Ακτινοθεραπεία σε λεμφώματα Hodgkin: υπολογισμός της δόσης ακτινοβολίας σε υγιή όργανα με τη μέθοδο Monte Carlo και εκτίμηση του σχετιζόμενου κινδύνου καρκινογένεσης

Abstract

During radiotherapy all healthy organs are exposed to ionizing radiation regardless of their position in relation to the radiation field. This fact results in the increase of the possibility of secondary cancer after the radiotherapy. In the case of Hodgkin lymphoma there are not sufficient data in the literature regarding the radiation dose and second cancer risk at healthy organs. The aim of this research is a) to determine the dose to healthy organs that are partially in or out of the radiation fields, for Hodgkin lymphoma patients, using the IFRT and ISRT techniques and b) to estimate the risk of secondary cancer.Organs partially in the treatment fieldData were obtained from patients that received 3d conformal radiotherapy with the IFRT and ISRT techniques. Patients that were irradiated in anatomic regions above and below the diaphragm were included. The Organ Equivalent Dose (OED), as it was suggested by the group of Schneider et al, and the Lifetime Attributable Risk (LAR) were determined. All calculations were performed with the use of three different models: the mechanistic, plateau and bell shaped models. The organs that were examined for radiotherapy treatment above the diaphragm were the breast, lungs, thyroid gland, pharynx, oral cavity and esophagus. Respectively for treatment below the diaphragm the organs were the colon, rectum and bladder. The calculated risk with the above methods was compared to the cancer risk of population that has not been exposed to ionizing radiation. All calculations were performed for patients of the age of 20, 30 and 40.The range of OED was calculated to 0.63 – 8.53 and 0.63 – 7.26 with the IFRT and ISRT techniques respectively for radiotherapy in anatomic regions above the diaphragm. Respectively for anatomic regions below the diaphragm the range was 0.18 – 7.64 and 0.80 – 4.95. The cancer risk after radiotherapy above the diaphragm was calculated to 0.5% – 8.0% with the IFRT technique and 0.5% - 5.2% with the ISRT technique. Respectively the cancer risk after radiotherapy below the diaphragm was calculated to 0.1% – 13.0% with the IFRT technique and 0.5% - 8.4% with the ISRT technique.For radiotherapy in anatomic regions above the diaphragm the biggest benefit of ISRT over IFRT technique is observed in breast and lungs whereas for radiotherapy in anatomic regions below the diaphragm is observed in colon and rectum. For the bladder it was estimated that the cancer risk with the ISRT technique is higher than the risk with the IFRT technique, though this risk is smaller than the risk of population not exposed to ionizing radiation.Out of field organsThe average dose to organs that are out of the treatment field for Hodgkin Lymphoma patients was determined with Monte Carlo calculations using a human body model created by relative software. The head of a 6MV linear accelerator was simulated. The treatment of Hodgkin lymphoma patients at mediastinum, pelvis and axillary region with the ISRT/IFRT techniques was simulated. For cancer risk estimation the reference model of BEIR VII was used. The average dose was calculated to organs that are out of the treatment field and are defined in ICRP-103. The cancer risk after radiotherapy at the mediastinum was estimated for the colon, stomach, bladder, liver, thyroid gland and prostate. Respectively for radiotherapy at the pelvis the cancer risk was estimated for the stomach, lungs, liver, breast, ovaries, testicles and thyroid gland. For radiotherapy at the axillary region cancer risk was estimated for the colon, stomach, bladder, liver, thyroid gland, breast, ovaries, testicles and prostate. All cancer risk estimations were performed for patients of 20, 30 and 40 years old. Finally the estimated cancer risk was compared to the cancer risk of population not exposed to ionizing radiation.The range of the average dose to out of field organs after mediastinum, pelvis and axillary region radiotherapy with the IFRT technique was calculated to 7.5-481, 5.0-774.5 and 5.0-594 mGy respectively. The respective ranges for the ISRT technique were 2.0-246, 3.0-300.5 and 2.5-234 mGy. The thyroid gland presents the highest cancer risk after mediastinum radiotherapy for both men and women patients. For pelvis radiotherapy the highest risk is observed in breast for women and stomach for men. For radiotherapy at the axillary region the highest risk was found to be the thyroid gland for men and the breast for women. In all cases the use of ISRT technique resulted in the decrease of cancer risk in comparison to the IFRT. Finally, in all out of field organs the cancer risk was smaller than the respective risk of the not exposed to ionizing radiation population.

