specks within the
prostate show individual radiation seeds that were
placed into the prostate to treat this patient.
A maioria dos exemplos de radiação dos quais
temos falado até agora implicam teleterapia, ou
seja, radioterapia com feixes externos. Outra forma
de administrar a radioterapia é por braquiterapia.
Braqui significa distância curta. Na braquiterapia, o
material radioativo, os radioisótopos, é colocado
dentro do corpo, seja em cavidades ou em tecidos.
A dose da irradiação diminui rapidamente com a
distância do material radioativo, permitindo tratar o
tumor com uma dose elevada, mas preservando as
estruturas normais circundantes. Esta radiografia
mostra um exemplo de um paciente com câncer de
próstata tratado com braquiterapia. As pequenas
manchas cinza na próstata mostram sementes
individuais de radiação que foram colocadas na
próstata para tratar o paciente.
In the last section, we are going to discuss some
clinical issues pertinent to radiation therapy.
Na última seção, discutiremos alguns assuntos
clínicos pertinentes à radioterapia.
Clinical Issues
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Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Roles of Radiation Therapy
• Primary treatment/definitive
– Prostate, lung, head and neck, cervix, anal canal
• Post-operative
– Breast, stomach
• Pre-operative
– Rectum, esophagus
• Consolidative after chemo
– Lymphoma
• Palliative
Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Indications for Urgent RT
• Spinal cord compression
• Brain metastasis with symptoms
• Superior Vena Cava (SVC) syndrome with progression
• Uncontrolled bleeding
Radiation therapy can have a variety of roles in the
care of a cancer patient. Radiation therapy can be
used for primary treatment in the definitive setting,
such as for prostate cancer, lung cancer, head and
neck cancer, cervical cancer, and anal canal
cancer. And for many of these cancers, radiation is
given concurrently with chemotherapy. Radiation
therapy can be used for post-operative treatment for
breast cancer and stomach cancer, for preoperative treatment of rectal and esophageal
cancer. Radiation therapy is used for consolidation
after chemotherapy for many lymphomas. And
radiation can also be used for palliation of
symptoms.
A radioterapia pode cumprir diversas funções no
cuidado do paciente com câncer. A radioterapia
pode ser utilizada como tratamento primário no
âmbito definitivo, como em cânceres de próstata,
pulmão, cabeça e pescoço, cervical e do canal anal.
E para muitos desses cânceres, a radiação e a
quimioterapia
são
administradas
concomitantemente. A radioterapia pode ser
utilizada no tratamento pós-operatório do câncer de
mama e de estômago, e no tratamento préoperatório do câncer de reto e de esôfago. A
radioterapia é utilizada para consolidação após
quimioterapia em muitos linfomas. E a radiação
também pode ser utilizada como paliativo dos
sintomas.
It is important to keep in mind that there are certain
indications for urgent radiation therapy, and these
patients need to be referred to a radiation oncologist
on an emergent basis. Examples include spinal
cord compression, brain metastasis with symptoms,
SVC syndrome with progressive symptoms,
uncontrolled bleeding, or peripheral nerve
involvement with symptoms.
É importante ter em mente que há certas indicações
para radioterapia de urgência, e esses pacientes
precisam ser encaminhados ao radio-oncologista
com urgência. Dentre os exemplos citamos a
compressão da medula espinhal, metástase
cerebral com sintomas, síndrome da veia cava
superior com sintomas progressivos, hemorragia
incontrolada ou comprometimento dos nervos
periféricos com sintomas.
• Peripheral nerves with symptoms
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Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Complications from RT
• Complications mainly occur locally, in organs
that are in the RT field
Radiation can cause a variety of complications or
side effects. These complications mainly occur
locally in organs that are in the radiation field.
Some complications can occur during treatment or
within days or weeks while some complications can
be long term and can appear after months or years.
A radiação pode causar várias complicações ou
efeitos colaterais. Essas complicações ocorrem
sobretudo localmente nos órgãos que se encontram
no campo de irradiação. Algumas complicações
podem ocorrer durante o tratamento ou após alguns
dias ou semanas, enquanto que outras podem ser
de longa duração e aparecer somente depois de
meses ou anos.
Examples of complications include fatigue, skin
toxicity such as erythema and desquamation.
Radiation to the brain can lead to somnolence or
cognitive loss. That to the head and neck area
could potentially lead to mucositis and xerostomia.
