Piotr Szaflik - Doktoris

Piotr Szaflik
Uniwersytet Śląski
[email protected]
Optymalizacja parametrów działania układu do śródoperacyjnej radioterapii nowotworów
Choroby nowotworowe to zaraz po schorzeniach serca i układu krążenia najczęstsza przyczyna
zgonów z przyczyn nienaturalnych. Nie dziwi więc, że jednym z priorytetów współczesnej
medycyny jest znalezienie skutecznego sposobu zwalczania nowotworów. Jedną z możliwości
stosowanych najczęściej jest radioterapia, której najnowszym „dzieckiem” jest układ do radioterapii
śródoperacyjnej czyli tzw. igła fotonowa. Jest to układ wykorzystywany jako wsparcie radioterapii
klasycznej (z wykorzystaniem akceleratorów liniowych), jednak coraz częściej myśli się o jego
zastosowaniu w leczeniu podstawowym, zwłaszcza jeśli chodzi o nowotwory piersi oraz
nowotwory mózgu. Idea wykorzystania tego urządzenia polega na wprowadzeniu do wnętrza ciała
pacjenta cienkiej, długiej sondy zakończonej nakładką, która od wewnątrz wyłożona jest cienką
warstwą złota. Tworzy ona tzw. tarczę konwersji. Końcówkę sondy umieszcza się w obszarze
nowotworu lub też w obszarze loży po nim. Następnie działo elektronowe wystrzeliwuje wiązkę
elektronów o energii ok. 50keV, które uderzając we wspomnianą tarczę ulegają konwersji na fotony
promieniowania X. Fotony te następnie wydostają się z wnętrza urządzenia do ciała pacjenta
i powodują naświetlenie nowotworu lub loży po nim. Celem tego zabiegu jest zniszczenie
nowotworu i/lub tzw. mikrorozsiewów pozostałych po jego wycięciu. W niektórych przypadkach
stosowane są również różnego rodzaju nakładki, tzw. aplikatory, mające na celu modyfikację
rozkładu dawki wokół urządzenia.
Podejmowane na Zakładzie Fizyki Jądrowej i Jej Zastosowań Uniwersytetu Śląskiego prowadzone
wspólnie z Centrum Onkologii im Marii Skłodowskiej-Curie w Gliwicach oraz z Narodowym
Centrum Badań Jądrowych w Świerku badania mają na celu stworzenie komputerowego modelu
opisanego powyżej urządzenia wraz ze wszelkimi dodatkowymi akcesoriami. Podstawowym
założeniem jest jak najdokładniejsze odzwierciedlenie budowy i warunków działania tego układu.
Stworzenie takiego modelu umożliwi przetestowanie wielu wariantów konstrukcyjnych igły oraz
znalezienie takich wartości parametrów działania układu, dla których układ działać będzie
optymalnie.
Technika igły fotonowej, mimo niemal 20 lat obecności na rynkach światowych, wciąż boryka się
z wieloma trudnościami. Podstawowymi problemami, w których rozwiązaniu ma pomóc
konstruowany wirtualny model, są ujednolicenie kątowego rozkładu dawki wokół urządzenia oraz
znalezienie optymalnych parametrów działania układu. Dodatkowym zadaniem jest rozbudowanie
lub zmiana metod dozymetrycznych stosowanych w klasycznej radioterapii tak aby poprawnie
opisywały one również leczenie z wykorzystaniem igły fotonowej. Planowane jest też
udoskonalenie procedur zapewniających bezpieczeństwo radiologiczne zarówno pacjenta jak też
personelu obsługującego urządzenie. Podejmowane prace badawcze mają na celu rozwiązanie
powyższych problemów przy wykorzystaniu komputerowego modelu igły fotonowej stworzonego
w ramach pracy doktorskiej. Model ten oparty jest na pakiecie bibliotek GEANT4 napisanych
w języku C++ i pozwalających na symulowanie nie tylko pełnej geometrii badanego układu, ale
również wszelkich zjawisk fizycznych występujących w czasie jego pracy, a w szczególności
oddziaływania elektronów i promieniowania jonizującego z materią. Tworzony model daje wręcz
nieograniczone możliwości testowania rozmaitych konfiguracji układu, co bez wątpienia pozwoli
znaleźć najlepszą z nich.
Igłą fotonową dysponuje już Centrum Onkologii im. Marii Skłodowskiej Curie w Gliwicach,
a coraz więcej ośrodków zainteresowanych jest jego kupnem. Wydaje się zatem oczywiste, że
opracowanie
wygodnych
w
użyciu,
wiarygodnych,
bezpiecznych
i
szybkich
metod
dozymetrycznych jest konieczne. Stworzenie nowych lub modyfikacja już istniejących protokołów
dozymetrycznych z pewnością przyniesie wymierne korzyści chociażby poprzez usprawnienie
procedur dozymetrycznych związanych z igłą fotonową oraz zapewnienie większej ochrony
radiologicznej pacjenta. Dodatkowo możliwość projektowania własnych akcesoriów, takich jak
aplikatory różnego typu, montowanych na konstrukcjach zagranicznych dostawców, będzie
niezwykle łatwe i efektywne. Niestandardowe akcesoria z całą pewnością będą mieć znaczący
wpływ na poprawę jakości leczenia pacjentów, co przekłada się bezpośrednio na zmniejszenie
kosztów leczenia. Co więcej, możliwe stanie się skonstruowanie na podstawie opracowanego
modelu własnego urządzenia przez jeden z wielu ośrodków naukowych na terenie województwa
Śląskiego. Warto również zaznaczyć, iż w Polsce nie ma żadnej grupy, która zajmowałaby się
problemem badawczym dotyczącym projektowania igły fotonowej w oparciu o obliczenia Monte
Carlo. Jak do tej pory na terenie naszego kraju nie został stworzony żaden komputerowy model igły
fotonowej, który mógłby zostać wykorzystany do opisanych powyżej zadań i dający tak wielkie
możliwości. Tworzony w ramach pracy doktorskiej model jest zatem całkowicie nowatorskim
pomysłem. Wyniki pracy z pewnością okażą się również niezwykle korzystne dla gospodarki
Województwa Śląskiego ponieważ tworzony model posłużyć może jako wzór do skonstruowania
własnego urządzenia pozbawionego wad, z którym borykają się urządzenia zagranicznych
producentów. Możliwe będzie też opatentowanie uzyskanych w czasie prac nad wirtualnym
modelem rozwiązań co z pewnością przyniesie wiele korzyści gospodarce regionu. Należy bowiem
pamiętać, że to właśnie na Śląsku znajduje się najnowocześniejsze, najlepiej rozwinięte centrum
onkologiczne w kraju, a nawet w tej części Europy. Wsparcie jakie może ono uzyskać w wyniku
skonstruowania wirtualnego modelu igły fotonowej jest przeogromne.