RADIOACTIVITEIT IN DE GENEESKUNDE

EEN STRALENDE GENEESKUNDE

 Gebruik van Radioactiviteit in het Ziekenhuis

 

 Jan Van Dam

—————————————————————————————————————————

INHOUD

Voorwoord

Hoofdstuk I – Ontdekking van radium en eerste therapie

         I.1. Ontdekking van radium

         I.2. Eerste therapeutisch gebruik van radium

 Hoofdstuk II – Biologische actie van gammastralen

         II.1. Fysica van de stralingswerking

         II.2. Vroegtijdige biologische effecten

         II.3. Laattijdige biologische effecten

Hoofdstuk III – Ontdekking van kunstmatige radioisotopen en gebruik in de Radiotherapie

         III.1. Pionierstijd van de externe radiotherapie

         III.2. Ontdekking van de kunstmatige radioactiviteit

         III.3. De kobalttherapie

         III.4. De nieuwe curietherapie

Hoofdstuk IV – Gebruik van radioisotopen in de Nucleaire Geneeskunde

         IV.1. Ontdekking van de scintillatiedetectoren

         IV.2. Begin van de Nucleaire Geneeskunde

         IV.3. De positronemissie tomografie

         IV.4. Therapie met open bronnen

 Hoofdstuk V – Radioactiviteit: een uitdeinende olielaag in het ziekenhuis

         V.1. Gebruik van gesloten bronnen buiten de dienst Radiotherapie

         V.2. Gebruik van open bronnen buiten de diensten Nucleaire                              Geneeskunde of Radiotherapie

         V.3. Gebruik van open bronnen in de ondersteunende laboratoria

 Besluit – Gebruik van radioactiviteit in het ziekenhuis: een wervelende rondedans

————————————————————————————————————————— 

Voorwoord

 Fysica wordt algemeen beschouwd als de koningin der wetenschappen. Zij is de enige discipline die tot doel heeft het ontrafelen van de mysteries van de (levenloze) materie tot op het meest fundamentele niveau. In dit opzicht houdt de Fysica zich dan ook niet bezig met eventuele praktische toepassingen van de opgedane kennis en het verworven inzicht: zo zijn  in de kernfysica de “quarks” (de elementairste bouwstenen van de materie) op zichzelf het voorwerp van studie en niet hun mogelijk nut. Toch zou ons huidig comfort onmogelijk geweest zonder de ontdekkingen in de Fysica: dankzij het genie van Einstein, die de relativiteitstheorie ontwikkelde, beschikken wij nu o.a. over GPS navigatiesystemen en over de – zo omstreden! – kerncentrales; dankzij het baanbrekend werk van Maxwell op gebied van het elektromagnetisme kunnen wij nu de radio beluisteren en televisie kijken.

 A-priori zou men kunnen zeggen dat, gezien het grote aantal praktische toepassingen van de Fysica op de meest diverse gebieden, het eigenaardig zou zijn moest dit ook niet het geval zijn in de Geneeskunde. En inderdaad! Verschillende diagnostische of therapeutische technieken van vandaag steunen op gedane ontdekkingen in de Fysica. Denken wij maar aan de Kernspintomografie (NMR), de ultrasoondiagnostiek of de laserchirurgie.

 Meestal duurt het wel verscheidene jaren vooraleer een ontdekking in de Fysica aanleiding geeft tot enige praktische toepassing. De ontdekking van de x-stralen in 1895 door de Duitse fysicus Wilhelm Konrad Roentgen vormt hierop evenwel een merkwaardige uitzondering: de eerste radioscopie werd immers genomen door Roentgen himself, toen hij zijn hand bij toeval in de x-stralenbundel bracht en de beenderen kon zien op het fluorescerend scherm. Verder bewust experimenteren met de toen zo mysterieuze x-stralen, of “roentgenstralen”, gebeurde ook met de hand van Frau Roentgen en de roentgenopname ervan, waarop men naast het bot ook haar ring kan waarnemen, is een klassieker uit deze pionierstijd. Roentgen heeft de x-stralen eerder bij toeval ontdekt: bij het bestuderen van een ander verschijnsel had hij onbewust de omstandigheden gecreëerd nodig voor het opwekken en detecteren van deze stralen. Roentgen’s genie heeft zich veeleer geuit in het systematisch onderzoeken en achterhalen – op een paar weken tijd! – van de voornaamste karakteristieken van de straling, zonder evenwel haar oorsprong en werking te kunnen begrijpen (er was hiervoor toen te weinig inzicht in de structuur van het atoom voorhanden). In 1901 kreeg Roentgen de eerste Nobelprijs Fysica. Doch reeds tevoren, bijna onmiddellijk na de ontdekking van de x-stralen, begonnen de medici deze stralen te gebruiken om voor de eerste maal binnen in het lichaam van hun patiënten te kunnen kijken, zonder hiervoor de bistouri te moeten gebruiken. Een ware revolutie in de Geneeskunde, meer dan honderd jaar geleden, waarvan wij tot op de dag van vandaag nog de vruchten plukken. En dit dankzij een ontdekking in de Fysica!

Het einde van de 19^e eeuw mag terecht als een gouden tijd voor de Fysica beschouwd worden. Het bleef immers niet bij de ontdekking van de x-stralen. In 1896, slechts een paar maanden na Roentgen’s ontdekking, rapporteerde de Franse fysicus Henri Becquerel aan de Franse Académie des Sciences dat uraniumverbindingen een straling uitzenden – in die tijd even mysterieus als de roentgenstralen (en van dezelfde aard, zoals we later zullen zien) – die juist zoals de x-stralen zwarting kunnen veroorzaken op een film. Deze ontdekking was de eerste van vele latere stappen op een deelgebied van de Fysica dat de naam “Radioactiviteit” kreeg. Evenals de x-stralen gaf de radioactiviteit zeer snel na haar ontdekking aanleiding tot de eerste medische toepassingen. Deze en verdere toepassingen vormen het onderwerp van dit boekje.

 Als medische fysicus ben ik bijna 40 jaar lang bezig geweest met radioactiviteit in het ziekenhuis. Het onderwerp heeft mij zodanig geboeid dat ik zeer graag mijn enthoesiasme zou overbrengen naar iedereen die hiervoor enige interesse heeft. Dit boekje richt zich dan ook tot het brede publiek. Als basiskennis voor de lezer wordt niet veel meer verondersteld dan de atomaire structuur van de materie. De benadering van het onderwerp is gedeeltelijk historisch, omdat ik dacht dat het volgen van de voetsporen van de eerste pioniers verhelderend zou werken. Ik begin dan ook met de ontdekking van de radioactiviteit op het einde van de 19^e eeuw en werk vervolgens over de eerste medische toepassingen, naar de huidige stand van zaken toe. Als algemene benadering begin ik stap voor stap met de ontdekking op het vlak van de fysica en behandel dan de medische toepassingen die eruit voortvloeien.

Geel, november 2007

 Jan Van Dam  

 ————————————————————————————————————————–

HOOFDSTUK I

 ONTDEKKING VAN RADIUM EN EERSTE THERAPIE

 I.1. ONTDEKKING VAN RADIUM

 Het werk van Pierre en Marie Curie

De ontdekking van de x-stralen door Roentgen in 1895 luidde het begin in van een ware “x-stralen manie”. Iedereen, niet alleen de medici, was euforisch over deze wonderlijke stralen waarmee men binnen in het menselijk lichaam kon kijken. Eizona zou deze algemene bejubbeling van de x-stralen tot gevolg gehad hebben dat een minstens zo belangrijke ontdekking in de vergeethoek zou geraakt zijn. Inderdaad, de ontdekking van Becquerel in 1896 dat uranium mysterieuze penetrante stralen uitzendt werd aanvankelijk volledig overschaduwd door de adoratie voor de x-stralen. Gelukkig wekten de miskende uraniumstralen de belangstelling op van Marie Curie. Deze Franse fysicus van Poolse origine begon dus in Parijs de eigenschappen van de uraniumstralen systematisch te onderzoeken. Het gedrag van dit element betitelde zij als “radioactiviteit”. Zij kwam tot de bevinding dat de eigenschappen van de uitgezonden stralen dezelfde bleven voor uranium in vaste en in poedervorm, in vochtige of droge toestand. Ook wanneer het element verwarmd of belicht werd veranderde er niets aan de uitgezonden straling. Zij bevestigde verder Becquerel’s conclusie dat de mineralen met het hoogste uranium gehalte de meest intense straling uitzenden.  Zich hierop baserend stelde zij een cruciale hypothese op, n.l. dat de emissie van de straling een intrinsieke eigenschap is van het uraniumatoom, en dus inherent verbonden is met de atoomstructuur van dit element. Deze hypothese zou revolutionair blijken! Zij zou immers op termijn leiden tot het inzicht dat een atoom geenszins één en ondeelbaar is, maar in feite samengesteld is uit verschillende deeltjes. Inderdaad werd later niet alleen het elektron ontdekt, maar ook het proton en het neutron als bouwstenen van het atoom.

