دانلود پایان نامه ارشد درمورد تحت درمان

د و همبستگی فضایی چنین برهم‌کنش‌هایی که عمدتاً با DNA سلولی صورت می‌گیرند، این برهم‌کنش‌ها می‌توانند به جهش یا شکست کامل رشته‌های DNA و به دنبال آن مرگ سلول منجر شوند [4]. آسیب وارد شده به DNA، ناشی از یونش مستقیم و یا غیرمستقیم اتم‌هایی است که زنجیرۀ DNA را تشکیل می‌دهند. نوع این یونش وابسته به نوع پرتو فرودی است؛ این پرتو می‌تواند از ذرۀ باردار و یا خنثی تشکیل شده باشد.
یونش غیرمستقیم نتیجۀ یونش مولکول‌های آب است که منجر به تولید رادیکال‌های آزاد و به‌ویژه رادیکال‌های هیدروکسیل می‌شود و موجب آسیب رساندن به DNA می‌گردد. در فوتون‌تراپی، بیشترین اثر تابشی از طریق رادیکال‌های آزاد صورت می‌گیرد. از آنجایی که سلول‌ها، فرآیند‌هایی برای بازسازی آسیب تک‌رشته‌ای DNA دارند، شکست‌های دو‌رشته‌ای، مهم‌ترین روش برای ایجاد مرگ سلولی است. سلول‌های سرطانی بیشتر شبیه سلول‌های بنیادی هستند و بیشتر از سلول‌های سالم، بازتولید می‌شوند و توانایی کمی برای بازسازی آسیب وارد شده دارند. آسیب‌های وارده به DNA از طریق تقسیم سلولی انتقال داده می‌شوند و انتقال این DNA معیوب در نهایت موجب مرگ سلول و یا بازتولید بسیار آهسته‌تر سلول‌های سرطانی می‌گردد.
انواع پرتودرمانی
از دید تاریخی سه تقسیم‌ بندی عمده برای پرتودرمانی وجود دارد:
درمان با استفاده از تابش خارجی پرتو2
درمان با استفاده از قرارگیری چشمۀ پرتو در داخل بدن3
درمان با استفاده از سیستم‌های رادیوایزوتوپی
اختلاف در این دسته‌‌بندی به موقعیت چشمۀ تابشی مربوط می‌شود. در تابش خارجی، چشمه در بیرون از بدن قرار دارد. در براکی‌تراپی، چشمه‌‌های رادیواکتیو در منطقۀ تحت درمان قرار داده می‌شوند. این چشمه‌ها می‌توانند موقتی یا دائمی ‌باشند. رادیوایزوتوپ‌ها نیز به وسیلۀ تزریق وارد بدن می‌گردند.
پرتوهای الکترون و اشعۀ ایکس از جمله چشمه‌های خارجی هستند که به طور گسترده استفاده می‌شوند؛ البته پرتوهای ذرات سنگین‌تر و به‌ویژه پروتون‌ها نیز به‌عنوان چشمه‌های خارجی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در ادامه به توضیح مختصری دربارۀ انواع چشمه‌های موجود در پرتودرمانی خارجی می‌پردازیم.
فوتون‌تراپی
از چشمه‌های رادیواکتیو مانند ایریدیوم-192، سزیم-137 و یا کبالت-60 به منظور تأمین پرتوهای فوتون مورد استفاده در پزشکی و درمان استفاده می‌شود. محدودۀ انرژی این پرتوها بین keV300 تا MeV5/1 می‌باشند. سایر منابع تولید فوتون در پرتودرمانی عبارتند از:
واحدهای اورتوولتاژ4 که اساساً طراحی مشابه سیستم‌های تشخیصی اشعۀ ایکس دارند و به تولید پرتوهای کمتر از kV 600 محدود می‌شوند.
شتاب‌دهنده‌های خطی5 که اشعۀ ایکس را در محدودۀ انرژی MV 25-1 تولید می‌کنند. در حال حاضر شتاب‌دهنده‌های خطی مربوط به پزشکی، اشعۀ ایکس و الکترون را با محدودۀ انرژی MeV4 تا حدود MeV25 تولید می‌کنند. پرتودرمانی سنتی6، پرتودرمانی تطبیقی7، پرتودرمانی با شدت مدوله شده ( IMRT )8 ، پرتودرمانی استریوتاکتیک9 و توموگرافی همگی به وسیلۀ شتاب‌دهنده‌های خطی با کمی اصلاحات و تغییرات انجام می‌شوند.

