RadiÄcijas terapijas fizika kÄ medicÄ«nas fizikas apakÅ”nozare apskata dažÄda veida jonizÄjoÅ”Ä starojuma (rentgenstarojums, elektroni, pozitÄ«vi lÄdÄti joni) terapeitisko pielietojumu onkoloÄ£isku slimÄ«bu ÄrstÄÅ”anai. Å Ä« nozare ietver dažÄdus aspektus par jonizÄjoÅ”Ä starojuma fizikÄlÄs mijiedarbÄ«bas mehÄnismiem ar matÄriju un bioloÄ£iskÄm sistÄmÄm, starojuma piegÄdes ierÄ«Äu un metožu izstrÄdi, starojuma dozimetrijas un radiÄcijas terapijas kvalitÄtes nodroÅ”inÄÅ”anas metožu izstrÄdi. RadiÄcijas terapijas fizika ietver arÄ« medicÄ«nisko attÄlveidoÅ”anu, lai kvantitatÄ«vi aprakstÄ«tu jonizÄjoÅ”Ä starojuma mijiedarbÄ«bu pacienta anatomijÄ. RadiÄcijas terapijas fizika nodroÅ”ina radiÄcijas terapijas klÄ«nisko procesu ā terapijas plÄnoÅ”anu, kvalitÄtes kontroli un dozimetriju, kÄ arÄ« radiÄcijas droŔību.
radiÄcijas terapijas fizika
Saistītie Ŕķirkļi
Nozares un apakŔnozares
Satura rÄdÄ«tÄjs
Lai raksturotu jonizÄjoÅ”Ä starojuma mijiedarbÄ«bu ar bioloÄ£iskÄm sistÄmÄm, radiÄcijas terapijas fizika saskaras ar tÄdÄm nozarÄm kÄ biofizika, radiobioloÄ£ija, radiÄcijas Ä·Ä«mija, anatomija un fizioloÄ£ija. SavukÄrt radiÄcijas terapijas tehnoloÄ£iskÄ nodroÅ”inÄjuma ziÅÄ radiÄcijas terapijas fizika ir cieÅ”i saistÄ«ta ar tÄdÄm nozarÄm kÄ jonizÄjoÅ”Ä starojuma dozimetrija, metroloÄ£ija, paÄtrinÄtÄju fizika un medicÄ«niskÄ attÄlveidoÅ”ana. TÄ kÄ nozare ir cieÅ”i saistÄ«ta ar klÄ«nisko radiÄcijas terapiju, tÄ saskaras arÄ« ar klÄ«nisko onkoloÄ£iju, konkrÄtÄk ā radiÄcijas onkoloÄ£iju.
RadiÄcijas terapijas fiziku sÄ«kÄkÄs apakÅ”nozarÄs parasti iedala pÄc izmantotÄ jonizÄjoÅ”Ä starojuma veida un starojuma piegÄdes metodes:
-
distances staru terapijas fizika ā rentgenstarojuma fotonu terapija (konvencionÄlÄ), elektronu terapija un daļiÅu terapija ā protonu terapija un smago jonu terapija;
-
brahiterapijas jeb kontakta staru terapijas fizika;
-
radiofarmaceitiskÄ terapija ā apakÅ”nozare, kas cieÅ”i saistÄ«ta ar nukleÄro medicÄ«nu, ā izmanto radioaktÄ«vos izotopus farmaceitisku preparÄtu veidÄ (iekŔķīga ievade pacientÄ).
RadiÄcijas terapijas fizika veic pÄtÄ«jumus, lai izstrÄdÄtu metodes un iekÄrtas jonizÄjoÅ”Ä starojuma pielietoÅ”anai onkoloÄ£isko slimÄ«bu ā ļaundabÄ«gu audzÄju ā ÄrstÄÅ”anÄ. Å Ä« nozare ietver medicÄ«nisko attÄlu izmantoÅ”anu radiÄcijas terapijas plÄnoÅ”anas procesÄ, terapijas plÄnoÅ”anu un pacientam piegÄdÄtÄs dozas aprÄÄ·inu, dozimetriju, iekÄrtu kvalitÄtes kontroles pÄrbaudes, starojuma piegÄdes metodes u. c. Nozares galvenais mÄrÄ·is ir dažÄdu fizikÄlo un bioloÄ£isko principu pielietoÅ”ana, lai uzlabotu radiÄcijas terapijas procesu ā maksimizÄtu terapeitisko efektu audzÄja ŔūnÄs, samazinot piegÄdÄto jonizÄjoÅ”o starojumu veselajos audus un saistÄ«to terapijas blakusparÄdÄ«bu risku.
PraktiskajÄ darbÄ klÄ«niskajÄ vidÄ medicÄ«nas fiziÄ·i pielieto radiÄcijas terapijas fizikas principus, lai kopÄ ar ÄrstniecÄ«bas personÄlu nodroÅ”inÄtu precÄ«zu radiÄcijas terapijas piegÄdi pacientam. RadiÄcijas terapijas fizika ir cieÅ”i saistÄ«ta arÄ« ar radiÄcijas aizsardzÄ«bas principiem ā indivÄ«du un sabiedrÄ«bas aizsardzÄ«bu pret jonizÄjoÅ”Ä starojuma kaitÄ«go ietekmi.