Marie Curie onderzocht alle mogelijke uraniumertsen, waarbij haar echtgenoot Pierre zo geïntrigeerd geraakte door haar werk dat hij zijn onderzoek op kristallen staakte om zijn echtgenote te vervoegen in haar inspanningen. Na een tijd vond het echtpaar dat één bepaald uraniumerts – pekblende (uraniet) – veel radioactiever was dan zuiver uranium zelf. Zij gingen dus op zoek naar dat mysterieuze hoogactieve element dat in dit erts aanwezig was, en gebruikten hiervoor chemische scheidingsprocédés. Omdat de concentratie van dit mysterieuze element in pekblende zo miniem is moesten zij meer dan een ton erts verwerken – en dit in zeer moeilijke en oncomfortabele omstandigheden – om na 3 jaar hard labeur eindelijk één tiende gram te kunnen afzonderen! Groot was echter de beloning: zij hadden een element ontdekt waarvan de uitgezonden straling zo intens is dat het gloeit in het duister en waaraan zij de naam “radium” gaven. In 1898 overhandigden zij hierover een rapport aan de Académie des Sciences, getiteld “Sur une nouvelle substance fortement radio-active, contenue dans la pechblende”. In 1903 kregen Marie en Pierre Curie, samen met Henri Becquerel, de Nobelprijs natuurkunde voor de ontdekking van de radioactiviteit. Na het overlijden van Pierre kreeg Marie hem trouwens een tweede maal in 1911 – deze maal voor scheikunde – voor de ontdekking en het afzonderen uit pekblende van het radium.

 De geschiedenis van radium en van de radioactiviteit is analoog aan deze van X-stralen: hier ook gaat het om een fundamentele ontdekking in de Fysica die vrij spoedig aanleiding gaf tot medische toepassingen. Waar het bij X-stralen echter in eerste instantie om een diagnostische applicatie ging, betrof het hier een therapeutische toepassing. Vooraleer dit te begrijpen moeten wij echter wat dieper ingaan op de fysische eigenschappen van radium en van de uitgezonden straling.

 Fysische eigenschappen van radium

 Verandering van chemische aard

Wanneer een radiumatoom een straal uitzendt verandert het van chemische aard en wordt radon. Vermits radon bij kamertemperatuur gasvormig is spreekt men hier van radongas of -”emanatie”. Elk radium atoom kan dus maar één straal uitzenden en “vervalt” of “desintegreert” daarbij tot radon. De droom van de alchemisten wordt hier dus bewaarheid, helaas slechts gedeeltelijk omdat het nieuwe element geen goud is!

Halfwaardetijd en activiteit

Een aantal radiumatomen zullen niet alle op hetzelfde ogenblik vervallen; wel is het zo dat na 1600 j – de “halfwaardetijd” (“periode”, “halfleven”) – de helft van het oorspronkelijk aantal atomen vervallen zijn.

Men definieert de “activiteit” van een radioactief monster als het aantal desintegraties per seconde. Activiteiten werden vroeger in “curie” uitgedrukt. Eén curie is gelijk aan de activiteit van 1g radium, n.l. 37 miljard desintegraties per seconde. Vandaag is de “curie” vervangen door de “becquerel”, gelijk aan 1 desintegratie per seconde. De activiteit van 1 g radium is dus 37 miljard becquerel of 37 “gigabecquerel” (37 GBq).

Veronderstellen wij een radioactief monster dat een hoeveelheid radium bevat, goed voor een activiteit van 100 miljoen becquerel (100 “megabecquerel” of 100 MBq). Na 1600 j is deze activiteit nog slechts 50 MBq, na nog eens 1600 j 25 MBq, na nog eens 1600 j 12,5 MBq,…….

 De radiumstraling

Op het ogenblik van de ontdekking van het radium begreep niemand de oorsprong noch het gedrag van de uitgezonden mysterieuze straling. Deze ontsnapt aan al onze zintuigen: wij zien, horen, voelen noch ruiken ze. Toch heeft zij waarneembare effecten op stralingsdetectoren zoals film of sommige kristallen: na ontwikkeling vertoont de film zwarting en de kristallen lichten op op het ogenblik dat zij door de straling getroffen worden. Het signaal van de stralingsdetector vermindert met de afstand tot de bron, maar zelfs tot op meerdere meters is nog effect waarneembaar. Wanneer men een blad papier interposeert tussen bron en detector heeft dit geen enkele vermindering op het signaal van de detector. Zelfs 1cm plastic of aluminium laten nog heel wat straling door. Om de straling volledig te stoppen heeft men integendeel een centimeterdikke loden plaat nodig: het gaat dus om een zeer penetrante straling!

Later, toen men dankzij Ernest Rutherford (Nobelprijs Scheikunde 1908) en Niels Bohr (Nobelprijs Fysica 1922) meer inzicht had gekregen in de bouw van het atoom, kon men ook de oorsprong van de radioactieve straling achterhalen. Het radiumatoom is namelijk instabiel omdat het een teveel aan energie bezit. De neiging tot “desintegreren” van het radiumatoom komt voort uit de neiging tot kwijtspelen van dit overschot aan energie. Dit gebeurt door uitzending van een gamma-straal, die niets anders is dan een energiegolf die zich door de ruimte voortplant. Gamma-stralen behoren tot de elektromagnetische golven, zoals licht, UV, infrarood, radio-, TV- en microgolven en ook x-stralen. De snelheid waarmee deze golven zich door de ruimte verspreiden is gelijk aan 300.000 km/s in vacuüm. Maar de energie van de golf is zowel voor gamma- als voor x-stralen veel hoger dan voor alle andere soorten elektromagnetische straling.

Wij kunnen nu ook al iets verstaan van het signaal dat de gamma’s kunnen opwekken in stralingsgevoelige detectoren: zij geven namelijk de energie die zij door de ruimte vervoeren geheel of gedeeltelijk aan de detector af. Bij filmdetectoren wordt deze energie gebruikt om zilverbromide moleculen te activeren, wat bij ontwikkeling aanleiding geeft tot filmzwarting. Bij fluorescente kristallen wordt de energie die het kristal uit de straling heeft opgenomen onmiddellijk uitgestraald onder de vorm van licht.

 Echter niet alleen op levenloze detectoren kunnen gamma-stralen effecten teweegbrengen, maar ook op levende materie.

                I.2. Eerste therapeutisch GEBRUIK VAN RADIUM

 Gevaarlijke straling

De Curies en andere pioniers op het vlak van de radioactiviteit waren totaal in de ban van het nieuw ontdekte fenomeen en experimenteerden er dan ook druk op los. Hun enige bekommernis was de eigenschappen van radium en zijn straling zo volledig en nauwkeurig mogelijk te achterhalen. Groot was echter hun verwondering toen zij allerhande mysterieuze nare effecten begonnen vast te stellen: rood worden van de huid in verschillende gradaties gaande tot “verbrandingen”, haaruitval ……. Er is ons een plaatje overgebleven van de arm van Pierre Curie, met de “afdruk” van een radiumbron (Fig.I.1).

Geïntrigeerd door deze effecten van radium op de weefsels, begon hij deze op een “wetenschappelijke” manier te bestuderen. Hij legde een radioactieve bron op zijn arm en observeerde de huidletsels die in de volgende dagen en weken optraden! Deze bewuste zelfverminking was karakteristiek voor de toenmalige nonchalantie en zorgeloosheid bij het manipuleren van radioactiviteit. Onderzoekers liepen rond met radiummonsters in de zakken van hun laboratoriumkledij en borgen ze op in de lades van hun bureau’s! De gevolgen waren desastreus en beperkten zich niet tot lokale effecten maar veroorzaakten verschillende overlijdens bij deze pioniers. Pierre Curie zelf werd trouwens zeer ziek als gevolg van zijn gebrek aan enige voorzorg bij de manipulatie van radium. Ware de verstrooide professor niet onder een met paarden voortgetrokken kar verongelukt, de kans zou groot geweest zijn dat de opgelopen bestralingen hem uiteindelijk zouden fataal geworden zijn. Dit alles was te wijten aan een totaal gebrek aan kennis over de actie van radioactieve straling op het menselijk lichaam. En dit was niet het enige rampenscenario! De pioniers van de X-stralen – de eerste radiologen – hebben, mutatis mutandis, hetzelfde meegemaakt zowel bij hun patiënten als bij henzelf. Hun “excuus” was trouwens identiek aan dit bij het gebruik van de radioactiviteit: gebrek aan inzicht en ervaring.

 

 Fig.I.1.- Fotografische opname van de voorarm van Pierre Curie

Geïntrigeerd  door de waargenomen effecten op de huid, teweeggebracht door de radiumstraling, begon Pierre Curie te experimenteren op zijn eigen lichaam. Zo legde hij een radiumbron op zijn voorarm om bewust huidletsels te veroorzaken (uit: Dutreix et al 1998, p224)

Heilzame straling

De waargenomen effecten bij de pioniers toonden aan dat blootstelling aan de straling van radium weefsels kan beschadigen. Waarschijnlijk wegens haar geheimzinnig aspect heeft men echter intuïtief ook allerhande voordelen toegedicht aan de uitgezonden straling. Dit zonder enige wetenschappelijke onderbouw, want men verwarde hierbij “mysterieus” met “miraculeus”! Vrij spoedig deden dan ook allerhande wondermiddelen op basis van radium hun intrede. In bepaalde kuuroorden verscheen het radium”bad” waarin de kurist ondergedompeld werd in radiumhoudend water. Ook radiumkompressen (Fig.I.2) werden geappliceerd.

 

Fig.I.2. – Het radium “kompres”

De laboratoria Pierre Koehren te Straatsburg maakten veel reclame voor hun radiumkompres. Deze werd beschouwd als heilzaam tegen een reeks aandoeningen zoals migraine, arteriosclerose en…appendicitis (uit: Mould 1993, p192).

