Medicínske urýchľovače majú pomerne dlhú históriu, poznáme ich takmer 90 rokov. Dnes nám v rádioterapii pomáhajú najmä diagnostikovať nádorové ochorenia. Napriek tomu, že sú podľa profesora Máriusa Pavloviča z Ústavu jadrového a fyzikálneho inžinierstva STU v Bratislave už “vyšperkované”, vie si predstaviť prelomové zmeny pri využívaní supravodivých technológií alebo urýchľovače nabitých častíc v plazme.

Nemáme urýchľovač na protóny alebo ióny

Ako si môžeme predstaviť taký medicínsky urýchľovač a na čo slúži?

Samotný urýchľovač si môžeme predstaviť ako trubicu, z ktorej je vyčerpaný vzduch a v ktorej je vhodnými elektródami vytvorené elektrické pole. Nabité častice vytvorené v iónovom zdroji alebo v elektrónovom dele sú týmto elektrickým poľom „unášané“ a urýchľované na pomerne vysoké energie, aby boli schopné prenikať telom pacienta k nádoru. Medicínske urýchľovače sa vyznačujú tým, že urýchľujú také častice a na také energie, ktoré sú vhodné na ožarovanie nádorov. Najčastejšie sú to elektróny, protóny alebo niektoré ľahké ióny. Elektróny sa dajú konvertovať na tzv. brzdné žiarenie presne tak isto ako v RTG prístroji, len energie tohto brzdného žiarenia sú vyššie v porovnaní s RTG. Typické energie sú desiatky MeV v prípade elektrónov a brzdného žiarenia a niekoľko stoviek MeV v prípade protónov a ľahkých iónov. Pre porovnanie, elektróny s takouto energiou sa už pohybujú prakticky rýchlosťou svetla a protóny a ľahké ióny rýchlosťou 60 – 70% rýchlosti svetla. V RTG prístroji je energia elektrónov len okolo 100 keV. Ostatné parametre a konštrukčné prevedenie medicínskych urýchľovačov sú optimalizované na tento jediný účel – ožarovanie nádorov – a prispôsobené pre prevádzku v nemocničnom prostredí.

Máme na Slovensku medicínske urýchľovače? 

Na Slovensku funguje viacero rádioterapeutických pracovísk rutinne využívajúcich viaceré elektrónové medicínske urýchľovače, t.j. také medicínske urýchľovače, ktoré na ožarovanie nádorov využívajú elektróny a/alebo nimi generované brzdné žiarenie. Takéto urýchľovače sú komerčne bežne dostupné a patria do tzv. konvenčnej rádioterapie.

Medicínsky urýchľovač na protóny alebo ľahké ióny na Slovensku nemáme. Najbližšie sú v Prahe (protóny) a vo Wiener Neustadt (protóny, ľahké ióny). Tieto urýchľovače sú považované za predstaviteľov tzv. nekonvenčnej, t.j. ešte „relatívne“ novej rádioterapie. Relatívne preto, lebo táto nekonvenčná rádioterapia už má za sebou cca 70-ročný vývoj. V roku 1993 bol v USA uvedený do prevádzky prvý protónový urýchľovač v nemocnici. Takže protónová rádioterapia ako nie experimentálna, ale klinická metóda má už tiež za sebou cca 25-ročnú históriu. Dnes sú už aj protónové medicínske urýchľovače komerčne dostupné. Sú však nepomerne drahšie ako tie elektrónové a vyžadujú aj podstatne väčšie priestory. Isté plány na vybudovanie podobného urýchľovača boli a sú aj na Slovensku, ale zatiaľ neboli úspešné.

Rozmach cyklotrónov v nemocniciach

Laicky rozumiem tomu, že urýchľovač „vyprodukuje“ rádionuklidy, ktoré sa dajú využiť v nukleárnej medicíne. Ako sa však z týchto rádioizotopov stane naozaj „liek“, ktorý sa dá aplikovať? Ako sa z urýchľovača dostane „liečivo“ k pacientovi?

Tu ide o nedorozumenie. Týmto urýchľovačom, ktoré spomínate, nezvykneme hovoriť „medicínske“, ale „produkčné“. Ich využitie je síce v nukleárnej medicíne, nie však na rádioterapiu, ale hlavne na diagnostiku. Podľa doby polpremeny vyrábaného rádionuklidu môžu, ale aj nemusia byť umiestnené v nemocnici. Ak je doba polpremeny dostatočne dlhá (napríklad 18F ju má niečo menej ako dve hodiny), môžu byť umiestnené na samostatnom externom pracovisku, odkiaľ sú potom rádiofarmaká distribuované do nemocníc. Rádiofarmakum vznikne tak, že rádionuklid vyrobený v terčíku urýchľovača sa chemickou cestou na špeciálnom pracovisku a špeciálnymi technológiami zabuduje do vhodnej látky, ktorá spĺňa parametre liečiva. V tejto podobe sa potom podá pacientovi. Aj keď sa používa termín „liečivo“, táto látka pacienta nelieči, iba umožňuje sledovať vybrané procesy v tele. Hovoríme o tzv. funkčnej diagnostike, kedy nejde o zobrazenie tvaru orgánov, ale o zobrazenie procesov, ktoré v týchto orgánoch prebiehajú. Na to slúži práve spomínané rádiofarmakum, ktoré obsahuje vhodný rádioaktívny prvok. Sledovaním žiarenia, ktoré je generované pomocou tohto rádioaktívneho prvku, môžeme potom sledovať „osud“ príslušnej látky, ktorá je týmto rádioaktívnym prvkom označkovaná, v tele pacienta.