Viens no radiÄcijas terapijas fizikas pamatjÄdzieniem ir jonizÄjoÅ”ais starojums. Tas ir elektromagnÄtisks starojums (konkrÄtÄk ā rentgenstarojums) vai daļiÅu plÅ«sma, kam piemÄ«t spÄja jonizÄt vielu ā Ä£enerÄt brÄ«vos elektronus un jonus. JonizÄjoÅ”ajam starojumam mijiedarbojoties ar bioloÄ£iskÄm sistÄmÄm, notiek vairÄki secÄ«gi fizikÄli, Ä·Ä«miski un bioloÄ£iski procesi, kas nodroÅ”ina radiÄcijas terapijas klÄ«nisko efektu. Å Ä«s nozares fokuss galvenokÄrt ir uz primÄro fizikÄlo mijiedarbÄ«bu, tomÄr tÄ ir cieÅ”i saistÄ«ta arÄ« ar vairÄkiem konceptiem radiobioloÄ£ijÄ un radiÄcijas Ä·Ä«mijÄ.
FizikÄlÄs mijiedarbÄ«bas mehÄnismi starp jonizÄjoÅ”o starojumu un matÄriju ir atkarÄ«gi no starojuma veida. AtkarÄ«bÄ no enerÄ£ijas un apstarotÄ materiÄla rentgenstarojums ar vidi var mijiedarboties fotoefekta, Komptona efekta (Compton effect) vai pÄru Ä£enerÄÅ”anas ceÄ¼Ä (augstÄku enerÄ£iju apstÄkļos arÄ« tripletu Ä£enerÄÅ”ana un fotonukleÄrÄs reakcijas). Å ie mijiedarbÄ«bas mehÄnismi ir raksturÄ«gi terapeitiski izmantotÄ rentgenstarojuma enerÄ£ijas diapazonÄ, Ä£enerÄjot sekundÄros elektronus, kas jonizÄ vides atomus. RadiÄcijas terapijÄ izmantotajÄm elektriski lÄdÄtajÄm daļiÅÄm, kÄ elektroniem, protoniem un smagajiem joniem, primÄri raksturÄ«ga elektromagnÄtiskÄ mijiedarbÄ«ba ar matÄriju elektrostatiskÄ Kulona spÄka (Coulomb force) dÄļ. Mijiedarbojoties ar vides atomu elektronu ÄaulÄm, lÄdÄtÄs daļiÅas zaudÄ enerÄ£iju un jonizÄ vai ierosina atomus augstÄkÄ enerÄ£ÄtiskÄ stÄvoklÄ«. Mijiedarbojoties ar atomu kodolu, elektroni tiek palÄninÄti, zaudÄjot enerÄ£iju un emitÄjot bremzÄÅ”anÄs starojuma fotonus, savukÄrt pozitÄ«vi lÄdÄtie protoni un joni tiek izkliedÄti elastÄ«go sadursmju dÄļ. ElektromagnÄtiskÄs mijiedarbÄ«bas dÄļ elektriski lÄdÄtÄs daļiÅas arÄ« novirzÄs no sÄkotnÄjÄs trajektorijas ā norisinÄs daudzkÄrÅ”Ä Kulona izkliede. Protoniem un joniem ir raksturÄ«ga arÄ« stiprÄ mijiedarbÄ«ba ar matÄriju, kodolreakcijÄs Ä£enerÄjot sekundÄros protonus, neitronus, vieglos kodolfragmentus un ierosinÄtus atomu kodolus.
Galvenie parametri, lai raksturotu jonizÄjoÅ”Ä starojuma mijiedarbÄ«bu ar bioloÄ£iskÄm sistÄmÄm, ir absorbÄtÄ doza, dozas jaudas un lineÄrÄs enerÄ£ijas pÄrnese (LEP). AbsorbÄtÄ doza raksturo elektriski lÄdÄto daļiÅu videi atdotÄs enerÄ£ijas daudzumu uz masas vienÄ«bu un tiek mÄrÄ«ta grejos (1 Gy = 1 J/1 kg). Dozas jauda raksturo jonizÄjoÅ”Ä starojuma piegÄdes Ätrumu un tiek mÄrÄ«ta grejos sekundÄ (Gy/s). LEP ir parametrs, lai raksturotu enerÄ£ijas absorbcijas sadalÄ«juma mikrostruktÅ«ru ā elektromagnÄtiskÄs mijiedarbÄ«bas ceÄ¼Ä vides absorbÄtÄs enerÄ£ijas daudzums uz rentgenstarojuma fotona vai daļiÅas ceļa vienÄ«bu, un LEP parasti tiek mÄrÄ«ta kiloelektronvoltos uz mikrometru (keV/Ī¼m). LEP tiek lietota arÄ«, lai raksturotu radiobioloÄ£isko efektu atkarÄ«bu no jonizÄjoÅ”Ä starojuma veida.
RadiÄcijas terapijas klÄ«niskÄ efekta pamatÄ ir jonizÄjoÅ”Ä starojuma mijiedarbÄ«ba ar vÄža Ŕūnu dezoksiribonukleÄ«nskÄbi (DNS), tÄdÄjÄdi apstÄdinot turpmÄku vÄža Ŕūnu dalÄ«Å”anos. Å Ä« mijiedarbÄ«ba var notikt tieÅ”Ä vai netieÅ”Ä veidÄ, ā attiecÄ«gi jonizÄjot Ŕūnu DNS tieÅ”Ä veidÄ vai jonizÄjot citas molekulas ŔūnÄ, kas mijiedarbojas ar Ŕūnas DNS. NetieÅ”Ä mijiedarbÄ«ba ir cieÅ”i saistÄ«ta ar radiÄcijas Ä·Ä«mijas konceptu ā Å«dens radiolÄ«zi ā, kas apraksta fizikÄlÄs un Ä·Ä«miskÄs Å«dens molekulu pÄrvÄrtÄ«bas, mijiedarbojoties ar jonizÄjoÅ”o starojumu.