Hierbij beschouwde men radium als heilzaam tegen een hele reeks aandoeningen gaande van migraine, aderverkalking tot …. appendicitis. Het hoeft geen betoog dat geen enkel helend effect kon aangetoond worden. Integendeel hebben heel wat patiënten van deze therapieën nadelige effecten ondervonden, soms met de dood tot gevolg.

Naast deze anekdotische voorbeelden van “therapeutische” applicaties van radium ontstond gelukkig een meer wetenschappelijk verantwoord gebruik ervan in de Geneeskunde. Men redeneerde hierbij dat, als radioactieve straling schade kon toebrengen aan gezonde weefsels, ze dit waarschijnlijk ook moest kunnen aan zieke weefsels. In 1909 slaagde Marie Curie erin het “Institut du Radium” op te richten. Hier werden de eigenschappen van radium bestudeerd zowel op het vlak van de Fysica als op dit van de toepassingen in Biologie en Geneeskunde. Ondertussen geraakte ook Amerika geïnteresseerd in de medische applicaties van radium.

Men begon radiumbronnen te appliceren op patiënten met gezwellen. Samen met het eerste therapeutisch gebruik van x-stralen luidde dit het begin van de radiotherapie in, het behandelen van patiënten met straling. De eerste succesvolle applicatie gebeurde bij een
7 maand oude baby met een angioom op het voorhoofd. Twee radiumplaatjes werden op het letsel gelegd zodanig dat dit aan een kruisvuur bestraling werd blootgesteld (Fig.I.3). Helaas waren niet alle gevallen even succesvol, verre van!

 

 Fig.I.3 – Eerste kankerpatiënt behandeld met radium 

De eerste kankerpatiënt die succesvol met radium behandeld was een baby van 7 maand met een angioom op het voorhoofd (boven). Het letsel werd aan een kruisvuurbestraling onderworpen bij middel van 2 radiumplaatjes(onder) (uit: Mould 1993, p26)

 

Gaandeweg werd radium meer en meer gebruikt voor het behandelen van kankertumoren.  Radiumapplicatoren werden niet alleen uitwendig aangebracht, maar werden ook ingebracht in natuurlijke lichaamsholte, zoals in de techniek ontwikkeld door Heyman. Hier wordt de baarmoeder opgevuld met een aantal radiumbuisjes (Fig.I.4.).

 

Fig.I.4. – De “Heyman packing” methode

Bij de “Heyman packing” methode wordt de baarmoeder opgevuld met radiumbuisjes (uit: ESTRO 1995, p31)

 Een derde methode bestond in het inprikken van naalden voor het behandelen van gezwellen die zich tot een paar centimeters onder de huid uitstrekken (Fig.I.5.).

 

 Fig.I.5. –Implantatie van radiumnaalden in de hals

Bij deze tumor in de halsstreek werden 6 radiumnaalden ingeplant. De afstanden tussen de 4 parallele naalden bedragen 1 cm (uit: Mould 1993, p131).

De hierboven beschreven therapeutische applicaties behoren tot de curietherapie. Bij deze vorm van radiotherapie staat de radiumbron in rechtstreeks contact met de tumorale weefsels. Met deze bestralingstechniek kunnen echter enkel kleine, oppervlakkig gelegen tumoren behandeld worden. Men zocht echter ook een methode om ook omvangrijkere en dieper gelegen tumoren met radium te behandelen. Op theoretische gronden wist men dat men hiervoor zoveel mogelijk afstand tussen de bronnen en de patiënt moet laten. Deze vorm van radiotherapie noemt men uitwendige radiotherapie of teletherapie. De eerste pogingen met radium hiertoe, in 1920, kunnen echt artisanaal genoemd worden: men gebruikte hierbij naalden en buisjes, die eigenlijk voor de curietherapie ontworpen waren. Men verzamelde deze in een container, voorzien van een bewegingsmechanisme, zodat men de afstand tussen bron en patiënt kon instellen op de gewenste waarde (Fig.I.6.). Het apparaat werd radium”toestel”, -“apparaat” of zelfs –“bom”(!) genoemd. Rond de container met de radiumbronnen werd een zware loden afschermmantel aangebracht, voorzien van een opening waardoor de straling naar buiten kon treden. Het apparaat was verder uitgerust met een sluitingsmechanisme dat zich in ruststand vóór de opening bevond

 De radiumbom is nooit een succesverhaal geworden. Hiervoor waren de praktische nadelen té groot. De maximum radiumhoeveelheden die een toestel kon bevatten was beperkt tot een tiental gram. Zelfs met afstanden van maar een paar centimeters tussen bron en patiënt gaf dit toch nog aanleiding tot bestralingssessies van ettelijke uren!

 

 Fig.I.6. – Apparaat voor “behandeling met radium van op afstand”

Ongebruikte radiumapplicatoren, bestemd voor curietherapie, werden verzameld in een container en gebruikt voor bestraling van patiënten; hierbij was de afstand tussen huid en bronnen niet groter dan een paar cm (uit: ESTRO 1995, p22).

Straling = schadelijk én heilzaam: waarom?

Al doende leert men: stilaan steunde het medisch gebruik van radium minder en minder op intuïtie en begon men het effect op de weefsels te begrijpen. En plots, toen men dacht dat men alles had begrepen, ontploften in 1945 de atoombommen in Hiroshima en Nagasaki en……werd alles terug op de helling gezet!

Het mechanisme van de stralingsactie op de weefsels wordt behandeld in het volgende hoofdstuk.

 ————————————————————————————————————————–

 

HOOFDSTUK II

 BIOLOGISCHE ACTIE VAN GAMMASTRALING

 II.1. Fysica van de Stralingswerking

 Ioniserende straling

 In hoofdstuk I zagen wij dat gammastralen hoogenergetische electromagnetische golven zijn, die zich tegen lichtsnelheid door de ruimte voortplanten. Omdat zij zelf niet materieel zijn worden zij door de materie die zij op hun baan tegenkomen bijna niet waargenomen en kunnen dan ook grote afstanden afleggen zonder ook maar iets van hun energie af te geven. Zo zullen sommige stralen ons lichaam binnendringen en er aan de andere zijde onverzwakt uitkomen. Sommige stralen zullen echter dicht genoeg langs een atoom of molecule scheren om hiermee interactie te kunnen ondergaan. Bij deze interactie geeft de gammastraal een hoeveelheid energie af aan het atoom. Deze energie kan geabsorbeerd worden door één van de baanelektronen die rond de kern cirkelen. Wanneer deze energie voldoende hoog is kan dit elektron het atoom als een vrij elektron verlaten. Dit proces noemt men “ionisatie”; stralingen die het kunnen veroorzaken noemt men “ioniserende stralingen”. Gammastralen zijn dus ioniserend. X-stralen zijn dit ook, maar radio- en TV golven niet.

 Fotoelektrisch effect

Bij sommige ionisaties geeft de gammastraal bij de ionisatie al haar energie aan één elektron af (Fig.II.1.). De gammastraal verdwijnt en het elektron krijgt al haar energie. Zulk proces noemt men het fotoelektrisch effect.

 

 FIG.II.1. – Fotoelektrisch effect 

Bij het fotoelektrisch effect geeft de gammastraal al haar energie af aan een baanelektron van het atoom. De gamma verdwijnt en in de plaats krijgen wij een ionpaar bestaande uit een vrij elektron en een positief ion (uit: Chandra R. 1998, p55).

Compton effect

Bij andere ionisaties geeft de gammastraal slechts een gedeelte van haar energie aan het elektron af (Fig.II.2.). Zij houdt dus nog voldoende energie over om haar weg verder te zetten, evenwel in een andere richting dan de oorspronkelijke (strooïng). Dit effect wordt Compton effect genoemd. Het werd inderdaad ontdekt door Arthur Compton, die hiervoor in 1927 de Nobelprijs Fysica kreeg.

 

 Fig.II.2. – Compton effect

Bij het Compton effect geeft de gamma slechts een gedeelte van haar energie aan een baanelektron. De gamma veranderd van richting (Compton strooiing) en zet haar weg verder met de overblijvende energie (uit: Chandra R. 1998, p56).

 II.2. Vroegtijdige Biologische Effecten

Effect van bestraling op weefsels

Celdeling

Gammastralen en x-stralen wekken ionisaties op zowel in inerte als in levende materie. In levende materie kunnen ze echter, zoals we zagen in hoofdstuk I, zowel zieke als gezonde weefsels beschadigen. Om dit te begrijpen moeten wij kijken welke mechanismes actief zijn in een weefsel. Elk weefsel of orgaan is opgebouwd uit een reusachtige hoeveelheid cellen. De soort cel is karakteristiek voor het weefsel in kwestie: levercellen zijn anders en hebben een andere functie dan huidcellen. In de meeste weefsels onderscheiden wij diverse types van cellen, die elk een eigen rol vervullen. Wij kunnen bijv. kijken naar de mechanismes die werkzaam zijn in de huid, het orgaan waarop de eerste schadelijke stralingseffecten werden waargenomen. De cellen van de bovenste laag van onze huid, de “keratinelaag”, schilferen voortdurend af door mechanische wrijving (kleding, wassen,…). Moesten er in onze huid niet voortdurend nieuwe cellen worden aangemaakt, dan zou er op de duur geen huid meer overblijven. Ergens in de huid moeten dus nieuwe cellen aangemaakt worden om het verlies te compenseren. Deze aanmaak gebeurt in de “basale stamcellenlaag”, die zich op een gemiddelde diepte van 0,07 mm bevindt. Daar treedt namelijk de celdeling of “mitose” op. Wanneer een stamcel[1] zich deelt, splitst zij zich in 2 identieke dochtercellen
(Fig.II.3.). Een gezonde huid veronderstelt nu een correct evenwicht tussen enerzijds verlies aan keratinecellen en anderzijds aanmaak van nieuwe cellen door de stamcellen. Er mogen dus noch te weinig noch te veel cellen aangemaakt worden.