Radiation to the lung can cause pneumonitis; to the
upper GI can lead to nausea and esophagitis; and
to the lower GI can lead to diarrhea and proctitis.
Radiation therapy to the genitourinary system can
cause cystitis, urethritis or sexual dysfunction.
Radiation can also cause myelosuppression. Two
of the most important long-term side effects of
radiation include cardiovascular toxicity and second
malignancies.
Exemplos de complicações são, entre outros:
fadiga, toxicidade cutânea, como eritema e
descamação. A radiação do cérebro pode causar
sonolência ou perda da cognição. Daí à área da
cabeça e do pescoço poderia resultar em mucosite
e xerostomia. A radiação do pulmão pode causar
pneumonite, a do trato gastrointestinal superior
pode causar náuseas e esofagite e a do trato
gastrointestinal inferior pode causar diarreia e
proctite. A radioterapia do sistema geniturinário
pode causar cistite, uretrite ou disfunção sexual. A
radiação também pode causar mielossupressão.
Dois dos efeitos colaterais de longo prazo mais
importantes da radiação são a toxicidade
cardiovascular e neoplasias malignas secundárias.
• Some complications occur during treatment or
within days or weeks
• Some complications appear after months or years
Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Examples of Complications
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Fatigue
Skin: erythema, desquamation
CNS: somnolence, cognitive loss
Head and Neck: mucositis, xerostomia
Lung: pneumonitis
Upper GI: nausea, esophagitis
Lower GI: diarrhea, proctitis
GU: cystitis, urethritis
Hem: myelosuppression
Cardiovascular toxicity
Second malignancies
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Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Role of the Radiation Oncologist
• Evaluates whether patient is appropriate for RT
– Integral part of multidisciplinary team
• Plans and delivers radiation therapy
– Aided by physicists, dosimetrists, therapists
• Treats symptoms and side-effects
• Monitors for relapses and long-term toxicity
• Specialized procedures
– Brachytherapy, Intraoperative radiotherapy
Treatment Modalities:
Radiation Therapy
Conclusions
• Radiation is an important treatment modality for
the management of cancer
• Treatment planning includes simulation, contouring
targets and designing beam arrangements
• Specialized radiation techniques include
intensity modulated radiation therapy, proton
therapy and brachytherapy
What is the role of a radiation oncologist? A
radiation oncologist evaluates whether a particular
patient is appropriate for radiation. And in doing so,
the radiation oncologist functions as an integral part
of the multidisciplinary oncology team. Next, the
radiation oncologist plans and delivers radiation
therapy. This is a team effort and the radiation
oncologist is aided by physicists, dosimetrists, and
radiation therapists. Radiation oncologists help
treat symptoms and side effects of radiation and
also monitors these patients in the long term for
relapses and long-term toxicity.
Finally, the
radiation
oncologist
performs
specialized
procedures,
such
as
brachytherapy
and
intraoperative radiation therapy.
Qual o papel do radio-oncologista? O radiooncologista avalia o paciente para saber se pode
receber radiação. Com isso, o radio-oncologista
atua
como
parte
integrante
da
equipe
multidisciplinar de oncologia. A seguir, o radiooncologista planeja e administra a radioterapia.
Esse é um trabalho de grupo e o radio-oncologista
conta com o apoio de médicos, dosimetristas e
radioterapeutas. Os radio-oncologistas auxiliam no
tratamento de sintomas e efeitos colaterais da
radiação, bem como monitoram os pacientes
quanto a recaídas e toxicidades em longo prazo.
Finalmente,
o
radio-oncologista
executa
procedimentos especializados, como braquiterapia
e radioterapia intraoperatória.
In conclusion, we have discussed today that
radiation has an --- is an important treatment
modality for the management of cancer.
The
treatment planning process includes simulation,
contouring
targets,
and
designing
beam
arrangements. Specialized radiation techniques
include Intensity Modulated Radiation Therapy,
Proton Therapy, and Brachytherapy. We have also
discussed some clinical issues relevant to radiation
therapy. Thank you for your attention.
Em conclusão, hoje discutimos que a radiação é
uma modalidade de tratamento importante para o
manejo do câncer. O processo do planejamento
terapêutico inclui simulação, contornos dos alvos e
traçado dos arranjos dos feixes. As técnicas
especializadas de radiação são a radioterapia de
intensidade modulada, a terapia com prótons e a
braquiterapia. Além disso, discutimos alguns
assuntos clínicos relevantes à radioterapia.
Obrigado pela atenção.
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