Divi radiobioloÄ£ijas koncepti, kas svarÄ«gi arÄ« radiÄcijas fizikÄ, ā relatÄ«vÄ bioloÄ£iskÄ efektivitÄte (RBE) un skÄbekļa efekta faktors (SEF). RBE raksturo bioloÄ£iskÄ efekta pieaugumu smago daļiÅu starojumam relatÄ«vi pret rentgenstarojumu jonizÄcijas blÄ«vuma palielinÄÅ”anÄs dÄļ. SavukÄrt SEF raksturo attiecÄ«bu starp dozÄm, kas nodroÅ”ina ekvivalentu bioloÄ£isko efektu hipoksiskÄs un ar skÄbekli piesÄtinÄtÄs ŔūnÄs.
BioloÄ£iskais efekts ŔūnÄs ir atkarÄ«gs no absorbÄtÄs dozas lÄ«meÅa. KlÄ«niski terapeitiskais efekts vÄža ŔūnÄs tiek raksturots ar audzÄja kontroles varbÅ«tÄ«bu, savukÄrt jonizÄjoÅ”Ä starojuma izraisÄ«tie blakusefekti ā ar veselo audu komplikÄciju varbÅ«tÄ«bu.
RadiÄcijas terapijas fizikÄ tiek izmantotas dažÄdas medicÄ«niskÄs attÄlveidoÅ”anas metodes, dozas aprÄÄ·ina metodes, dozimetrijas metodes, staru terapijas plÄnu sagatavoÅ”anas metodes un citas.
MÅ«sdienÄs radiÄcijas terapijas plÄnoÅ”anas procesÄ tiek izmantotas dažÄdas medicÄ«niskÄs attÄlveidoÅ”anas metodes, lai iegÅ«tu informÄciju par pacienta anatomiju precÄ«ziem dozas aprÄÄ·iniem. VisplaÅ”Äk tiek izmantota datortomogrÄfijas (DT) metode, lai iegÅ«tu trÄ«sdimensionÄlu pacienta audu elektronu blÄ«vuma sadalÄ«jumu. UzlabotÄ mÄ«ksto audu kontrasta dÄļ tiek pielietota arÄ« magnÄtiskÄs rezonanses (MR) attÄlveidoÅ”ana. Pacienta pozicionÄÅ”anai tiek izmantota arÄ« divdimensionÄlÄ rentgenogrÄfija, koniskÄ kūļa datortomogrÄfija, brahiterapijÄ ā arÄ« ultrasonogrÄfija (US).
BÅ«tiska loma radiÄcijas terapijas fizikÄ ir arÄ« jonizÄjoÅ”Ä starojuma dozimetrijai. Galvenie starojuma detektoru veidi, kas tiek pielietoti radiÄcijas terapijÄ, ir jonizÄcijas kameras, pusvadÄ«tÄju diodes, radiohromiskÄs filmas, amorfÄ silÄ«cija detektori, Frikes (Fricke) vai polimÄru geli un citi. Tiek izŔķirta absolÅ«tÄ dozimetrija, kas nosaka absorbÄtÄs dozas vÄrtÄ«bu konkrÄtÄ telpiskÄ punktÄ un apstaroÅ”anas apstÄkļos, un relatÄ«vÄ dozimetrija, kas nosaka dažÄdus dozas sadalÄ«juma telpiskos parametrus. Lai nodroÅ”inÄtu standartizÄtas klÄ«niskÄs dozimetrijas metodes, ir izstrÄdÄtas dažÄdas starptautiskÄs vadlÄ«nijas. PiemÄram, StarptautiskÄs AtomenerÄ£ijas aÄ£entÅ«ras (International Atomic Energy Agency, IAEA) izstrÄdÄtajÄs vadlÄ«nijÄs āAbsorbÄtÄs dozas noteikÅ”ana distances staru terapijÄā (Absorbed Dose Determination in External Beam Radiotherapy; TRS398) aprakstÄ«ta absorbÄtÄs dozas mÄrÄ«jumu metodika dažÄdiem jonizÄjoÅ”Ä starojuma veidiem.
RadiÄcijas terapijas plÄnoÅ”anas procesÄ tiek izmantotas datorizÄtas plÄnoÅ”anas sistÄmas. Å ajÄs sistÄmÄs dozas aprÄÄ·inam galvenokÄrt tiek izmantotas analÄ«tiskÄs metodes, kÄ dažÄdi konvolÅ«cijas un superpozÄ«cijas algoritmi. AugstÄka aprÄÄ·inu precizitÄte tiek nodroÅ”inÄta ar Montekarlo metodÄm (Monte Carlo methods), kas mÅ«sdienÄs gÅ«st arÄ« plaÅ”Äku klÄ«nisku pielietojumu, aprakstot statistisko jonizÄjoÅ”Ä starojuma mijiedarbÄ«bas dabu.
IzstrÄdÄjot jaunas radiÄcijas terapijas metodes, no fizikas aspektiem tÄs iespÄjams salÄ«dzinÄt, izmantojot telpiskÄ dozas sadalÄ«juma parametrus un klÄ«nisko efektu modelÄÅ”anu. PlÄnoÅ”anai izmantotajos DT attÄlos tiek atzÄ«mÄti gan veselie orgÄni, gan audzÄja apjoms. PÄc dozas sadalÄ«juma datorizÄtÄs plÄnoÅ”anas sistÄmas spÄj aprÄÄ·inÄt dozas-tilpuma histogrammas, kas norÄda, kÄda tilpuma daļa orgÄnam vai audzÄjam saÅem noteiktu absorbÄtÄs dozas lÄ«meni. SalÄ«dzinot Å”os parametrus ar vÄsturiskos bioloÄ£isko un klÄ«nisko pÄtÄ«jumu datos balstÄ«tÄm vadlÄ«nijÄm, iespÄjams noteikt veselo audu komplikÄciju risku un terapeitisko efektu audzÄja ŔūnÄs. MÅ«sdienÄs arvien plaÅ”Äk tiek izmantotas arÄ« metodes, lai prognozÄtu audzÄja kontroles varbÅ«tÄ«bu un veselo audu komplikÄciju varbÅ«tÄ«bu.