Het model van de huid kunnen we eigenlijk zeer gemakkelijk doortrekken naar andere weefsels, zoals bijv. het maag- en darmslijmvlies. Dit slijmvlies verliest immers ook voortdurend cellen die door het voedsel of de faeces worden meegetrokken. Ook daar dus  moeten er zich stamcellen delen om het verlies te compenseren. Zowel de huid als maag en darm zijn organen met een zeer hoge celdelingsactiviteit omdat het celverlies zo uitgesproken is. Bij andere weefsels, zoals bijv. het zenuwstelsel, is dit celverlies veel minder uitgesproken en is de celdeling quasi afwezig.

 

 Fig.II.3. – Celdeling

Bij de celdeling splitst de moedercel zich in 2 identieke dochters (uit: Fast 1973, p127) 

DNA

In alle cellen vinden wij een belangrijke organische molecule, het “desoxyribonucleïnezuur” of “DNA”. Deze molecule draagt eigenlijk het geheim van het leven in zich en haar ingewikkelde structuur werd in 1953 achterhaald door Crick en Watson die hiervoor in 1962 de Nobelprijs Geneeskunde kregen. Het belang van deze ontdekking in de Geneeskunde kan vergeleken worden met dit van het Bohr-atoommodel voor de Fysica.

De structuur van het DNA doet denken aan een wenteltrap: ze bestaat uit een keten van 2 strengen waarin fosfaten (P) alterneren met suikers (S) (Fig.II.4.). Op de suikers zijn er 4 verschillende mogelijke basen geënt: adenine (A), thymine (T), cytosine (C) of guanine (G). Tegenover een A op de ene streng zit noodzakelijkerwijze een T op de andere, en tegenover een G zit een C. Deze “opponerende” basen zijn met elkaar verbonden door waterstofbruggen ( – ): A – T, T – A, C – G of G – C. DNA moleculen zijn zeer zware moleculen waarin duizenden en duizenden atomen aanwezig zijn. Speciaal belangrijk is hierbij de “basensequentie”, omdat deze onze genetische eigenschappen bepaalt. De basensequentie in het DNA is uniek voor het individu. Vandaar het kapitaal belang van het DNA bijv. voor het gerechtelijk onderzoek.

Vermits bij de celdeling 2 totaal identieke dochters uit de moedercel ontstaan, moet ook het DNA van de moeder ongewijzigd in de dochters gerepliceerd worden. Dit is enkel mogelijk indien het DNA van de moeder zich ontdubbeld in 2 exacte copieën, één voor elke dochter. Hierbij opent zich de DNA-keten en iedere streng zoekt in zijn omgeving het nodige materiaal om een correcte opponerende streng aan zich te binden (Fig.II.5).

 

 Fig.II.4. – Structuur van DNA 

Schematische voorstelling van een DNA molecule opgebouwd uit paren opponerende basen (uit: Watson 1968, p180)

Effect van ionisaties op het DNA

Wanneer veel ionisaties optreden op dezelfde plaats van een DNA streng kan dit aanleiding geven tot een “ketenbreuk” (Fig.II.6. – Hall). De cel is soms in staat deze breuk zelf te herstellen. Soms loopt dit herstel echter fout en dan blijft de cel over met een gehavend DNA, met een streng die onderbroken is. Normaal ondervindt een cel hier geen last van en kan zij haar functie ongestoord verder blijven uitoefenen. Het effect van DNA-breuken laat zich echter wel voelen bij de stamcellen, op het ogenblik dat deze zich willen delen. De breuken kunnen dan tot gevolg hebben dat deze deling niet kan doorgaan. De cel is dan “dood”, vermits zij niet kan verder leven in haar dochters.

 

Fig.II.5. – De DNA ontdubbeling

Schematische voorstelling van de DNA-ontdubbeling. De 2 ketens van de dubbele schroef maken zich van elkaar los en aan de losse strengen hechten zich de passende complementen (uit: Fast 1973, p144)

Effect van celdood op de weefsels

Huideffecten

Het correct functionneren van organen of weefsels, waarin celverlies optreedt, komt in het gedrang wanneer de stamcellen zich niet meer kunnen delen. Nemen wij terug het voorbeeld van de huid. De huid kan een zekere hoeveelheid straling verdragen zonder dat enig effect zichtbaar wordt. Boven een zekere drempel begint men echter na een paar dagen een lichte verkleuring (“erytheem”) waar te nemen. Indien de huid nog meer gammastralen krijgt wordt deze pigmentatie meer uitgeproken. Bij nog intensere bestralingen vertoont de huid ulceratie (verzwering) en zelfs necrose (afsterven). Deze effecten zijn zeer analoog aan degene die we kunnen ontwikkelen na expositie aan zonnelicht. Iemand die “gebruind” uit verlof terugkomt vertoont pigmentatie. Iemand die zich teveel heeft blootgesteld heeft kan zelfs “verbrandingen” vertonen. Hierbij is het de ultraviolet (UV) straling, die in zonnelicht aanwezig is, die deze effecten veroorzaakt. UV kan inderdaad op niveau van de huid dezelfde effecten als ioniserende straling veroorzaken.

 

Fig.II.6. – DNA ketenbreuken 

Wanneer voldoende ionisaties optreden kunnen gammastralen breuken in de DNA keten veroorzaken. Deze kunnen tot gevolg hebben dat de DNA-ontdubbeling, noodzakelijk voor de celdeling, niet meer kan plaatsvinden (uit: Hall 2005)

Met wat we nu weten over de invloed van straling op weefselniveau kunnen we deze huideffecten gemakkelijk verklaren. Als de huid bij een kleine hoeveelheid straling geen effect vertoont betekent dit dat er maar een paar stamcellen getroffen worden. Door een terugkoppelmechanisme krijgen de niet-getroffen stamcellen de opdracht tijdelijk tot “overmitose” over te gaan tot het verschil met de normale situatie is bijgepast. Pigmentatie treedt op als er zoveel stamcellen getroffen zijn dat het een tijdje duurt vooraleer de overmitose de balans terug in evenwicht kan brengen.  Dit effect is echter maar tijdelijk en na een tijdje krijgt de huid terug haar normaal aspect. Tot groot verdriet van de vakantiegangers verdwijnt de zo duurzaam verkregen bruine vakantiekleur veel te snel! Naarmate de hoeveelheid opgelopen straling toeneemt zullen meer en meer stamcellen gedood worden en zullen de effecten ook verergeren. Vanaf een bepaalde hoeveelheid kunnen de effecten ook niet meer volledig herstelbaar zijn: een huidulceratie zal soms niet volledig herstellen en men kan er littekens (keloïd) aan overhouden. Het ergste effect, huidnecrose, treedt op wanneer de huid zoveel stralen heeft gekregen dat alle stamcellen gedood zijn. Dan is er uiteraard van enig herstel geen sprake meer en moet eventueel tot huidtransplantatie overgegaan worden.

De grote stralingssyndromen

Tenzij massieve huidoppervlakken getroffen worden zullen stralingseffecten op niveau van de huid geen aanleiding geven tot overlijden. Er zijn echter effecten op niveau van andere organen die veel dodelijker kunnen zijn. Twee ervan worden de grote “stralingssyndromen” genoemd. “Syndroom” of “ziektebeeld” betekent in de geneeskunde het geheel van verschijnselen dat met een bepaalde aandoening gepaard gaat. De 2 grote syndromen die het gevolg zijn van bestraling zijn het gastro-intestinaal en het hematologisch syndroom.

Het gastro-intestinaal syndroom treedt op na bestraling van het maag en/of darmslijmvlies. Vermits, zoals we gezien hebben, maag en darm zich op niveau van celverlies en –aanmaak analoog aan de huid gedragen, is het te verwachten dat het effect van bestraling eveneens analogieën vertoont. En inderdaad, wanneer de hoeveelheid straling boven de drempel voor nul-effect uitstijgt, zien wij in stijgende gradatie misselijkheid en diarrhee (stralingskater) optreden. De hiermee gepaard gaande deshydratatie vormt hierbij één van de majeure problemen voor het getroffen individu. Evenals bij de huid zal bij een niet te grote hoeveelheid straling spontaan herstel van de stamcelpopulatie optreden. Wanneer echter te veel stamcellen gedood worden is dit niet meer mogelijk en overlijdt het individu aan deshydratatie en infecties.

Het hematologisch syndroom treedt op na bestraling van het bloed. Het wordt veroorzaakt door de bestraling van de stamcellen van de witte bloedcellen (witte bloedlichaampjes). Het resultaat hiervan is een tekort aan witte bloedcellen (leukopenie). Het hiermee gepaard gaande ziektebeeld is vermindering van de weerstand tegen infecties en van de stollingscapaciteit van het bloed (hemofilie).