Prvé cyklotróny boli skonštruované pred skoro už 90 rokmi. Odkedy sa začali naplno používať?

No naplno sa začali používať hneď, aj keď primárne na výskumné účely v jadrovej fyzike. Postupne prechádzali aj do aplikácií v medicíne. Pre ilustráciu, prvý cyklotrón bol skonštruovaný v roku 1932 a na rádioterapeutické účely bol použitý už v roku 1938, samozrejme, v experimentálnych laboratórnych podmienkach. Prudký rozmach cyklotrónov priamo skonštruovaných na rádioterapeutické účely a inštalovaných v nemocniciach nastal približne v poslednej dekáde minulého storočia.

Prudký rozmach cyklotrónov priamo skonštruovaných na rádioterapeutické účely a inštalovaných v nemocniciach nastal približne v poslednej dekáde minulého storočia.

Obavy zo žiarenia sú podobné strachu z lietania

Mala verejnosť obavy, aby sa v medicíne využívali urýchľovače?

Vo všeobecnosti však platí, že verejnosť má vždy obavy zo všetkého, najmä z toho, čo nejako súvisí s „jadrovými“ technológiami. Je to podobný psychologický efekt ako obavy z lietania lietadlom. Človek sa v lietadle jednoducho cíti úplne bezmocný a plne odkázaný na stroj a pilota. Navyše je to suchozemský živočích. Nielen jeho telo, ale ani jeho psychika nie sú uspôsobené na lietanie a pobyt vo výškach všeobecne. Veď stačí vyliezť pár metrov na rebrík a už máme závrat. Treba preto spáliť všetky rebríky a zakázať ich výrobu a používanie? Podobne je to aj so žiarením. Hoci rádioaktívne prvky boli, sú a aj budú nedeliteľnou súčasťou našej prírody (a vesmíru všeobecne), žiarenie je neviditeľné, neupozorňuje nás hlasným trúbením na svoju prítomnosť a jeho vlastnosti sú laickej verejnosti pomerne málo známe. Nie sme vybavení zmyslami, ktoré by ho boli schopné priamo vnímať, preto nám pripadá tajuplné, nebezpečné, „zákerné“ či „démonické“. Veď aj potme sa človek bojí, lebo nemá informáciu, na ktorú je zvyknutý. Nevidí, nemôže zrakom vnímať svoje okolie tak, ako je zvyknutý. Reakcia – bojí sa tmy. Preto – celkom logicky – aj žiarenie vzbudzuje obavy.

Žiarenie je neviditeľné, neupozorňuje nás hlasným trúbením na svoju prítomnosť a jeho vlastnosti sú laickej verejnosti pomerne málo známe.

Poznáme viaceré druhy urýchľovačov, najmä kruhové a lineárne, potom sú tu  ešte synchrónne. Aký je v nich rozdiel? Má niektorý z nich lepšie uplatnenie?

Jednotlivé druhy urýchľovačov sa líšia len konštrukčným usporiadaním a technickým spôsobom toho, ako využívajú základný fyzikálny princíp – urýchľovanie nabitých častíc elektrickým poľom. Z pohľadu užívateľa to nie je podstatné. Každý z nich je vhodný pre istú oblasť energií a druh častíc. Pre elektróny sa najlepšie hodí lineárny rezonančný urýchľovač, pre protóny cyklotrón a pre ľahké ióny synchrotrón. Keď potrebujete odviezť dva balíky, postačí vám osobné auto, keď potrebujete sťahovať nábytok, musíte použiť nákladné auto, aj v motoroch osobného a nákladného auta sú isté rozdiely, ale princíp je rovnaký.

Medicínske urýchľovače sa mi ako prvé spájajú s liečbou rakoviny. Slúžia len na boj proti karcinómu alebo sa dajú použiť aj na niečo iné?

Je to otázka názvoslovia. Spravidla „medicínske“ urýchľovače slúžia na rádioterapiu a „produkčné“ urýchľovače na výrobu rádiofarmák. Spolu teda urýchľovače využívané v medicíne slúžia aj na terapiu (predovšetkým nádorových ochorení) aj na produkciu rádiofarmák pre funkčnú diagnostiku, a to nielen onkologických, ale aj neurologických, kardio-vaskulárnych a iných ochorení. Okrem toho rádiofarmaká slúžia aj na výskum, napríklad vývoj nových liekov, identifikácia funkčných centier mozgu, a pod.