Jaunu radiÄcijas terapijas metožu pÄtniecÄ«bÄ radiÄcijas fizikas nozare ir cieÅ”i saistÄ«ta arÄ« ar radiobioloÄ£iju un klÄ«nisko onkoloÄ£iju. Jaunu terapijas metožu efektivitÄte sÄkotnÄji tiek pÄtÄ«ta bioloÄ£isku Ŕūnu kolonijÄs in vitro, kam seko pirmsklÄ«niskie pÄtÄ«jumi dažÄdu dzÄ«vnieku modeļos. KlÄ«niskie pÄtÄ«jumi ar pacientiem orientÄti uz jaunizstrÄdÄto metožu efektivitÄtes salÄ«dzinÄjumu ar esoÅ”ajÄm terapijas pieejÄm.
RadiÄcijas terapijas fizikas attÄ«stÄ«ba vÄsturiski ir cieÅ”i saistÄ«ta ar dažÄdiem atklÄjumiem kodolfizikÄ, inženiertehnisko risinÄjumu ienÄkÅ”anu tirgÅ« un medicÄ«niskÄs attÄlveidoÅ”anas tehnoloÄ£iju attÄ«stÄ«bu. VÄsturiski Ŕī nozare ir relatÄ«vi jauna, primÄri saistÄ«ta ar atklÄjumiem par rentgenstarojumu un radioaktivitÄti.
JonizÄjoÅ”Ä starojuma izmantoÅ”ana terapeitiskam mÄrÄ·im vÄsturiski ir cieÅ”i saistÄ«ta ar vÄcu fiziÄ·a Vilhelma KonrÄda Rentgena (Wilhelm Conrad Rƶntgen) atklÄjumu ā rentgenstarojumu ā 1895. gadÄ. Tikai pÄris nedÄļas pÄc oficiÄlajÄm ziÅÄm par jaunatklÄjumu tika uzsÄkti eksperimenti par rentgenstarojuma potenciÄlo klÄ«nisko pielietojumu ā gan radiÄcijas terapijÄ, gan diagnostikÄ. ZiÅojumus par rentgenstarojuma pirmo terapeitisko pielietojumu (krÅ«ts vÄža pacientei) sniedza elektronu lampu ražotÄjs EmÄ«ls Hermans Grube (Ćmil Herman GrubbĆ©) sadarbÄ«bÄ ar Ärstu RÅ«benu Ladlamu (Reuben Ludlam). PierÄdÄ«jumi par Å”o ziÅojumu gan ir neviennozÄ«mÄ«gi, tÄpÄc biežÄk par pirmo rentgenstarojuma pielietojumu radiÄcijas terapijai uzskata franÄu Ärsta Viktora DepeÅa (Victor Despeignes) veikto procedÅ«ru kuÅÄ£a vÄža pacientam, kuras rezultÄti tika publicÄti 1896. gadÄ. Rentgenstarojuma potenciÄlais terapeitiskais pielietojums tika plaÅ”i pÄtÄ«ts lÄ«dz pat 20. gs. sÄkumam. 1898. gadÄ PjÄrs KirÄ« (Pierre Curie) un Marija KirÄ« (Maria Curie) atklÄja radioaktÄ«vo Ä·Ä«misko elementu rÄdiju. LÄ«dzÄ«gi kÄ ar rentgenstarojumu, arÄ« neilgi pÄc Ŕī zinÄtniskÄ atklÄjuma tika sÄkti pÄtÄ«jumi par potenciÄlo klÄ«nisko pielietojumu. Terapeitiski rÄdiju bija iespÄjams lietot veidos, kas nebija iespÄjami ar rentgenstarojumu, izmantojot dažÄdus aplikatorus vai pat inhalÄcijas.
PirmÄs terapeitiskÄs pieejas, izmantojot rentgenstarojumu vai rÄdiju zemÄs jonizÄjoÅ”Ä starojuma enerÄ£ijas dÄļ, bija pielietojamas tikai veidojumiem un klÄ«niskÄm slimÄ«bÄm uz Ädas. Pirmajos radiÄcijas terapijas pÄtÄ«jumos nebija arÄ« vairÄku mÅ«sdienu terapijas konceptu: dozas sadalÄ«juma plÄnoÅ”ana, audzÄja Ä£eometriska lokalizÄÅ”ana, kÄ arÄ« precÄ«za dozimetrija.
SvarÄ«gs notikums radiÄcijas terapijas attÄ«stÄ«bÄ bija kobalta-60 terapijas ievieÅ”ana. ZemÄs fotonu enerÄ£ijas (50 lÄ«dz 150 kiloelektronvolti, keV) nodroÅ”ina zemu jonizÄjoÅ”Ä starojuma caurspieÅ”anÄs spÄju audos ā audzÄjiem, kas atrodas dziļÄk pacienta anatomijÄ, nepiecieÅ”amas fotonu enerÄ£ijas megaelektronvoltu (MeV) diapazonÄ. Lai gan Å”Ädi fotoni ar enerÄ£ijÄm Å”ajÄ diapazonÄ ir Ä£enerÄti arÄ« dabiski eksistÄjoÅ”Ä rÄdija sabrukÅ”anas rezultÄtÄ, praktiska rÄdija pielietoÅ”ana distances terapijai bija apgrÅ«tinÄta. LÄ«dz ar kodolreaktoru izgudroÅ”anu OtrÄ pasaules kara laikÄ tika nodroÅ”inÄtas iespÄjas Ä£enerÄt āmÄkslÄ«gusā radioaktÄ«vos izotopus. PÄtnieku grupa no Prinstonas UniversitÄtes (Princeton University) 1936. gadÄ bija pirmÄ, kas atklÄja radioaktÄ«vo kobalta-60 izotopu, apstarojot dabisko kobalta-59 izotopu ar neitronu kÅ«li. BÅ«tisks pienesums kobalta-60 terapijas izveidÄ ir balstÄ«ts uz Leonarda Džordža Grimita (Leonard George Grimmett) un Harolda Elforda Džonsa (Harold Elford Johns) pÄtÄ«jumiem. 1949. gadÄ tika sÄkta divu kobalta-60 distances terapijas iekÄrtu prototipu izstrÄde KanÄdÄ, kas rezultÄjÄs pirmajÄ terapeitiskajÄ procedÅ«rÄ 1951. gada 27. oktobrÄ«. Kobalta-60 distances staru terapija ir veicinÄjusi strauju radiÄcijas terapijas un tÄs pÄtniecÄ«bas attÄ«stÄ«bu, un Ŕīs iekÄrtas arÄ« mÅ«sdienÄs tiek pielietotas vairÄkos pasaules reÄ£ionos.