Gemeenschappelijke karakteristieken van stralingseffecten

Behalve schade aan de huid, aan het gastro-intestinaal systeem of aan het bloed kan straling nog diverse andere effecten veroorzaken o.a. op het zenuwstelsel of op de geslachtsorganen. Al deze effecten vertonen sommige punten van overeenkomst. Ze treden pas op vanaf een zekere hoeveelheid straling. Hoe hoog deze drempel ligt hangt af van het effect. Verder treden zij relatief snel na de bestraling op en worden dan ook vroegtijdige effecten genoemd.

Al snel begon men bij de fysici en bij de medici (en hun patiënten), die zich met radioactiviteit of x-stralen bezig hielden, meer en meer deze vroegtijdige effecten vast te stellen. De aanvankelijke euforie sloeg bijgevolg al snel om in een stralenfobie. Geleidelijk kwam men echter – zoals meestal – tot een redelijk compromis, gebaseerd op gezond verstand. Stralen waren inderdaad gevaarlijk, maar tegelijkertijd zeer nuttig! Men begon zich tegen straling te beschermen door een aantal elementaire regels, zoals houden van afstand tot de bronnen en gebruik van loden schermen, in acht te nemen. Dit was dan ook het begin van de “Stralingsbescherming” of “Radioprotectie”, toen nog zeer rudimentair maar later evoluerend naar een volwaardige discipline.

Waar men nood aan had was op de een of andere manier de hoeveelheid straling te kunnen meten. Vooral de eerste radiologen, die de desastreuse effecten van de x-stralen op vele patiënten vaststelden, wilden weten na hoeveel stralen deze effecten optreden. In samenwerking met sommige fysici ontwierpen ze de “ionisatiekamer”. Wanneer dit meetinstrument door straling getroffen wordt produceert het een (minuscule) elektrische stroom.  Uit de waarde van deze stroom kan men de dosis (D) afleiden. De dosis wordt uitgedrukt in gray (Gy) en is evenredig met de hoeveelheid gekregen straling. Bij een dosis van 2 Gy worden dus dubbel zoveel stralen gegeven als bij een dosis van 1 Gy. Vroeger werd de dosis in rad uitgedrukt, een eenheid die 100 x kleiner is dan de gray: 1 Gy = 100 rad.

Vermits vroegtijdige effecten pas vanaf een zekere hoeveelheid straling optreden worden ze pas na een zekere dosis, “drempeldosis” genoemd, waargenomen. In Tabel II.1. staan de drempeldosissen aangegeven voor een paar vroegtijdige effecten. Wat hierbij opvalt is dat het relatief belangrijke dosissen betreft, vergelijkbaar met deze die radiotherapiepatiënten ontvangen. Met andere woorden: stralingsbescherming was helemaal niet zo moeilijk. Het was niet nodig de dosis tot nul te herleiden, onder de drempeldosis blijven was voldoende. Dit verklaart dan ook het snel verminderen en zelfs verdwijnen van deze vroegtijdige effecten, toen men elementaire voorzorgsmaatregelen begon te nemen.

 

Tabel II.1. – Drempeldosissen voor 4 vroegtijdige effecten

Drempeldosissen voor 4 vroegtijdige effecten. De in de tabel vermelde waarden zijn gebaseerd op gegevens vermeld in ICRP 1987

Effect van straling op tumoren

Uit hetgeen we gezien hebben op niveau van stralingseffecten op gezonde weefsels volgt eigenlijk automatisch dat stralen kunnen gebruikt worden om kankertumoren uit te roeien. Kanker ontstaat wanneer gezonde cellen “op hol slaan”, ttz zich ongecontroleerd beginnen delen. Vermits ioniserende straling celdeling blokkeert is het evident dat zij een geschikt middel is in de strijd tegen kanker. Meer nog: moesten we erin slagen de straling enkel te concentreren op de tumor en de omliggende gezonde volledig te sparen, dan zouden wij met straling elke kanker kunnen genezen. Dit is uiteraard echter niet mogelijk, daar we er nooit in slagen de dosis aan de gezonde weefsels tot nul te herleiden. Integendeel zullen de hierboven beschreven vroegtijdige effecten op niveau van de gezonde weefsels een beperking stellen aan de dosis die aan de tumor kan gegeven worden, zonder bij de patiënt onaanvaardbare nevenreacties op te wekken. Soms is deze dosis voldoende om de tumor uit te roeien, soms niet en dan moet men overgaan tot andere soorten therapieën (chirurgie, medicamenten,…), eventueel in combinatie met radiotherapie.

 II.3. Laattijdige Biologische Effecten

 Biologische Effecten na Hiroshima en Nagasaki

Leukemie

In 1945 dwongen de Verenigde Staten de overgave van Japan af door het laten ontploffen van de 2 eerste atoombommen uit de geschiedenis, de eerste in Hiroshima, de tweede een paar dagen later in Nagasaki. De ontploffingen zelf veroorzaakten honderdduizenden doden. Tijdens de eerste 6 maanden die hierop volgden werden bij de overlevende Japanners echter tal van ziekteverschijnselen en overlijdens vastgesteld. Deze moeten beschouwd worden als vroegtijdige effecten teweeggebracht door bestraling. Niet enkel radium kan immers radioactieve straling produceren. Bij de kernreacties die met een atoomontploffing gepaard gaan wordt inderdaad een heel gamma aan zeer intense radioactieve straling opgewekt.

Toen de vroegtijdige effecten voorbij waren dacht men dat alle schadelijke gevolgen van de atoomontploffingen uitgewerkt waren. Groot was dan ook de verbazing toen men veel later, ongeveer 2 jaren na de ontploffingen, meer leukemie (bloedkanker) begon vast te stellen. Leukemie ontstaat  wanneer de witte bloedcellen zich ongebreideld beginnen te delen. Deze kanker trad op bij de getroffen Japanners die de gevolgen van de vroegtijdige effecten hadden overleefd. Maar hij trad ook op bij de bevolking die een veel kleinere stralingsdosis hadden gekregen en die geen enkel vroegtijdig effect hadden vertoond, omdat zij onder de drempeldosis waren gebleven! Het effect moet zo duidelijk geweest zijn dat het letterlijk “de ogen uitsprong”, omdat men hiernaar helemaal niet op zoek was. Men dacht inderdaad dat alle effecten van de atoombommen reeds lang uitgewoed waren. Het aantal leukemies nam toe van jaar tot jaar en bereikte zijn maximum ongeveer 7 jaren na de ontploffingen. Hierna begon het langzaam te dalen en op ongeveer 25 jaren na de ontploffingen was het uitgedoofd. Men moest dus de theorieën die men had over de stralingseffecten herzien. Inderdaad waren er niet enkel de voegtijdige effecten, maar was er ook het risico op leukemie die veel later kon optreden. Het vervelende was verder dat leukemie ook kon optreden bij veel lagere dosissen dan de drempeldosissen voor vroegtijdige effecten: de gemiddelde dosis die de Japanners die leukemie ontwikkelden hadden gekregen was ongeveer 0,25 gray. Dit is een dosis die 10 tot 100 maal kleiner is dan de drempeldosissen voor vroegtijdig effect (Tabel II.1.). Radioprotectie was plots veel moeilijker geworden dan men aanvankelijk dacht!

Laattijdige effecten

De ontdekking van de schadelijke gevolgen van ioniserende straling heeft het klassiek pad van vele wetenschappelijke ontdekkingen gevolgd. Na het observeren van bepaalde verschijnselen komt men tot een theorie, die dikwijls gaandeweg moet aangepast worden nadat er bijkomende waarnemingen zijn gebeurd. In verband met straling was de eerste theorie dat deze vroegtijdige effecten konden veroorzaken.  Een paar jaar na Hiroshima en Nagasaki moest men de eerste theorie aanvullen: straling kan niet alleen vroegtijdige maar ook laattijdige effecten, bloedkanker, veroorzaken. Een aantal jaren later moest men echter de theorie opnieuw herzien! Dan verschenen immers bij de getroffen Japanners andere soorten kanker zoals bijvoorbeeld schildklier-, bot-, borst- of maagkanker. Kortom, straling kon niet alleen bloedkanker maar infeite alle soorten kankers opwekken! Men had zich inderdaad laten misleiden door de zeer korte latentieperiode van leukemie. De latentieperiode van een type kanker is de tijd die verloopt tussen de bestraling en het optreden van de eerste kankers. Bij leukemie is deze periode 2 jaar, maar andere kankers kunnen latentieperiodes van 10 jaar en meer vertonen. Ze doven ook veel langzamer uit dan bloedkanker. Nu nog stijgt bij de getroffen Japanners die nog in leven zijn de incidentie van sommige kankers van jaar tot jaar!

Consequenties voor de Radioprotectie

Stralen kunnen dus, ook in “lage” dosis toegediend, de cel stimuleren om over te gaan tot ongecontroleerde deling. Straling kan dus kankertumoren opwekken. Bij “hoge” dosis kunnen stralen eveneens de celdeling blokkeren. Het gaat hier om een fenomeen bekend als de “stralenparadox”. 