چشمه‌های کبالت که پرتوهای پایدار با دو انرژی MeV 17/1 و MeV 33/1 (انرژی میانگین MeV25/1) تولید می‌کنند. با وجود آن‌که شتاب‌دهنده‌های خطی به دلیل توانایی در تولید پرتوهایی با انرژی بالاتر، جایگزین بخشی از چشمه‌های کبالت شده‌اند؛ اما این چشمه‌ها هنوز هم در کاربردهای خاص (به‌عنوان مثال در دستگاه گامانایف10) نقش مفیدی را ایفا می‌کنند و به دلیل قابل اعتماد بودن و نگهداری آسان‌تر نسبت به شتاب‌دهنده‌های خطی جدید، استفادۀ گسترده‌ای در جهان دارند.
الکترون‌تراپی
در الکترون‌تراپی، از الکترون‌های تولید شده به‌وسیلۀ شتاب‌دهنده‌های خطی استفاده می‌شود. از این‌ روش برای درمان تومورهای سطحی مانند سرطان پوست استفاده می‌گردد؛ زیرا بیشینه دوز تخلیه شده در نزدیکی سطح اتفاق می‌افتد و بعد از آن دوز به سرعت افت پیدا می‌کند. پرتوهای الکترون انرژیی در محدودۀ MeV 20-4 می‌توانند داشته باشند که برد درمانی آن‌ها در آب حدود cm 5-1 است؛ البته از انرژی‌های بالاتر از MeV 18 به ندرت استفاده می‌شود. از الکترون‌تراپی برای تقویت دوز تابشی بعد از جراحی در بعضی سرطان‌ها نیز استفاده می‌گردد.
هادرون‌تراپی (ذره‌درمانی)
نوع دیگری از پرتودرمانی با پرتو خارجی، هادرون‌تراپی (ذره‌درمانی) است که در آن از پرتوهای پرانرژی پروتون، نوترون و یا یون‌های سنگین‌تر (هستۀ اتم‌های یونیزه شده) استفاده می‌شود. درمان با استفاده از به دام انداختن نوترون (BNCT)11، نوعی ذره‌درمانی ثانویه محسوب می‌شود؛ چون آسیبی که در این‌ روش به تومورها وارد می‌گردد، ناشی از هسته‌های تولید شده از واکنش‌های هسته‌ای است که در اثر تابش پرتو خارجی نوترون به بورون-10 (یا هسته‌های دیگر) که به تومور تزریق می‌شود، به وجود می‌آیند. هسته‌های تولید شده که برد کوتاهی دارند برای توقف در محیط یونش ایجاد می‌کنند. نوترون‌های مورد استفاده در این‌روش، نوترون‌های گرمایی12 با انرژی کمتر از eV 5/0 و نوترون‌های فوق گرمایی13 با انرژی بین eV 5/0 تا keV 10، وابسته به عمق تومور می‌باشند. به‌طورکلی ذره‌درمانی را می‌توان در سه گروه پروتون‌تراپی، نوترون‌تراپی و درمان با استفاده از یون‌های سنگین‌تر مانند یون‌های کربن تقسیم کرد. در ادامه، به طور مختصر دربارۀ نوترون‌ها و یون‌های سنگین توضیح می‌دهیم و مشخصات و ویژگی‌های درمان با استفاده از پرتوهای پروتون، در بخش‌های بعد بررسی می‌شوند.