Galvenais instruments mÅ«sdienu distances staru terapijÄ ir lineÄrais elektronu paÄtrinÄtÄjs. Pirmie lineÄro daļiÅu paÄtrinÄtÄju koncepti balstÄs uz Gustava ÄŖsinga (Gustaf Ising) un Rolfa VÄ«derÄ (Rolf WiderĆøe) pÄtÄ«jumiem attiecÄ«gi 1924. un 1927. gadÄ. RadiÄcijas terapijas kontekstÄ Viljams Hansens (William Hansen) izgatavoja pirmo elektronu lineÄrÄ paÄtrinÄtÄja prototipu. PirmÄ klÄ«niskÄ paÄtrinÄtÄja konstrukcija tika uzsÄkta 1952. gadÄ LondonÄ, sÄkot pirmÄs terapeitiskÄs procedÅ«ras 1953. gadÄ. LineÄrie elektronu paÄtrinÄtÄji ir galvenÄs iekÄrtas, kas tiek izmantotÄs mÅ«sdienu konvencionÄlajÄ radiÄcijas terapijÄ. Ä¢enerÄto elektronu kÅ«li iespÄjams tieÅ”Ä veidÄ pielietot terapeitiski, taÄu visbiežÄk klÄ«niski tiek izmantoti augstas enerÄ£ijas fotoni, kas tiek Ä£enerÄti kÄ bremzÄÅ”anÄs starojums, elektronu kÅ«lim triecoties volframa mÄrÄ·Ä«.
Citas radiÄcijas terapijas metodes ā daļiÅu terapijas ā galvenais pagrieziena punkts bija 1946. gadÄ fiziÄ·a Roberta Ratbana Vilsona (Robert Rathbun Wilson) izstrÄdÄtais koncepts par protonu pielietojumu klÄ«niskajÄ terapijÄ. Koncepts uzsvÄra protonu spÄju piegÄdÄt lokalizÄtu jonizÄjoÅ”Ä starojuma dozu dziļi pacienta anatomijÄ, pasargÄjot veselos audus. 20. gs. 50. gados tika sÄkti pirmie protonu terapijas klÄ«niskie pÄtÄ«jumi, savukÄrt smago jonu pÄtÄ«jumi tika sÄkti 20. gs. 70. gados Lorensa BÄrkli NacionÄlajÄ laboratorijÄ (Lawrence Berkeley National Laboratory) Amerikas SavienotajÄs ValstÄ«s (ASV).
SvarÄ«gs koncepts mÅ«sdienu radiÄcijas terapijÄ ir precÄ«za audzÄja lokalizÄcija, izmantojot medicÄ«niskÄs attÄlveidoÅ”anas metodes. SÄkotnÄji audzÄja lokalizÄcijas balstÄ«jÄs uz klÄ«nisko ekspertÄ«zi par pacienta anatomiju, taÄu 20. gs. 60. gados tika uzsÄkta divdimensionÄlu radiogrÄfisko attÄlu pielietoÅ”ana, lai uzlabotu terapijas precizitÄti. DT metode ļauj iegÅ«t trÄ«sdimensionÄlu pacienta anatomijas attÄlojumu. Pirmais klÄ«niskais DT izmeklÄjums notika 1971. gadÄ LondonÄ, savukÄrt 1972. gadÄ Alans Maklauds Kormaks (Allan MacLeod Cormack) un Godfrijs Å Å«bolds HaunzfÄ«lds (Godfrey Newbold Hounsfield) ieviesa DT konceptus, kas nepiecieÅ”ami Å”o attÄlu izmantoÅ”anai trÄ«sdimensionÄlÄ dozas sadalÄ«juma aprÄÄ·inam pacienta anatomijÄ. LÄ«dz ar datortehnoloÄ£iju attÄ«stÄ«bu 1994. gadÄ tika ieviests datorizÄtas trÄ«sdimensionÄlÄs dozas sadalÄ«juma plÄnoÅ”anas koncepts pacienta trÄ«sdimensiju anatomijÄ, kas ir mÅ«sdienu radiÄcijas terapijas pamats. Ar 1965. gadÄ ieviesto daudzlapiÅu kolimatora konceptu fotonu starojuma kūļa modulÄÅ”anai trÄ«sdimensionÄlÄs plÄnoÅ”anas iespÄjas pavÄra iespÄjas trÄ«sdimensiju konformÄlÄs radiÄcijas terapijas (Three-Dimensional Conformal Radiation Therapy, 3D-CRT) izveidei, maksimizÄjot piegÄdÄto jonizÄjoÅ”Ä starojuma dozu audzÄjÄ.