Omdat de stralingskankers veel later optreden dan de vroegtijdige effecten heeft men ze “laattijdige” effecten genoemd. Het is evident dat hun ontdekking de radioprotectie een heel stuk moeilijker heeft gemaakt. Voor de vroegtijdige effecten is het immers voldoende onder de drempeldosis te blijven. Zoals blijkt uit Tabel II.1. zijn deze drempels “comfortabel” hoog. Niet zo bij de laattijdige effecten! Hier neemt men aan dat er geen drempel bestaat en dat, hoe hoger de dosis, hoe hoger onze kans om een kanker te ontwikkelen. Theoretisch zou onze dosis nul moeten zijn, maar dit is in de praktijk niet mogelijk. Immers in wat we eten en drinken, ja in ons eigen lichaam is inherent radioactiviteit aanwezig.

Men maakt onderscheid tussen “natuurlijke” en “professionele” blootstelling. De eerste is te wijten aan de radioactiviteit die in de natuur aanwezig is en die we niet kunnen beïnvloeden. De tweede wordt veroorzaakt door het doelbewust gebruik van radioactiviteit voor beroepsdoeleinden. Voorbeelden hiervan zijn de kerncentrales (Doel en Tihange), de nucleaire onderzoekscentra (het Studiecentrum voor Kernenergie te Mol) en ook het gebruik van radioactieve bronnen in de Geneeskunde. Bij de professionele blootstelling is het de taak van de Radioprotectie de opgelopen dosis op een “redelijke” manier minimaal houden.  “Redelijk” heeft hier ook een financiële dimensie. Radioprotectie (afschermingen, geautomatiseerde procédés,..) kost geld. Indien men hiervoor te weinig geld uitgeeft zal de dosis aan de werknemers en het publiek oplopen en zullen er meer kankers optreden. Behandeling van kanker is echter ook zeer duur en wordt, langs het RIZIV om, door de gemeenschap gedragen.

Naast de natuurlijke en de professionele blootstelling heeft men nog een derde soort: de “medische” blootstelling. Hiermee bedoelt men o.a. de blootstelling van de patiënt, die met radioactiviteit behandeld wordt. Hier is de situatie nog veel complexer: de patiënt heeft nood aan de bestraling om van zijn tumor te kunnen genezen. De kunst bestaat erin zoveel mogelijk de tumor selectief te bestralen en hierbij de gezonde weefsels zoveel mogelijk te sparen.

In de volgende hoofdstukken zullen we zien hoe deze algemene principes in de praktijk omgezet worden bij het medisch gebruik van radioactiviteit.

 ————————————————————————————————————————–

HOOFDSTUK III

 ONTDEKKING VAN KUNSTMATIGE RADIOISOTOPEN EN GEBRUIK IN DE RADIOTHERAPIE

 III.1. PIONIERSTIJD VAN DE EXTERNE RADIOTHERAPIE

 Radium

 Externe radiotherapie met een radiumbom gaf ernstige problemen op gebied van klinisch gebruik en radioprotectie. Zoals gezegd in hoofdstuk I was de lage stralingsopbrengst van radium een ernstige handicap. Men moest inderdaad de toestellen laden met een grote hoeveelheid radium om te beschikken over een stralendebiet, ttz het aantal gammastralen per seconde dat uit het toestel komt, dat eigenlijk nog onvoldoende was. De patiënten moesten dus uren onder het toestel liggen vooraleer ze hun dosis gekregen hadden. Dat dit in de klinische praktijk een bijna onoverkomelijke handicap was laat zich gemakkelijk raden. Wanneer de patiënt beweegt is immers de straling niet meer juist gericht! Dit is ongetwijfeld de voornaamste reden waarom het gebruik van radium voor de externe radiotherapie eigenlijk nooit gewerkt heeft en dan ook sinds tientallen jaren volledig verdwenen is.

Buiten deze praktische bezwaren op niveau van het klinisch gebruik geeft radium echter ook zeer zware problemen van radioprotectie. Radium vervalt immers tot radon, een edelgas. Het radon is echter zelf nog radioactief en zendt dus zelf stralen uit. Naarmate er meer en meer radium vervalt stapelt dit radioactief gas zich op en komt in de kop van het radiumtoestel onder hoge druk te staan! De minste lek door de kop is dan voldoende om de atmosfeer in de bestralingsbunker te besmetten. Niet alleen patiënt, maar ook medisch personeel ademen dan een radioactief gas in. Dit gas zal dan o.a. in de longen terecht komen, waar het een risico op longkanker geeft.

Waren er buiten de radiumtherapie geen alternatieve methodes ontwikkeld voor externe radiotherapie, dan zou deze bestralingsmethode reeds lang haar schone dood gestorven zijn en had men zich moeten beperken tot de curietherapie. Vooraleer deze nieuwe methodes te bespreken is het echter aangewezen eerst te kijken naar de roentgenstralen. X-stralentoestellen bestonden immers reeds in de periode van de radiumtoestellen.

Roentgen

 Bijna tegelijkertijd met de ontdekking van de x-stralen kwamen de eerste diagnostische toepassingen: de Radiologie was geboren. Analoog aan het experimenteren en gebruiken van radium, en om dezelfde redenen, zag men de schadelijke effecten op patiënten en medici.
X- stralen zijn immers eveneens ioniserend en men sprong er in het begin even nonchalant mee om als met radium. Ook hier zag men de mogelijkheid om met deze stralen schadelijke weefsels te vernietigen. Zo ontstond de therapie met x-stralen, een tiental jaren na hun ontdekking. Groot was echter de ontgoocheling, want de therapeutische successen waren zeer schaars, terwijl de nadelen van deze behandeling voor de patiënt des te spectaculairder waren. Vooral de beruchte huidverbrandingen die men zag hebben tot aan de vorige generatie dikwijls voor een a priori negatieve houding tegenover de radiotherapie gezorgd, ook bij sommige medici.

De reden voor het gebrek aan succes voor de x-stralen in de radiotherapie was vooral hun gebrek aan penetratie in de patiënt. De sterkste roentgenbuizen werkten onder een hoogspanning van 2 à 300.000 volt en gaven dan een straling af die op een vijftal cm in de patiënt reeds de helft van haar intensiteit kwijt was. Dit betekent dat, als men aan een tumor op 5 cm diepte een dosis van bijv. 50 gray wou toedienen, de huid het dubbele kreeg, nl 100 gray. Lag de tumor nog dieper, dan kreeg de huid nog meer. In hoofdstuk II leerden we dit orgaan kennen als zeer radiosensibel (veel celdelingen). Het is dan ook niet te verwonderen dat men met de roentgen die nare huideffecten waarnam bij de patiënten!

Ook de roentgen, die niet behept was met de hierboven beschreven nadelen van de radium, was dus eigenlijk niet geschikt voor therapie. Er moesten dus dringend betere bestralingstoestellen ontwikkeld worden. Een nieuwe ontdekking in de Fysica heeft een prachtige oplossing geboden voor de gebrekkige radium- en roentgentoestellen.

III.2. ONTDEKKING VAN DE KUNSTMATIGE RADIOACTIVITEIT

 Natuurlijke radioactiviteit

 Na de ontdekking van radium werden nog andere radioactieve elementen ontdekt. Zoals radium vervallen deze tot andere elementen onder uitzending van straling. Een paar voorbeelden: radon (dochterproduct van radium), uranium, neptunium, thorium. Omdat al deze radioactieve elementen in de natuur voorkomen spreken wij hier over natuurlijke radioactieve bronnen. Van al deze bronnen is enkel radium in de Geneeskunde gebruikt geweest.

Kunstmatige radioactiviteit

 De dochter van Pierre en Marie Curie was eveneens fysicus en werkte samen met haar echtgenoot Frédéric Joliot in hun laboratorium in het door haar moeder opgerichte Institut du Radium. Midden januari 1934 deden zij een baanbrekende ontdekking. Door stabiele elementen te beschieten met nucleaire projectielen slaagden ze erin deze om te zetten in radioactieve elementen. Hiermee ontdekten zij de kunstmatige radioactiviteit, de radioactiviteit die ontstaat door ingrijpen van de mens. Dit in tegenstelling tot de natuurlijke radioactiviteit, waarvoor geen menselijke interventie nodig is. Het echtpaar Joliot-Curie kreeg voor zijn ontdekking de Nobelprijs in 1935. Drie jaar later kreeg de Italiaan Enrico Fermi eveneens deze prijs. Fermi maakte niet alleen de eerste kernreactor maar ontdekte ook dat de deeltjes die in deze reactor geproduceerd worden, de neutronen, zeer geschikt zijn om stabiele elementen radioactief te maken. Gezien de zeer intense neutronenbundels die door reactoren opgewekt kunnen worden beschikte men vanaf toen over een zeer efficiënte methode om kunstmatige radioisotopen te produceren. Zowel in de industrie als in de geneeskunde ging men op zoek naar geschikte kunstmatige radioactieve bronnen. In de uitwendige radiotherapie was het de uitdaging om onder de kunstmatige radioactieve bronnen het beste element te vinden om radium te vervangen. Radioactief cesium bood reeds een zekere verbetering, maar werd overschaduwd door radioactief kobalt.