نوترون‌تراپی و اثر زیستی آن
به‌طورکلی پرتودرمانی برای سرطان‌ها، براساس پاسخ زیستی سلول‌ها به پرتوهای یونیزان می‌باشد. از آنجایی که سلول‌های تومور، فاقد فرآیند‌های مؤثر برای بازسازی خود می‌باشند، اگر تابش به‌صورت جزبه‌جز به بافت داده شود، بافت سالم زمان کافی برای بازسازی خود خواهد داشت و این به معنای آن است که یک نسبت درمانی بین سلول‌های سرطانی و سلول‌های سالم وجود دارد. به‌علاوه، انواع مختلف تابش‌های یونیزان، اثرات مختلفی بر روی سلول‌ها ایجاد خواهند کرد. به‌عنوان مثال هم نوترون‌ها و هم پرتوهای فوتون خنثی هستند؛ از این‌رو تابش آن‌ها سبب یونش غیرمستقیم می‌گردد. اثر زیستی نوترون‌ها و یا فوتون‌ها به دلیل الکترون‌های ثانویه‌ای است که در اثر برهم‌کنش با بافت تولید می‌شوند. زمانی که اشعۀ ایکس با انرژی درمانی در بازۀ MeV 25-1 با سلول‌های بافت برهم‌کنش می‌کنند، به واسطۀ برهم‌کنش‌های کامپتون، الکترون‌های ثانویه‌ای با انرژی نسبتاً بالا تولید می‌شوند که در هر میکرومتر از بافت، حدود keV 1 از انرژی خود را تخلیه می‌کنند [5]؛ این درحالی است که ذرات باردار تولید شده در برهم‌کنش‌های نوترون، انرژی خود را با آهنگ keV/µm 80-30 برجای می‌گذارند. مقدار انرژی تخلیه شده، زمانی که ذره از بخشی از بافت عبور می‌کند، انتقال خطی انرژی (LET)14 نام دارد که برای اشعۀ ایکس مقداری کم و برای نوترون‌ها زیاد است. تابش با LET پایین سبب یونش کمی در سلول می‌شود که شکست‌های تک‌رشته‌ای DNA را به‌همراه خواهد داشت و به‌آسانی قابل بازسازی است؛ بنابراین اثری که روی سلول‌های هدف به وجود می‌آید، الزاماً مرگ‌آور نیست. در مقابل ذرات باردار تولید شده از برهم‌کنش‌های نوترون با LET بالا، یونش‌های زیادی را در یک سلول ایجاد می‌کنند که می‌توانند باعث شکست‌های دو‌رشته‌ای مولکول DNA شوند. همان‌طور که قبلاً هم به آن اشاره شد، بازسازی DNA که دچار شکست دو‌رشته‌ای شده، برای یک سلول بسیار دشوار است؛ از این‌رو سلول با احتمال بیشتری می‌میرد. باید متذکر شد که فرآیند‌های موجود در سلول جهت بازسازی DNA مؤثر هستند [6]. در طول دورۀ زندگی سلول، هزاران شکست تک‌رشته‌ای DNA می‌تواند بازسازی شود؛ اما اگر دوز کافی از پرتوهای یونیزان داشته باشیم، با افزایش میزان شکست‌ها، ظرفیت فرآیند‌های سلولی برای ترمیم درهم‌می‌شکند. به طور مشابه، یون‌های سنگین مانند یون‌های کربن نیز LET بالایی دارند [7]. به دلیل LET بالا، آسیب تابشی ناشی از اثر زیستی نسبی (RBE)15 برای نوترون‌های

سریع، 4 برابر اشعۀ ایکس است [8-9]؛ یعنی rad 1 از نوترون‌های سریع مساوی با rad 4 از اشعۀ ایکس می‌باشد؛ البته RBE نوترون‌ها به انرژی آن‌ها وابسته است؛ بنابراین طیف انرژی پرتوهای نوترون، مقادیر مختلف RBE را خواهد داشت. نکتۀ دیگری که باید به آن اشاره کرد این است که حضور اکسیژن در یک سلول باعث می‌شود که اثر تابشی، مخرب‌تر باشد. به‌طورکلی این باور وجود دارد که تابش نوترون بر اثری که فقدان اکسیژن در تومورهای مستحکم ایجاد می‌کند و آن را در برابر تابش مقاوم می‌گرداند، غلبه می‌کند [10]؛ هرچند که نظرات مخالفی نیز وجود دارد [11].