Lai uzlabotu piegÄdÄtÄ dozas sadalÄ«juma konformalitÄti audzÄjam, minimizÄjot veselo audu komplikÄcijas, ir attÄ«stÄ«tas vairÄkas modernas staru terapijas tehnoloÄ£ijas. 1997. gadÄ tika ieviests intensitÄtes modulÄtÄs staru terapijas (Intensity-Modulated Radiation Therapy, IMRT) koncepts, modulÄjot ne tikai staru kūļa formu, bet arÄ« telpisko intensitÄtes sadalÄ«jumu. KlÄ«niski Ŕī metode tika ieviesta ap 2000. gadu. Å o tehnoloÄ£iju turpinÄja attÄ«stÄ«t, radot tomoterapijas metodi 2002. gadÄ, kÄ arÄ« 2007. gadÄ tika ieviesta tilpumÄ modulÄta arkas terapija (Volumetric Modulated Arc Therapy, VMAT), ā sinhronizÄtÄ veidÄ modulÄjot gan dozas piegÄdes jaudu, gan daudzlapiÅu kolimatora un gentrija rotÄcijas kustÄ«bas.
RadiÄcijas terapijas piegÄdes precizitÄte tika bÅ«tiski uzlabota, attÄ«stot ar attÄliem vadÄ«tÄs radiÄcijas terapijas (Image-guided Radiation Therapy, IGRT) tehnoloÄ£ijas. Å Ä«s tehnoloÄ£ijas nodroÅ”ina iespÄju veikt pacienta pozÄ«cijas un iekÅ”ÄjÄs anatomijas pÄrbaudi pirms terapeitiskÄs procedÅ«ras sÄkÅ”anas. IntegrÄjot rentgenspuldzes un amorfÄ silÄ«cija rentgenstarojuma detektorus terapijas iekÄrtas konstrukcijÄ, tika nodroÅ”inÄtas iespÄjas uzÅemt gan divdimensionÄlas projekcijas, gan arÄ« rekonstruÄt trÄ«sdimensionÄlu attÄlu ā koniskÄ kūļa datortomogrÄfiju. PrecizitÄtes uzlaboÅ”anai tikai ieviestas arÄ« dažÄdas metodes, kas nodroÅ”ina iespÄju terapijas piegÄdi sinhronizÄt ar pacienta fizioloÄ£iskajÄm kustÄ«bÄm, piemÄram, elpoÅ”anu.
Visi minÄtie atklÄjumi ir arÄ« cieÅ”i saistÄ«ti ar dažÄdu matemÄtisko un fizikÄlo principu un modeļu attÄ«stÄ«bu, kÄ, piemÄram, optimizÄcijas algoritmiem inversai plÄnoÅ”anai intensitÄtes modulÄtai staru terapijai un attÄlu rekonstrukcijas algoritmiem DT attÄlu iegÅ«Å”anai. BÅ«tiska attÄ«stÄ«ba radiÄcijas terapijas fizikÄ ir saistÄ«ta arÄ« ar dozas aprÄÄ·ina algoritmiem: analÄ«tisko modeļu, kÄ zÄ«muļkūļu konvolÅ«cija un jonizÄjoÅ”Ä starojuma transporta Montekarlo metožu attÄ«stÄ«ba.
RadiÄcijas terapijas fizika kopÅ” nozares pirmsÄkumiem ir piedzÄ«vojusi strauju attÄ«stÄ«bu, aktÄ«va attÄ«stÄ«ba norit arÄ« mÅ«sdienÄs. Galvenie attÄ«stÄ«bas virzieni mÅ«sdienu radiÄcijas terapijas fizikÄ ir vÄrsti uz medicÄ«niskÄs attÄlveidoÅ”anas metožu iekļauÅ”anu terapijas plÄnoÅ”anas procesÄ, dažÄdÄm inovatÄ«vÄm pieejÄm, lai uzlabotu terapijas piegÄdes precizitÄti vai bioloÄ£isko efektu, kÄ arÄ« dažÄdu maŔīnmÄcÄ«Å”anÄs (MM) un mÄkslÄ«gÄ intelekta (MI) risinÄjumu ievieÅ”anu.
DT attÄlu izmantoÅ”ana dozimetriskiem aprÄÄ·iniem radiÄcijas terapijas plÄnoÅ”anas procesÄ ir klÄ«niski akceptÄtais standarts. MultimodÄlu medicÄ«nisko attÄlu ā magnÄtiskÄs rezonanses (MR), pozitronu emisijas tomogrÄfijas (PET) vai savrupfotonu emisijas datortomogrÄfijas (single-photon emission computed tomography, SPECT) ā pielietoÅ”ana radiÄcijas terapijas procesÄ var uzlabot anatomisko reÄ£ionu identifikÄciju, kÄ arÄ« iekļaut audu funkcionÄlo informÄciju terapijas plÄnoÅ”anas procesÄ. UzlabotÄ mÄ«ksto audu kontrasta dÄļ MR attÄlu izmantoÅ”ana terapijas plÄnoÅ”anas procesÄ iegÅ«st arvien lielÄku lomu, izstrÄdÄjot arÄ« metodes sintÄtisku DT attÄlu Ä£enerÄÅ”anai dozimetriskajiem aprÄÄ·iniem. PET attÄlu sniegtÄ vÄža Ŕūnu un veselo audu funkcionÄlÄ informÄcija tiek pÄtÄ«ta, lai uzlabotu terapeitisko efektu: optimizÄtu dozas sadalÄ«jumu audzÄjÄ vai izvairÄ«tos no funkcionÄli aktÄ«vo veselo orgÄnu reÄ£ionu apstaroÅ”anas. ModernÄs DT tehnoloÄ£ijas ā duÄlÄs enerÄ£ijas, spektrÄlÄ vai fotonu skaitÄ«Å”anas DT ā tiek izskatÄ«tas pielietojumiem, lai uzlabotu dozimetrisko aprÄÄ·inu precizitÄti pacienta anatomijÄ, it Ä«paÅ”i daļiÅu terapijÄ.