 III.3. De Kobalttherapie 

 Maken van radioactief kobalt

 Om kobalt radioactief te maken vertrekt men van het stabiele kobalt, dat uit de kobaltmijnen wordt gewonnen. Dit metaal kent veelvuldige toepassingen, o.a. in de verfindustrie. Het kan echter ook gebruikt worden voor radiotherapie, maar dan moet het eerst radioactief gemaakt worden. Hiervoor brengt men het metaal in de neutronenbundel van een kernreactor. Wanneer een kobaltatoom door neutronen getroffen wordt kan de kern soms een “neutronenvangst” uitvoeren. Hierbij wordt een neutron door deze kern geabsorbeerd. Vermits het aantal neutronen in de kern de chemische aard van een element niet benvloedt blijft het element kobalt. Deze kobalt is echter radioactief en zendt een zeer energierijke gammastraling uit. Om het onderscheid te maken met het stabiel element wordt het massagetal, gelijk aan de som van het aantal protonen + neutronen in de kern, achter het element geschreven. Stabiel kobalt is kobalt-59, radioactief is kobalt-60.

 kobalt-59 + neutron → kobalt-60

 Beide vormen zijn isotopen van het element kobalt. Kobalt-59 is een stabiel, kobalt-60 een radioactief isotoop of een “radioisotoop”.

 Vervalschema van kobalt-60

 Kobalt-60 vervalt, met een halfwaardetijd van 5,27 jaar, onder uitzending van een bètastraal. Een bètastraal is een elektron dat met een zekere energie door de kern wordt uitgezonden. Een radioactieve kern dat bètaverval ondergaat verandert van chemische aard. In het geval van kobalt wordt er nikkel geproduceerd. De gevormde nikkelkernen hebben echter nog een teveel aan energie, die wordt uitgestraald onder de vorm van 2 zeer energierijke gammastralen. Gammaverval gaat echter niet gepaard met verandering van chemische aard. Het eindproduct van het verval van kobalt-60 is dus nikkel-60, wat een stabiel isotoop is.

De kobalt”bom”

Het voornaamste voordeel van kobalt-60 tegenover radium-226 is dat de stralingsopbrengst veel hoger is. Verder wordt er bij de desintegratie van kobalt-60 geen radioactief gas gevormd. Er is dus praktisch geen gevaar voor atmosferische contaminatie, zodat men veel minder kobalt nodig heeft om een hoog stralingsdebiet te krijgen. Men begon dan ook vanaf 1950 toestellen met kobalt-60 te ontwerpen voor de radiotherapie. De persoon op de foto van een toestel in Princess Margareth Hospital in Toronto (Fig. III.1.) is de fysicus Dr. Jack Cunningham, pionier van de fysica toegepast op de radiotherapie. De foto toont de voornaamste onderdelen van een kobaltbom. Bovenaan ziet men de kop van het toestel met het collimatorblok. Dit geheel is solidair verbonden met een statief dat in het midden kan draaien rond een as die in de bunkerwand is verankerd. Sommige toestellen, waaronder dit op de figuur, zijn onderaan uitgerust met een tegengewicht, dat het gewicht van de zware kop compenseert. De roterende wandophanging noemt men een “isocentrische” opstelling. Deze laat toe het toestel over 360° te roteren, teneinde voor iedere patiënt de optimale straalhoek te realiseren.

 

Fig. III.1. – Foto van een kobalttoestel

Foto van één van de eerste kobalttoestellen, opgesteld in het Princess Margareth Hospital in Toronto. De technische uitleg wordt verschaft door J. Cunningham (uit: ESTRO 1995, p25).

Een technische tekening van de kop van een commercieel toestel wordt getoond in Fig. III.2.
De kobaltbron (“Source”) is cylindervormig met een diameter van ongeveer 1 cm en hoogte van ongeveer 5 cm. De zware afscherming rond de bron is een combinatie van lood, wolfraam en verarmd uranium. De collimator (“diaphragm”) is lamellair uitgevoerd en kan continu variëren. Meestal wordt de patiënt op 80 cm van de bron ingesteld. Op deze afstand kan men een huidoppervlak van 30 cm x 30 cm bestralen. Het sluitmechanisme van het afgebeelde type kobalttoestel bestaat uit een cylinder waarop de kobaltbron en een koude lichtgeleider gemonteerd zijn. Het ene uiteinde van de lichtgeleider vangt het licht op van een gloeilamp en het andere uiteinde staat vóór de collimatoropening. Als de lamp brandt wordt het stuk huid van de patiënt, dat bestraald gaat worden, belicht en kan het medisch personeel de patiënt correct positioneren. Eens dit gebeurd verlaat het personeel de bunker en activeert op de bedieningsconsole het “ bron aan” commando. Binnen in de kop van het toestel draait de cylinder tot de bron zich vóór de collimatoropening bevindt. Een aftelmechanisme begint te lopen en, als de ingestelde bestralingstijd ingesteld is, draait de cylinder automatisch terug naar de “bron uit” stand.

Fig. III.2. – Kop van een kobalttoestel

Technische tekening van het kobalttoestel Alcyon. Men onderscheidt hierop de bron (“Source”), de afschermmantel bestaande uit lood, wolfraam en verarmd uranium, de lichtbron en het lichtgeleidingssysteem en de collimator (General Electric, persoonlijke mededeling)

 Therapeutische voordelen van kobalt-60

De energie van de gammastraling van kobalt-60 is meer dan 10 keer hoger dan deze van de roentgenstralen gebruikt in radiotherapie. Als gevolg hiervan is de penetratie eveneens gevoelig dieper. De kobalt-60 straling verliest de helft van haar intensiteit op 10 cm diepte, wat het dubbele is van de waarde voor x-stralen. Deze betere penetratie is echter maar één van de verbeteringen tegenover de periode van de roentgen. De tweede verbetering kreeg de naam “huidsparend” effect. Bij kobalt-60 liggen de weefsels die de meeste stralen krijgen niet meer aan het oppervlak, maar wel op een diepte van 5 mm. De dosis “bouwt zich op” vanaf de huid tot aan deze diepte van maximale bestraling, en neemt dan terug af met de diepte. De huid wordt dus prachtig gespaard bij deze straling van hoge energie.

Penetratie en huidsparing zijn de 2 oorzaken geweest van het spectaculaire succes van de kobalttherapie. Ook relatief diepe tumoren, zoals in de borstkas of het bekken, kon men een voldoende hoge dosis geven en toch de huid voldoende sparen. Meteen betekende dit de definitieve doorbraak van de externe radiotherapie in het arsenaal van de kankerbestrijding.

Hoogtepunt en achteruitgang van de kobalttherapie

De voordelen van kobalt tegenover radium waren vrij duidelijk: afwezigheid van vorming van radioactief gas en goede stralingsopbrengst. In plaats van uren moesten de patiënten maar een paar minuten onder de stralingsbron liggen, wat geen enkel probleem voorstelt. Tot in de jaren 1990 was de kobaltbom dan ook niet weg te denken  uit de radiotherapie.

De nadelen van kobalt tegenover radium liggen in de kortere halfwaardetijd: 5 jaren tegenover 1600. Na 5 jaar zijn de bestralingstijden met kobalt dus verdubbeld en houdt men een bron over die bevuild is met nikkel. Dit moet tegen hoge kostprijs door een gespecialiseerde firma afgevoerd worden als radioactieve afval. De aankoop van een nieuwe bron betekent eveneens een majeure investering. De kostprijs van kobalt-60 wordt sterk beïnvloed door de tijd dat het kobalt-59 in de reactor is geweest: hoe langer het kobalt-59 monster onderworpen wordt aan de neutronenflux, hoe meer kernen getransformeerd wordt naar kobalt-60, en dus hoe actiever de bron en hoe langer ze gebruikt kan worden voordat haar activiteit te laag is geworden.

Ondertussen werden echter “super X-stralentoestellen”, de lineaire versnellers, ontwikkeld. De opgewekte X-stralen zijn zelfs nog penetranter dan de gammastralen van de kobalttoestellen. Bovendie laten deze versnellers nog verfijndere bestralingstechnieken toe, waardoor de dosis aan de tumor nog kan opgedreven worden. Deze superieure karakteristieken hebben de achteruitgang van de kobalttherapie veroorzaakt. In België zijn er op dit ogenblik geen kobalttoestellen meer in de radiotherapie te vinden. Alles gebeurt met lineaire versnellers. In landen zoals Frankrijk is er nog een beperkt aantal kobalttoestellen in klinisch gebruik.

III.4. DE NIEUWE CURIETHERAPIE

Voor- en nadelen van radium voor de curietherapie

 Zoals voor de uitwendige radiotherapie is het voornaamste voordeel van radium voor de curietherapie zijn lang halfleven, 1600 jaar Praktisch betekent dit dat de bronnen zeer lang bruikbaar zijn. Dit voordeel weegt echter geenszins op tegen 2 belangrijke nadelen. Zoals reeds vermeld bij het kobalttoestel wordt er bij de desintegratie van radium radioactief radongas gevormd. Bovendien betekent de extreem hoge energie van de uitgezonden gamma-straling eveneens een handicap. Beide nadelen situeren zich op het vlak van de radioprotectie.

In een radiumbron voor curietherapie, bijv. een naald zoals aangegeven in figuur III.3., is de radiumlading omgeven door een dun platina omhulsel. In klinisch gebruik worden zulke bronnen frequent onderworpen aan chemische en mechanische manipulaties van diverse aard: sterilisatie, inbrengen in de patiënt en reiniging vóór hergebruik.
Groot is dan ook het risico dat een lek zou ontstaan doorheen de platina mantel, waardoor het radioactieve radongas dan zal ontsnappen. Meestal worden radiumbronnen dan ook gestockeerd omgeven door actieve kool. Zulke kool heeft als eigenschap het eventueel vrijgekomen radon te binden, zodat het zich niet in de atmosfeer kan verspreiden.

