فصل دوم
مشخصات فیزیکی و زیستی پروتون‌ها و روش به‌کارگیری آن‌ها در سیستم‌های پروتون‌تراپی
۲-۱- تاریخچۀ پروتون‌تراپی
پرتودرمانی نقش مهمی در درمان سرطان ایفا می‌کند و بعد از جراحی، رایج‌ترین و موفق‌ترین شکل به‌کار گرفته شده برای درمان است. بیش از ۵۰% بیماران با تومورهای بدخیم، با این‌روش مداوا می‌شوند[[۶۷]]. همان‌طور که بیان شد، در پرتودرمانی، مسئلۀ مهم، تحویل دوز به روشی است که به طور ایده‌آل برای حجم هدف، ۱۰۰% دوز مورد نیاز جهت از بین رفتن سلول‌های سرطانی فراهم شود؛ درحالی که دوز بافت سالم اطراف، صفر باشد. در عمل و در پرتودرمانی خارجی، این مسئله به دلیل توزیع دوز بخش ورودی تابش، ممکن نیست. طی ۵۰ سال گذشته، پیشرفت‌های زیادی برای بهبود سیستم تحویل دوز به سمت موقعیت ایده‌آل صورت گرفته که منجر به افزایش میزان کنترل دوز شده است.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
استفاده از ذرات باردار و سنگین در پرتودرمانی و نقش مؤثر آن‌ها در درمان سرطان، اولین بار در سال ۱۹۴۶ توسط رابرت ویلسون[۶۸] طی بررسی مشخصات توزیع دوز پرتوهای پروتون پیشنهاد شد [[۶۹]]؛ در واقع دلیل اصلی برای استفاده از این ذرات، نحوۀ تخلیۀ دوز آن‌ها است. زمانی که پرتوهای پروتون با ماده برهم‌کنش می‌کنند، دوز نسبتاً کمی در مناطق سطحی از مسیر ذره تخلیه می‌شود و در نزدیکی انتهای برد، دوز با شیبی بسیار تند افزایش می‌یابد؛ لذا در راستای عمق، پیکی به نام پیک براگ ایجاد می‌شود که بعد از آن، دوز به‌صورت ناگهانی به صفر افت پیدا می‌کند؛ بنابراین دوز بالایی از تابش یونیزان به تومور عمقی تحویل داده می‌شود؛ درحالی که بافت‌های سالم اطراف، دوز اضافه‌ای دریافت نمی‌کنند و تقریباً هیچ دوزی هم به بافت‌های سالم بعد از تومور نمی‌رسد. پیشنهاد ویلسون برای استفاده از پروتون‌ها و گسترش آن به استفاده از یون‌های سنگین، برپایۀ فیزیک شناخته شدۀ ذرات باردار صورت گرفته است. ویلسون همچنین چند مفهوم نو‌آورانه ارائه داد که در تحویل پرتوهای پروتون به تومور استفاده می‌گردد. یکی از این مفاهیم، استفاده از چرخ مدولاسیون برد برای تولید پهن‌شدگی پیک براگ (SOBP)[70] است تا تومورهای بزرگ‌تری را نسبت به آن‌هایی که می‌توانند با پیک براگ‌های اولیه درمان شوند، تحت پوشش قرار دهد.
مشابه فوتون‌تراپی، پیشرفت در پروتون‌تراپی با پیشرفت فناوری شتاب‌دهنده گره خورده است؛ از این‌رو اولین استفاده از پرتوهای پروتون برای درمان بیماران، توسط توبیاس[۷۱]، لارنس[۷۲] و دیگران به‌وسیلۀ سیکلوترون ۱۸۴ اینچی در لابراتوار لارنس در برکلی (LBL)[73] در اواسط دهۀ ۱۹۵۰ انجام شد. آن‌ها غدۀ هیپوفیز را با پرتوهای عبوری از مغز، درمان و از روش‌هایی برای توقف ذره در تومور و تشکیل پیک براگ استفاده کردند. در سال ۱۹۵۷، گروه LBL با بهره گرفتن از همین سیکلوترون، یون‌های هلیوم را نیز برای درمان سرطان شتاب دادند. با این سیکلوترون بیماران تا سال ۱۹۹۲ درمان می‌شدند.
در اواخر دهۀ ۱۹۵۰، لارسون[۷۴] و لکسل[۷۵] در انستیتوی گاستاف ورنر[۷۶] در آپسالای سوئد روی روش‌های توسعه یافتۀ رادیوجراحی با بهره گرفتن از پرتوهای پروتون برای درمان تومورهای مغز کار کردند. آن‌ها برای اولین بار از مدولاسیون برد استفاده نمودند تا منطقه‌ای یکنواخت از دوز در طول مسیر پرتو یا همان SOBP را ایجاد نمایند؛ همچنین از اسکن پرتو به‌منظور تولید میدان‌های درمانی بزرگ در بعد عرضی استفاده کردند. در سال ۱۹۸۰، انستیتوی ملی در علوم رادیولوژی در شیبای ژاپن، سیستم اسکن نقطه‌ای برای تحویل پروتون در درمان را توسعه داد. اولین بیمارستان جهان برپایۀ پروتون‌تراپی نیز یک مرکز سیکلوترون با انرژی کم (MeV 72-62) برای درمان تومورهای چشم در کلتربریج انگلستان در سال ۱۹۹۰ بود. جدول۲-۱، فهرستی از تجهیزات درمانی پروتون‌تراپی و تعداد بیماران درمان شده به‌وسیلۀ آن‌ها را نشان می‌دهد. تعداد بیماران درمان شده با بهره گرفتن از پروتون تا پایان سال ۲۰۱۰ در حدود ۷۴۰۰۰ نفر در ۲۷ مرکز پروتون‌تراپی در سراسر جهان گزارش شده است [[۷۷]].
جدول ۲‑۱٫ فهرستی از مراکز پروتون‌تراپی [۳۳]
مراکز پروتون‌تراپی
مختص درمان تومورهای چشمی
اولین بیمار
آخرین بیمار
تعداد بیماران درمان شده
Berkeley 184, California
۱۹۵۴
۱۹۵۷
۳۰
Uppsala_1, Sweden
۱۹۵۷
۱۹۷۶
۷۳
Cambridge (Harvard), Massachusetts
۱۹۶۱
۲۰۰۲
۹۱۱۶
Dubna (JINR_1), Russia
۱۹۶۷
۱۹۹۶
۱۲۴