Η χρήση της ακτινοθεραπείας εκθέτει όλα τα υγιή όργανα εντός και εκτός πεδίου ακτινοβόλησης σε ιοντίζουσα ακτινοβολία. Το αποτέλεσμα της προαναφερθείσας έκθεσης των υγιών ιστών είναι ο αυξημένος κίνδυνος εμφάνισης δευτερογενούς καρκίνου μετά την ακτινοθεραπεία. Στη διεθνή βιβλιογραφία, σημειώνεται σημαντική έλλειψη δεδομένων για τη δόση ακτινοβολίας και τον κίνδυνο καρκινογένεσης των υγιών οργάνων, μετά από ακτινοθεραπεία λεμφώματος Hodgkin. Στόχος της παρούσας διατριβής είναι ο υπολογισμός της δόσης ακτινοβολίας των υγιών οργάνων που βρίσκονται μερικώς εντός ή εκτός του πεδίου ακτινοθεραπείας για ασθενείς με λέμφωμα Hodgkin, με τις μεθόδους IFRT (Involved Field Radiotherapy) και ISRT (Involved Site Radiotherapy), καθώς και η εκτίμηση του κινδύνου εμφάνισης δευτερογενούς καρκίνου.Όργανα που εκτίθενται σε πρωτογενή ακτινοβολία:Έγινε χρήση δεδομένων από πλάνα τρισδιάστατης σύμμορφης ακτινοθεραπείας (3DCRT) ασθενών, με τις μεθόδους IFRT και ISRT. Εξετάστηκαν ασθενείς που ακτινοβολήθηκαν σε ανατομικές περιοχές πάνω και κάτω από το διάφραγμα. Υπολογισμοί πραγματοποιήθηκαν για την ισοδύναμη δόση (Organ Equivalent Dose, OED), όπως αυτή προτάθηκε από την ομάδα των Schneider et al, καθώς και για το Lifetime attributable risk (LAR). Ακόμα, έγινε χρήση τριών διαφορετικών μοντέλων εκτίμησης κινδύνου: mechanistic, plateau και bell shaped model. Τα, προς μελέτη, όργανα για θεραπείες σε ανατομικές περιοχές πάνω από το διάφραγμα ήταν: οι μαστοί, οι πνεύμονες, ο θυρεοειδής αδένας, ο φάρυγγας, η στοματική κοιλότητα και ο οισοφάγος. Τα αντίστοιχα όργανα για ακτινοθεραπεία σε περιοχές κάτω από το διάφραγμα ήταν: το κόλον, το ορθό και η ουροδόχος κύστη. Ο κίνδυνος που υπολογίστηκε από τις παραπάνω μετρήσεις συγκρίθηκε με τον κίνδυνο καρκινογένεσης στο μη εκτιθέμενο σε ακτινοβολία πληθυσμό. Όλοι οι υπολογισμοί πραγματοποιήθηκαν για έκθεση ασθενούς στις ηλικίες των 20, 30 και 40 ετών.Για ακτινοθεραπεία σε ανατομικές περιοχές πάνω από το διάφραγμα το εύρος της OED υπολογίστηκε ίσο με 0.63 – 8.53 Gy και 0.63 – 7.26 Gy με τις μεθόδους IFRT και ISRΤ, αντίστοιχα. Το αντίστοιχο εύρος για ακτινοβόληση σε ανατομικές περιοχές κάτω από το διάφραγμα βρέθηκε 0.18 – 7.64 Gy και 0.80 - 4.95 Gy. Ο κίνδυνος καρκινογένεσης υπολογίστηκε από 0.5% έως 8.0% με τη μέθοδο IFRT και από 0.5% έως 5.2% για την ISRT, μετά από ακτινοθεραπεία πάνω από το διάφραγμα. Για ακτινοθεραπεία σε περιοχές κάτω από το διάφραγμα ο αντίστοιχος κίνδυνος με τη μέθοδο IFRT ήταν 0.1% - 13.0% και 0.5% - 8.4% με την ISRT. Η σημαντικότερη μείωση του κινδύνου καρκινογένεσης με τη μέθοδο ISRT αντί της IFRT παρατηρείται σε μαστό και πνεύμονες για ακτινοθεραπεία πάνω από το διάφραγμα. Αντίστοιχα, ακτινοθεραπεία κάτω από το διάφραγμα με τη μέθοδο ISRT παρουσιάζει σημαντική μείωση κινδύνου δευτερογενούς καρκίνου σε ορθό και κόλον σε σύγκριση με