درمان با استفاده از یون‌های سنگین
در درمان با استفاده از یون‌های سنگین، از ذرات سنگین‌تر از پروتون‌ها یا نوترون‌ها مانند یون‌های کربن استفاده می‌شود. یون‌های کربن در مقایسه با پروتون‌ها یک مزیت دارند و آن این است که چگالی یونش آن‌ها در انتهای برد بیشتر است؛ بنابراین برای سلول‌های سرطانی، بازسازی آسیب وارد شده، سخت‌تر می‌گردد و بازده زیستی دوز افزایش می‌یابد. اشکالی که در درمان با چنین یون‌هایی در مقایسه با پروتون‌ها وجود دارد، این است که به دلیل واکنش‌های هسته‌ای بین یون‌ها و اتم‌های بافت، یون‌های سبک‌تری تولید می‌شوند که برد بیشتری دارند؛ از این‌رو دوز بعد از پیک براگ تا صفر کاهش نمی‌یابد و آسیب‌هایی بعد از پیک نیز اتفاق می‌افتند [12].
مقایسۀ فوتون‌تراپی و پروتون‌تراپی
پرتودرمانی سنتی که در آن از پرتوهای فوتون استفاده می‌شود، متداول‌ترین مدل به‌کارگرفته شده برای درمان تومورهای جایگزیده است. کنترل تومور از طریق انتقال انرژی پرتو به گروهی از سلول‌های جایگزیدۀ تومور به دست می‌آید. چالش همواره موجود در پرتودرمانی، همان‌طور که قبلاً نیز به آن اشاره شد، بیشینه‌سازی دوز دریافتی توسط سلول‌های تومور به‌همراه حداقل تابش به بافت‌های سالم به‌عنوان عارضۀ درمان می‌باشد. در سال‌های گذشته، فوتون‌تراپی، به‌ویژه در حوزۀ تصویربرداری و طراحی درمان، توسعه یافته است و پیشرفته‌ترین شکل آن، IMRT می‌باشد که در آن دوز بالاتری به سلول‌های هدف در مقایسه با سلول‌های سالم اطراف داده می‌شود. در IMRT، دوز داده شده به بافت سالم به‌وسیلۀ چندین میدان تابشی با شدت‌های مختلف و در جهت‌های متفاوت، محدود می‌شود. شکل 1-1، IMRT با استفاده از فوتون را نشان می‌دهد. با وجود آن‌که IMRT، دریافت دوز بافت سالم را کاهش می‌دهد، اما زمانی که تخلیۀ انرژی در منطقۀ تومور افزایش می‌یابد، حجم درمانی بزرگ‌تری مورد نیاز است؛ این مسئله به‌طور قابل ملاحظه‌ای دوز کلی بیمار را افزایش می‌دهد. یکی از نگرانی‌های مربوط به این‌ روش درمانی، پتانسیل ایجاد بدخیمی‌های ثانویه یا سایر اثرات بعدی است که روی بافت ایجاد می‌شود [13].

شکل 1-1. پرتودرمانی با شدت مدوله شده با استفاده از فوتون (IMRT)
یکی دیگر از محدودیت‌های عمدۀ فوتون‌تراپی آن است که در این‌ روش، سلول‌های تومورهای مستحکم، دچار کمبود اکسیژن می‌شوند16 و می‌توانند منبع خونی خود را بزرگ‌تر کنند. سلول‌های تومور در حالت فقدان اکسیژن در خون، ممکن است 2 تا 3 برابر بیشتر نسبت به سلول‌هایی که در محیطی با اکسیژن طبیعی قرار دارند، در برابر آسیب ناشی از تابش، مقاوم باشند؛ بنابراین اکسیژن به‌عنوان یک عامل قوی بازدهی دوز داده شده به تومور، می‌تواند آسیب وارده به DNA ناشی از رادیکال‌های آزاد را افزایش دهد [14]؛ از این‌رو روش‌هایی مانند استفاده از مخزن‌هایی با اکسیژن فشار بالا، هایپرترمیا (گرمادرمانی که در آن رگ‌های خونی متصل به تومور گشاد می‌شوند.)، استفاده از خونی که اکسیژن بیشتری حمل می‌کند و… به کار گرفته می‌شوند؛ البته رویکردهای جدیدتری هم در دست مطالعه می‌باشند [15].
در مقایسه با درمان‌هایی که با فوتون صورت می‌گیرند، پروتون‌ها به‌عنوان پرتویی که توزیع دوز بهتری دارند، شناخته می‌شوند. برای