BÅ«tisks attÄ«stÄ«bas virziens mÅ«sdienÄs ir arÄ« adaptÄ«vÄ radiÄcijas terapija. AdaptÄ«vajÄ radiÄcijas terapijÄ pacienta apstaroÅ”anas plÄns tiek pielÄgots pacienta anatomiskajÄm un/vai audzÄja funkcionÄlajÄm izmaiÅÄm terapijas kursa laikÄ. AdaptÄ«vÄs radiÄcijas terapijas attÄ«stÄ«bas pamatÄ ir bÅ«tiska medicÄ«niskÄs attÄlveidoÅ”anas un dozas aprÄÄ·inu algoritmu pilnveidoÅ”ana. Tiek pilnveidoti augstas precizitÄtes dozas aprÄÄ·ina algoritmi un to darbÄ«bas Ätrums, pielietojot arÄ« dažÄdas MM pieejas. KoniskÄ kūļa DT attÄlu rekonstrukcijas algoritmu attÄ«stÄ«ba ir bÅ«tiski uzlabojusi to kvalitÄti, mÅ«sdienÄs nodroÅ”inot iespÄju Å”os attÄlus pielietot arÄ« precÄ«ziem dozas aprÄÄ·iniem. KopÅ” 21. gs. otrÄ gadu desmita klÄ«niski ir pieejamas arÄ« staru terapijas sistÄmas ar integrÄtu MR attÄlveidoÅ”anas sistÄmu. Å Ä«s tehnoloÄ£iski sarežģītÄs sistÄmas nodroÅ”ina reÄllaika pacienta iekÅ”ÄjÄs anatomijas monitorÄÅ”anas iespÄjas, uzlabojot terapijas piegÄdes precizitÄti un adaptÄ«vÄs terapijas iespÄjas.
DažÄdas MM un MI pieejas ir plaÅ”i pielietojamas arÄ« radiÄcijas terapijas fizikÄ. To galvenie pielietojumi ir automÄtiskÄ veselo orgÄnu un audzÄju apzÄ«mÄÅ”anÄ medicÄ«niskajos attÄlus, dozas sadalÄ«jumu prognozÄÅ”anÄ, automatizÄtÄ apstaroÅ”anas plÄnu Ä£enerÄÅ”anÄ, multimodÄlu attÄlu reÄ£istrÄÅ”anÄ un salÄgoÅ”anÄ, automatizÄtÄs kvalitÄtes kontroles pÄrbaudÄs, staru terapijas iekÄrtu bojÄjumu un nepiecieÅ”amo apkopju prognozÄÅ”anÄ, kÄ arÄ« terapeitiskÄ efekta un veselo audu komplikÄciju riska prognozÄÅ”anÄ.
KopÅ” 2014. gada aktÄ«vi pÄtÄ«jumi norisinÄs arÄ« augstas dozas jaudas (ultra-high dose rate) terapijas jeb FLASH terapijas attÄ«stÄ«bÄ. Å Ä« radiÄcijas terapijas metode izmanto augstu dozas jaudu (virs 40 Gy/s), terapeitisko jonizÄjoÅ”Ä starojuma dozu piegÄdÄjot milisekunžu laikÄ. FLASH terapijas galvenÄ priekÅ”rocÄ«ba ir bioloÄ£iskais efekts, salÄ«dzinot ar standarta dozas jaudu, ā tiek saglabÄts terapeitiskais efekts audzÄja ŔūnÄs, bÅ«tiski samazinot jonizÄjoÅ”Ä starojuma iedarbÄ«bu veselajos audos. Å Ä« pieeja var bÅ«tiski uzlabot radiÄcijas terapijas klÄ«nisko rezultÄtu neatkarÄ«gi no izmantotÄ jonizÄjoÅ”Ä starojuma veida. FLASH terapija ir viens no visaktÄ«vÄkajiem pÄtniecÄ«bas virzieniem mÅ«sdienu radiÄcijas terapijas fizikÄ, izstrÄdÄjot modeļus FLASH terapijas bioloÄ£iskÄ efekta aprakstÄ«Å”anai, metodes un iekÄrtas augstas dozas jaudas nodroÅ”inÄÅ”anai, starojuma kūļa piegÄdei un dozimetrijai. MÅ«sdienu FLASH terapijas pÄtniecÄ«bÄ un potenciÄlai klÄ«niskai pÄrnesei nÄkotnÄ liela loma ir arÄ« in vitro un pirmsklÄ«niskiem pÄtÄ«jumiem, kÄ arÄ« FLASH terapijas plÄnoÅ”anas algoritmiem. Cita pieeja terapijas bioloÄ£iskÄ efekta uzlaboÅ”anai ir minikūļu (minibeam) terapija ā arÄ« Å”ajÄ jomÄ notiek plaÅ”a pÄtniecÄ«ba gan fizikÄ, gan bioloÄ£ijÄ.