Máme sa lepšie? Asi áno, ale čo generácie po nás?

Majú urýchľovače, resp. rádioterapia, RTG prístroje, tomografia (najmä tiež magnetická rezonancia) podiel na tom, že oproti minulosti je lepšia kvalita zdravia, resp. že sa zvyšuje priemerná dĺžka života? Môže nukleárna medicína za to, že sa v našej časti zemegule máme „lepšie“ a dožívame sa vyššieho veku?

Obávam sa, že môžem súhlasiť iba s úvodzovkami pri slove „lepšie“. Je zrejme veľmi problematické (ak nie priamo nemožné) objektívne ohodnotiť také komplexné fenomény akými sú „kvalita zdravia“, „kvalita života“ alebo dokonca „šťastie“. Samozrejme, možno sledovať rôzne štatistické ukazovatele (napríklad priemernú dĺžku života), realizovať rôzne prieskumy a ankety a podobne, ale ich výsledky sú vždy len fragment zo zložitého kontextu a ich interpretácia je vždy veľmi otázna.

Osobne mám problém nahovoriť si – alebo lepšie povedané, nechať sa presvedčiť, – že spoločnosť, ktorá vymiera, práve zažíva „rozmach a pokrok“ a teší sa nebývalému „rozkvetu“. Ak priemerný počet detí na jeden rodičovský pár je menší ako dve, tak je neodškriepiteľné, že spoločnosť „sa rozrastá“ geometrickým radom s kvocientom menším ako jedna. Čo to v praxi znamená, musí byť jasné každému, kto má elementárne znalosti z matematiky. Nie je to progres, ale regres. A nepomôže ani rétorický smog, v ktorom sa to vyjadruje približne ako „dlhodobo nepriaznivá rámcová strategická prognóza krivky geo-politického, sociálno-ekonomického a regionálneho vývoja demografickej štruktúry populácie znalostnej spoločnosti“.

Osobne mám problém nechať sa presvedčiť, že spoločnosť, ktorá vymiera, práve zažíva „rozmach a pokrok“ a teší sa nebývalému „rozkvetu“. Ak priemerný počet detí na jeden rodičovský pár je menší ako dve, tak je neodškriepiteľné, že spoločnosť „sa rozrastá“ geometrickým radom s kvocientom menším ako jedna.

Tzv. „vyspelá“ spoločnosť zažíva neodškriepiteľný a vskutku impozantný technický pokrok, ktorý je však v protiklade s morálnym úpadkom. História nás učí, že to nie je len náš problém a problém dnešných vyspelých civilizácií. Je to fenomén, ktorý história zažila v rôznych častiach sveta už x-krát a ktorý je zrejme zákonitou súčasťou periodického charakteru vývoja spoločnosti. Technický pokrok je úžasná, fascinujúca vec, ale bez podpory v morálnom nastavení spoločnosti sa stáva v tom lepšom prípade samoúčelným, v tom horšom zhubným a ničivým. Áno, my sa máme (momentálne, asi) lepšie, ale ako sa budú mať generácie, ktoré prídu po nás? To nie je otázka vyspelosti medicínskych technológií, to je otázka elementárnej zodpovednosti a morálky v spoločnosti.

V čom ešte vidíte budúcnosť a potenciál medicínskych urýchľovačov?

Samotné medicínske urýchľovače sú už pomerne „vyšperkované“ a prelomové zmeny by mohlo priniesť rutinné využitie supravodivých technológií, vďaka ktorým by sa tieto urýchľovače, resp. niektoré ich komponenty stali podstatne menšie, kompaktnejšie. Dnes sme toho svedkami pri malých, kompaktných supravodivých cyklotrónoch pre protónovú terapiu, v Japonsku vlani uviedli do prevádzky aj prvú supravodivú gantry pre ľahké ióny. Ďalšie zdokonalenia sa budú určite týkať systémov formovania a rastrovania zväzku (tzv. beam delivery systems) a rádiobiológie, t.j. lepšieho, hlbšieho pochopenia a modelovania biologickej odozvy živých tkanív na ožarovanie nabitými časticami. K novátorským prúdom patria aj pokusy o využitie tzv. FFAG (t.j. fixed-field alternating gradient) urýchľovačov a v budúcnosti snáď aj urýchľovania nabitých častíc v plazme. Nechajme sa prekvapiť …

Študuj na ÚJFI

Neboj sa! My ťa všetko naučíme. Stačí vyplniť prihlášku.

Ak máš záujem študovať na Fakulte elektrotechniky a informatiky Slovenskej technickej univerzity v Bratislave, zameranie jadrové a fyzikálne inžinierstvo, je potrebné podať si prihlášku.

PRIDAJTE KOMENTÁR

Prosíme, vložte svoj komentár
Tu uveďte svoje meno

Táto webová stránka používa Akismet na redukciu spamu. Získajte viac informácií o tom, ako sú vaše údaje z komentárov spracovávané.