Il termine Brachiterapia indica una speciale tecnica di radioterapia (dal greco “brachy”,” corto”) nella quale delle sorgenti radioattive sono poste all’interno o in prossimità del tessuto tumorale. Per questo motivo essa è definita anche radioterapia interna o da contatto diretto.
Nella brachiterapia le dosi di radiazione vengono rilasciate su piccole distanze con alti gradienti di dose in modo da colpire in maniera mirata il tessuto tumorale minimizzando al contempo i danni ai tessuti sani circostanti.
Il trattamento di brachiterapia prevede di posizionare molto vicino all'area cancerosa delle sorgenti di radiazioni molto piccole tipicamente costituite dal radioisotopo Iridio 192 (Ir192 ) (Fig.1). Quando il radioisotopo utilizzato rilascia alti ratei di dose come nel caso dell'Ir192 la brachiterapia viene definita HDR (High Dose Rate).
Figura 1: sorgente di Ir192
Ogni tecnica di brachiterapia, in base alla struttura anatomica da irradiare, prevede l’uso di dispositivi, chiamati applicatori, che hanno lo scopo di veicolare e alloggiare la sorgente radioattiva nella sede di trattamento e di mantenerne la corretta posizione per tutta la durata della terapia.
Quando la brachiterapia viene utilizzata per il trattamento di lesioni cutanee estese, l'applicatore standard oggi utilizzato è il Freiburg Flap: un applicatore flessibile che consiste in un tappetino composto da sferette (5mm di raggio) in silicone caratterizzate da un canale mediale per il passaggio del radioisotopo al suo interno attraverso specifici cateteri (Fig.2).
Per ogni paziente, questo tappetino viene sagomato ad-hoc secondo la geometria del sito anatomico da trattare; tuttavia, data la dimensione delle sferette esso presenta una scarsa aderenza alla cute nel caso di strutture anatomiche con curvature complesse (naso, labbro, orecchio) e fornisce una distanza fissa (5mm) e non regolabile tra la sorgente radioattiva e la cute del paziente. La preparazione del tappetino per ogni specifico trattamento cutaneo richiede inoltre la gestione da parte di uno staff esperto adeguatamente formato.
Figura 2: (sinistra) tappetino Freiburg flap corredato di cateteri ; (destra) esempio di preparazione del tappetino Freiburg per un trattamento della cute di un arto
In particolare, la scarsa aderenza del tappetino alla superficie anatomica del paziente può portare alla presenza di vuoti d’aria, che possono compromettere la riproducibilità del trattamento nelle varie sedute e un non adeguato rilascio della dose designata sul target.
Tutto ciò ha messo in luce l’esigenza di avere applicatori per brachiterapia cutanea HDR completamente personalizzati per ogni paziente, che consentano alta aderenza alla superficie da trattare anche su anatomie con curvature complesse, alta riproducibilità nel posizionamento, una definizione personalizzata dei percorsi dei cateteri in termini di spaziatura e distanza dalla cute per una ottimale riuscita del trattamento.
Le tecnologie 3D di progettazione CAD e manifattura additiva (AM) si presentano come un valido strumento per la modellazione e creazione di applicatori personalizzati.
Figura 3: esempio di applicatore per brachiterapia cutanea HDR modellizzato tramite software CAD con appositi percorsi per cateteri ottimizzato per irradiare il target evidenziato in rosso
Il Reparto di Fisica Medica e Radioterapia dell’ospedale “S.G. Moscati” di Taranto in collaborazione con il team di CreaMED ha scelto di utilizzare un workflow completamente digitale per la progettazione (Fig.3) e la fabbricazione di applicatori per la brachiterapia cutanea HDR, utilizzando specifici software di segmentazione e progettazione CAD e tecnologia di stampa FFF con la stampante 3D UltiMaker S5 con filamento flessibile TPU 95A (Fig.4).
Figura 4: Stampante 3D UltiMaker S5 e filamento TPU 95A utilizzato per la stampa dell'applicatore personalizzato di brachiterapia HDR opportunamente modellato per un trattamento ottimale.
I risultati di questo progetto sono stati presentati al 12° Congresso Nazionale AIFM (Associazione Italiana di Fisica Medica e Sanitaria) 2023 evidenziando tutti i vantaggi riscontrati rispetto ad un convenzionale Freiburg Flap, i limiti della tecnologia e gli obiettivi futuri volti a migliorare il workflow.
L'applicatore è stato studiato da un punto di vista geometrico e dosimetrico.
La caratterizzazione geometrica dell'applicatore consiste in primis nella valutazione visiva della corretta stampa del pezzo in caso di presenza di errori nella deposizione di strati o vuoti d’aria. Per ovviare a questo risultato è stato impostato nel software di slicing un infill al 100% di densità a geometria concentrica. Successivamente è stata valutata l'aderenza del pezzo stampato alla superficie del paziente/fantoccio.
La caratterizzazione dosimetrica prevede, invece, il confronto tra la dose pianificata e la dose erogata, effettuata tramite analisi di pellicole radiocromiche in un setup di irraggiamento semplificato.
Mettendo a confronto il classico tappetino Freiburg Flap con un applicatore specifico stampato in 3D, dal punto di vista geometrico si osserva che con l'applicatore stampato 3D si ha una importante riduzione dei volumi d’aria tra superficie del paziente ed applicatore, come si può osservare dall'analisi delle immagini tomografiche (immagini CT) acquisite a confronto (Fig.5)
Figura 5: Caratterizzazione geometrica di applicatore HDR stampato 3D per trattamenti di lesioni cutanee a confronto con standard Freiburg
Anche dal punto di vista dosimetrico l'applicatore 3D mostra dei vantaggi in termini di copertura della lesione cutanea e risparmio degli organi critici posti nelle vicinanze se messo a confronto con un applicatore Freiburg standard (Figura 6).
Il TPU utilizzato per la realizzazione dell'applicatore presenta inoltre una densità prossima a quella dell'acqua: questo è un requisito fondamentale per garantire la corretta applicazione del formalismo TG 43 su cui si basano i calcoli per la realizzazione del piano di trattamento di brachiterapia.
Figura 6: Pianificazione del trattamento per la copertura della stessa lesione utilizzando a confronto un applicatore stampato 3D (sinistra) e un tappetino Freiburg standard (destra)
Questo studio ha messo in evidenza che l’applicatore stampato 3D risulta geometricamente accurato, garantisce massima personalizzazione della terapia, moderati tempi di fabbricazione con tempi di stampa tra le 2 e le 11 ore a seconda della dimensione della regione da trattare, alta riproducibilità del setup e maggiore ergonomia per il paziente.
Tuttavia, da questo studio sono anche emersi alcuni limiti che pongono le basi per le sfide future in previsione di migliorare l’implementazione clinica per i casi complessi, come identificare nuovi materiali più flessibili per una maggiore aderenza anche nel caso di siti anatomici con curvature complesse e la possibilità di combinare nell’applicatore un sistema di dosimetria in vivo.
Fonte: Congresso AIFM 2023