MÅ«sdienÄs liela loma ir arÄ« daļiÅu terapijas pÄtniecÄ«bai un attÄ«stÄ«bai, lai nodroÅ”inÄtu Ŕīs metodes precÄ«zÄku piegÄdi pacientam, kÄ arÄ« izskatÄ«tu jaunas pieejas un iekÄrtas starojuma piegÄdei. AttÄ«stoties lineÄro daļiÅu paÄtrinÄtÄju tehnoloÄ£ijÄm, kopÅ” 21. gs. sÄkuma tiek attÄ«stÄ«ts koncepts radiÄcijas terapijÄ pielietot arÄ« ļoti augstas enerÄ£ijas elektronu (very high-energy electron, VHEE) starojuma kūļus. Ä»oti augstas enerÄ£ijas elektroni ir ar enerÄ£iju no aptuveni 100 lÄ«dz 250 MeV, salÄ«dzinot ar konvencionÄli izmantotajiem ā lÄ«dz 20 MeV. Å ajÄ enerÄ£ijas diapazonÄ elektroniem piemÄ«t augstÄka caurspieÅ”anÄs spÄja ā iespÄjams pielietojums audzÄjiem dziļi pacienta anatomijÄ. Ä»oti augstas enerÄ£ijas elektronu fizikÄlo Ä«paŔību dÄļ tiem piemÄ«t vairÄkas priekÅ”rocÄ«bas, salÄ«dzinot ar rentgenstarojuma terapiju, un Å”o metodi potenciÄli iespÄjams pielietot arÄ« FLASH terapijÄ. MinÄto iemeslu dÄļ norisinÄs aktÄ«va pÄtniecÄ«ba, lai attÄ«stÄ«tu ļoti augstas enerÄ£ijas elektronu terapiju un uzsÄktu pirmos pÄtÄ«jumu pacientu ÄrstÄÅ”anÄ 21. gs. 30. gados.
AktuÄlÄkie rezultÄti radiÄcijas terapijas fizikÄ tiek publicÄti medicÄ«nas fizikas izdevumos: Medical Physics (kopÅ” 1974. gada, izdod Wiley), International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics (kopÅ” 1975. gada, Elsevier), Physics in Medicine and Biology (kopÅ” 1956. gada, IOP Publishing), Radiotherapy and Oncology (kopÅ” 1983. gada, Elsevier), Physica Medica: European Journal of Medical Physics (iznÄk kopÅ” 1985. gada, lÄ«dz 2007. gadam izdeva ItÄlijas MedicÄ«nas fizikas asociÄcija, Associazione Italiana di Fisica Medica, AIFM, kopÅ” 2007. gada ā Elsevier), Journal of Applied Clinical Medical Physics (kopÅ” 2000. gada, Wiley).
RadiÄcijas terapijas fizikas pirmsÄkumi ir cieÅ”i saistÄ«ti ar vairÄkiem ievÄrojamu fiziÄ·u atklÄjumiem 19. gs. beigÄs: V. K. Rentgena atklÄtais rentgenstarojums 1895. gadÄ, AnrÄ« Bekerela (Henri Becquerel) atklÄtÄ dabiskÄ radioaktivitÄte 1896. gadÄ, kÄ arÄ« M. KirÄ« un P. KirÄ« Ä·Ä«miskÄ elementa rÄdija atklÄjums 1898. gadÄ. BÅ«tiskus pÄtÄ«jumus konvencionÄlÄs rentgenstarojuma fotonu terapijas attÄ«stÄ«bÄ veikuÅ”i L. Dž. Grimets un H. E. Džonss, izstrÄdÄjot kobalta-60 terapijas principus, kÄ arÄ« V. Hansens, kurÅ” izstrÄdÄja pirmo elektronu lineÄrÄ paÄtrinÄtÄja prototipu. RadiÄcijas terapijas apakÅ”nozares ā daļiÅu terapijas ā fizikÄlo pamatprincipu par lÄdÄtu daļiÅu jonizÄcijas telpisko sadalÄ«jumu 1903. gadÄ atklÄja Viljams Henrijs Bregs (William Henry Bragg). AtklÄto telpÄ lokalizÄto jonizÄcijas maksimumu mÅ«sdienÄs dÄvÄ par Brega pÄ«Ä·i (Bragg peak). Å Ä« fizikÄlÄ fenomena potenciÄlo klÄ«nisko pielietojumu izteica R. R. Vilsons 1946. gadÄ, izstrÄdÄjot protonu terapijas konceptu.
PÄtnieki, kuru atklÄjumi bijuÅ”i pagrieziena punkti radiÄcijas terapijas fizikas attÄ«stÄ«bÄ, ir arÄ« A. M. Kormaks un G. Å . HaunsfÄ«lds, kuri izstrÄdÄja DT konceptu, un Džons Sets Loflins (John Seth Laughlin), kurÅ” savas karjeras laikÄ izstrÄdÄja daudzus dozimetrijas un radiÄcijas terapijas konceptus, kas tiek pielietoti arÄ« mÅ«sdienÄs.
MÅ«sdienÄ«gas radiÄcijas terapijas fizikas principu un saistÄ«to tehnoloÄ£iju attÄ«stÄ«bÄ minams Anderss BrÄhme (Anders Brahme), kurÅ” izstrÄdÄjis inversÄs plÄnoÅ”anas un IMRT optimizÄcijas algoritmus, un Rodžers Makijs (Roger Mackie), kurÅ” attÄ«stÄ«jis trÄ«sdimensionÄlo datorizÄto plÄnoÅ”anas sistÄmu izstrÄdi un konvolÅ«cijas/superpozÄ«cijas dozas aprÄÄ·inu metodes. MÅ«sdienu konvencionÄlÄs rentgenstarojuma fotonu terapijas vienu no svarÄ«gÄkajam tehnoloÄ£ijÄm ā daudzlapiÅu kolimatoru ā izstrÄdÄjuÅ”i Kolins Dž. Ortons (Colin G. Orton) un StÄ«vs Vebs (Steve Webb).
Kristaps Paļskis "RadiÄcijas terapijas fizika". NacionÄlÄ enciklopÄdija. https://enciklopedija.lv/skirklis/-radi%C4%81cijas-terapijas-fizika (skatÄ«ts 30.08.2026)