την IFRT. Για την ουροδόχο κύστη βρέθηκε αύξηση του κινδύνου καρκινογένεσης με τη μέθοδο ISRT σε σχέση με την IFRT. Ωστόσο, ο κίνδυνος αυτός είναι μικρότερος από τον κίνδυνο στο, μη εκτιθέμενο σε ακτινοβολία, πληθυσμό. Εκτός πεδίου ακτινοθεραπείας όργανα:Ο υπολογισμός της μέσης δόσης σε όργανα που βρίσκονται εκτός πεδίου ακτινοβόλησης κατά τη διάρκεια ακτινοθεραπείας σε ασθενείς με λέμφωμα Hodgkin έγινε με χρήση της μεθόδου Monte Carlo, σε συνδυασμό με μαθηματικό ανθρωπόμορφο ομοίωμα. Χρησιμοποιήθηκε προσομοίωση κεφαλής γραμμικού επιταχυντή με δέσμη φωτονίων ενέργειας 6 MV. Πραγματοποιήθηκε προσομοίωση θεραπειών ασθενών με λέμφωμα Hodgkin στο μεσοθωράκιο, την πύελο και τη μασχαλιαία χώρα, με τις μεθόδους IFRT και ISRT. Για την εκτίμηση κινδύνου καρκινογένεσης χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο της αναφοράς του BEIR VII. Υπολογισμοί της μέσης δόσης έγιναν για όλα τα όργανα που βρίσκονται εκτός πεδίου ακτινοβόλησης και ορίζονται στην ICRP-103. Ο κίνδυνος καρκινογένεσης μετά από ακτινοθεραπεία στο μεσοθωράκιο εκτιμήθηκε για το κόλον, το στομάχι, την ουροδόχο κύστη, το ήπαρ, τον θυρεοειδή αδένα και τον προστάτη. Αντίστοιχα, ο κίνδυνος μετά από ακτινοθεραπεία στην περιοχή της πύελου υπολογίστηκε για το στομάχι, τους πνεύμονες, το ήπαρ, το μαστό, τις ωοθήκες, τους όρχεις και το θυρεοειδή αδένα. Για ακτινοθεραπεία στη μασχαλιαία χώρα εκτίμηση του κινδύνου έγινε για: το κόλον, το στομάχι, την ουροδόχο κύστη, το ήπαρ, το θυρεοειδή αδένα, το μαστό, τις ωοθήκες, τους όρχεις και τον προστάτη. Όλοι οι υπολογισμοί του κινδύνου πραγματοποιήθηκαν για ακτινοβόληση ασθενούς στην ηλικία των 20, 30 και 40 ετών. Τέλος, πραγματοποιήθηκε σύγκριση του κινδύνου καρκινογένεσης, που υπολογίστηκε με τον αντίστοιχο κίνδυνο εμφάνισης καρκίνου σε πληθυσμό μη εκτιθέμενο σε ακτινοβολία.Το εύρος της μέσης δόσης στα εκτός πεδίου όργανα μετά από ακτινοθεραπεία σε μεσοθωράκιο, πύελο και μασχαλιαία χώρα με τη μέθοδο IFRT υπολογίστηκε, 7.5 – 481 mGy, 5.0 – 774.5 mGy, 5.0 – 594 mGy αντίστοιχα. Το αντίστοιχο εύρος με την ISRT μέθοδο ήταν: 2.0 – 246 mGy, 3.0 – 300.5 mGy, 2.5 – 234 mGy. Ο θυρεοειδής αδένας εμφανίζει τον υψηλότερο κίνδυνο καρκινογένεσης για γυναίκες και άνδρες ασθενείς, μετά από ακτινοθεραπεία στο μεσοθωράκιο. Για ακτινοθεραπεία στην πύελο μέγιστος κίνδυνος παρατηρείται για το μαστό στις γυναίκες και το στομάχι στους άνδρες. Αντίστοιχα, μετά από ακτινοθεραπεία στη μασχαλιαία χώρα ο υψηλότερος κίνδυνος καρκινογένεσης βρέθηκε στο θυρεοειδή αδένα στους άνδρες και το μαστό στις γυναίκες. Σε όλες τις περιπτώσεις, η χρήση της ISRT μεθόδου είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση στον κίνδυνο καρκινογένεσης σε σχέση με την IFRT. Τέλος, σε όλα τα εκτός πεδίου όργανα ο κίνδυνος καρκινογένεσης ήταν μικρότερος από τον αντίστοιχο στο μη εκτιθέμενο σε ακτινοβολία πληθυσμό.