Principi fisici di radioterapia

L'effetto terapeutico è basato sulla capacità  delle radiazioni ionizzanti di rompere il DNA cellulare impedendo la proliferazione delle cellule neoplastiche. A questo effetto terapeutico è associato inevitabilmente un effetto di danno biologico alle cellule dei tessuti sani attraversati, che può essere reso tollerabile limitando la dose somministrata e diluendola nel tempo.

La IORT può essere vista come un  potenziamento del lavoro del chirurgo e, contemporaneamente, un potenziamento degli effetti radioterapici. Gli acceleratori lineari, spesso chiamati LINAC ( linear accelerator) sono sistemi che producono elettroni di elevata energia a scopi terapeutici. Per produrre tali elettroni,  si costruiscono strutture acceleranti nelle quali un campo elettrico ad alta frequenza (GHz) fornisce agli elettroni l'energia di accelerazione. 

La sorgente di elettroni è un cannone elettronico (o catodo). Qualora l'acceleratore debba essere impiegato come sorgente di raggi X, gli elettroni vengono diretti contro un target di un elemento ad alto numero atomico (ad. es. Tungsteno)  che produce raggi X per il fenomeno del bremsstrahlung, con uno spettro energetico caratteristico. I fasci di elettroni ad alta energia sono poi prodotti facendoli collidere con uno “scattering foil”, che allarga il fascio focalizzato per consentire il trattamento del paziente su un'area estesa.

La IORT, in quanto tecnica radioterapica particolare, richiede determinazioni dosimetriche mirate e talvolta differenti rispetto a quelle necessarie per l'esecuzione dei trattamenti frazionati con fasci esterni. L'obiettivo principale della IORT è quello di incrementare l'indice terapeutico tra controllo locale del tumore e tolleranza dei tessuti sani circostanti attraverso una migliore definizione del volume bersaglio ed un più facile accesso a questo, nonché di poter  dislocare  o schermare gli organi a rischio durante la fase di trattamento. D'altro canto, l'intervento chirurgico finalizzato all'escissione di un tumore primitivo potrebbe lasciare un residuo tumorale microscopico non valutabile radiologicamente.

Una singola dose elevata di irraggiamento con elettroni viene somministrata con la IORT ad un volume bersaglio predefinito, la cui estensione e profondità sono determinati visivamente direttamente in sala operatoria. In tale sede vengono pertanto scelti la tipologia e le dimensioni dell'applicatore,  l'energia e l'isodose di riferimento più idonei ad assicurare la prescrizione terapeutica. 

Un ulteriore motivo che differenzia la IORT rispetto alla radioterapia transcutanea è relativo all'uso di applicatori specifici che contribuiscono a determinare le caratteristiche fisico-geometriche del fascio di elettroni (qualità, output, omogeneità, ecc.). Tali applicatori sono generalmente realizzati in materiale plastico (es. Polymethylmethacrylate, PMMA) e sono in genere a sezione circolare, con diametri compresi tra 3 cm e 10 cm, o di sezione rettangolare o ellittica per particolari trattamenti. Gli applicatori a sezione circolare possono avere la parte terminale obliqua, cioè inclinata rispetto all'asse geometrico del fascio, con angoli compresi tra 15° e 45° (applicatori angolati). La lunghezza dell'applicatore, che può dipendere dalla sua dimensione, determina la distanza sorgente-pelle. Un ulteriore motivo che differenzia la IORT rispetto alla radioterapia transcutanea è relativo all'uso di applicatori specifici che contribuiscono a determinare le caratteristiche fisico-geometriche del fascio di elettroni (qualità, output, omogeneità, ecc.). Tali applicatori sono generalmente realizzati in materiale plastico (es. Polymethylmethacrylate, PMMA) e sono in genere a sezione circolare, con diametri compresi tra 3 cm e 10 cm, o di sezione rettangolare o ellittica per particolari trattamenti. Gli applicatori a sezione circolare possono avere la parte terminale obliqua, cioè inclinata rispetto all'asse geometrico del fascio, con angoli compresi tra 15° e 45° (applicatori angolati). La lunghezza dell'applicatore, che può dipendere dalla sua dimensione, determina la distanza sorgente-pelle.