Wegens haar hoge energie is de gammastraling uitgezonden door radium moeilijk te stoppen. Dit stelt zware problemen van radioprotectie zowel bij het medisch personeel dat de radioactieve bronnen bij de patiënt moet inbrengen als bij het personeel dat achteraf de patiênt moet verzorgen tijdens de periode van hospitalisatie. Men probeerde hieraan te verhelpen door het gebruik van loden schermen. Ondat de energie echter zo hoog is, moeten bij radium deze schermen echter zeer dik zijn: om de intensiteit van de radiumstraling met een factor 10 te verminderen heeft men meer dan 5 cm lood (de “tiendewaardedikte”) nodig. Omdat deze schermen zo zwaar waren werden ze dan ook rollend uitgevoerd, maar  ondanks alles bleven ze zeer log en onpraktisch.

Alhoewel curietherapie met radium – in tegenstelling tot externe radiotherapie –ongetwijfeld interessante therapeutische mogelijkheden bood, leidden deze nadelen er toch toe dat men druk op zoek ging of er bij de kunstmatige radioisotopen geen betere alternatieven te vinden waren.

 

Fig. III.3. – Schema van een radiumnaald

Op deze technische tekening onderscheidt men de bron, onder de vorm van radiumsulfaat (gearceerd gedeelte), het platina omhulsel en het oog om een draad aan te bevestigen. Deze dient om de naald uit de patiënt te trekken als de vereiste bestralingstijd bereikt is (uit: Dutreix et al 1982)

Alternatieve isotopen

De drie voornaamste alternatieve isotopen  die voor de curietherapie radium volledig verdrongen hebben zijn kobalt-60, cesium-137 en iridium-192. Bij geen enkele van deze drie wordt er bij de desintegratie radioactief gas gevormd.

Kobalt-60

Kobalt-60, zo succesvol in de externe radiotherapie, is –en wordt nog steeds – eveneens gebruikt voor curietherapie. De energie van de uitgezonden straling is nog vrij hoog, maar toch lager dan bij radium, zodat de tiendewaardedikte maar 4 cm lood bedraagt.

 Cesium-137

Cesium heeft twee voordelen tegenover kobalt: een langere halfwaardetijd, 30 jaar ipv 5, en een lagere energie. De tiendewaardelaag van cesium is nog maar 2 cm.

Iridium-192

Het unieke voordeel van iridium is dat het tot soepele draden, van een paar tienden millimeter dikte, kan verwerkt worden. Bij de andere isotopen gaat het altijd over rigide rechtlijnige bronnen. Als gevolg hiervan krijgt met iridium een overgelijkbare therapeutische flexibiliteit. Hierbij kunnen de bronnen als het ware door de tumorale weefsels “geweven” worden, zodat de applikatie aangepast kan worden aan de vorm en de uitgebreidheid van de tumor. Zo is op figuur III.4. een RX-opname te zien van een patiënt met een mondvloertumor. Drie iridiumdraden werden in de vorm van haarspelden ingebracht.

Fig.III.4. – RX-opname van een patiënt met een iridiumapplicatie voor een mondvloertumor

Drie iridiumdraden werden onder de vorm van een haarspeld in de tumor aangebracht (uit: Dutreix et al 1982)

 

Deze soepelheid in klinisch gebruik heeft iridium tot het meest populaire radioisotoop voor curietherapie gepromoveerd. Dit ondanks een te korte halfwaardetijd van 74 dagen, die maakt dat men de applicatieduur per patiënt, zelfs al wil men dezelfde dosis geven, telkens opnieuw moet uitrekenen. Om de paar maand moet men ook de te zwak geworden bronnen vervangen. De tiendewaardelaag van iridium is ongeveer dezelfde als voor cesium, nl 2 cm lood.

Radioprotectie

Veel meer dan bij de externe radiotherapie – mits het in acht nemen van de absolute verplichting uit de bunker te blijven tijdens de bestraling – is de radioprotectie van het medisch personeel bij curietherapie een ingewikkelde opdracht. Dit personeel manipuleert immers zelf de bronnen tijdens de applicatie en wordt onderworpen aan de straling die uit de patiënt komt bij de verzorging van de patiënt tijdens de hospitalisatie. Het is dan ook niet uitgesloten dat bij de curietherapeuten uit de tijd van de radium en zelfs onmiddellijk erna meer kankers zijn opgetreden dan bij de niet blootgestelde bevolking. Alhoewel een studie hierover uit wetenschappelijk oogpunt zeer interessant zou zijn, is dit praktisch niet te verwezenlijken.

Een dertigtal jaren geleden, toen men meer en meer bewust werd van de noodzaak de radioprotectie van het personeel te verbeteren bij curietherapie, werd een techniek ontwikkeld die op een prachtige manier ongeveer al deze problemen heeft opgelost. Deze techniek kreeg de engelse naam “afterloading” (“naladen”). Bij de operatieve faze worden niet meer de bronnen zelf in de patiënt ingebracht, maar enkel de lege bronhouders. Artsen noch verplegenden worden dus nog in de operatiezaal bestraald. Iedere houder is verbonden met een brongeleider die uit de patiënt steekt. Wanneer alle bronhouders correct zijn ingebracht wordt de patiënt naar zijn kamer gebracht. Hier zitten de bronnen in een zware afgeschermde koffer, die praktisch alle straling tegenhoudt (Fig. III.5.).

Fig. III.5. – Schema van een afterloadingssysteem

Technische tekening van de container waarin zich de radioactieve bronnen bevinden. Uit de container steken een aantal brongeleiders, die verbonden worden met de geleiders die uit de patiënt steken. Door een elektrisch commando worden de bronnen motorisch doorheen de geleiders op hun juiste plaats in de patiënt gebracht (uit: Dutreix et al 1982).

Iedere bron in de koffer kan door een geleider uit de koffer gehaald worden. Deze geleiders worden eerst verbonden met deze die uit de patiënt steken. Wanneer dit gebeurd is verlaat het medisch personeel de kamer en activeert van buiten af een elektrisch commando. Dit stelt een mechanisme in werking waardoor de bronnen vanuit de koffer op hun juiste plaats in de patiënt terecht komen. Een aftelmechanisme, met een vooraf ingestelde bestralingstijd, begint te lopen. Wanneer de ingestelde tijd verlopen is worden de bronnen automatisch terug in de koffer gebracht. Het majeure voordeel van zulke afterloader is dat het personeel tijdens de hospitalisatie op elk ogenblik de bestraling kan onderbreken voor het toedienen van medische verzorging, maaltijden of toelaten van bezoek. Vooraleer het personeel de kamer betreedt wordt de bestraling stopgezet, en pas hernomen nadat het de kamer heeft verlaten. Met afterloading is de bestraling van het personeel dus quasi verdwenen en is dus een adequate oplossing gevonden voor het belangrijkste probleem van radioprotectie uit de ganse radiotherapie.

—————————————————————————————————————————-

HOOFDSTUK IV

 GEBRUIK VAN RADIOISOTOPEN IN DE NUCLEAIRE GENEESKUNDE

 IV.1. ONTDEKKING VAN DE SCINTILLATIEDETECTOREN

 Activiteitsmetingen

 In hoofdstuk I zagen we dat, om de sterkte van een radioactieve bron weer te geven, de “activiteit” A als fysische grootheid werd ingevoerd. A wordt gedefinieerd als het aantal desintegraties per seconde en wordt uitgedrukt in becquerel. In het begin was het echter helemaal niet duidelijk hoe de activiteit van een bron te meten. Het was dus dringend nodig hiertoe een geschikt meettoestel te ontwikkelen. Fysische grootheden, die onze fysische wereld beschrijven, hebben inderdaad enkel maar zin als ze ook gemeten kunnen worden. Zo heeft men om het gewicht of om de elektrische stroomsterkte te meten respectievelijk de balans en de ampèremeter ontwikkeld.

Meten van de activiteit van een bron is niet zo evident, omdat het hier gaat over een grootheid die te maken heeft met een inwendig proces in de bron. Het is helaas niet mogelijk een sonde te ontwikkelen die in de bron kan ingebracht worden om het aantal atomen te meten dat per seconde desintegreert. Men heeft dus zijn toevlucht moeten nemen tot een onrechtstreekse methode waarbij niet dit aantal atomen wordt gemeten, maar wel het aantal stralen dat per seconde uit de bron komt. Dit is mogelijk geweest dankzij de ontwikkeling van een nieuw meetinstrument, de “deeltjesteller” of “teller”. In de loop der jaren werden verschillende types teller ontwikkeld. Zo heeft men de Geiger-Müller teller, de scintillatieteller en de halfgeleiderteller. Hieronder wordt de werking van de scintillatieteller uigelegd, omdat vooral deze ook in de geneeskunde gebruikt wordt.

 De scintillatieteller

De scintillatieteller maakt gebruik van de lichtflitsen die in sommige stoffen, met luminescentie eigenschappen, opgewekt worden wanneer zij door een radioactieve straal of “deeltje” worden getroffen. In het geval van gammastralen maakt men meestal gebruik van een natriumiodide (NaI) kristal als luminescerende stof. Het tellen van het aantal gammastralen per seconde komt dus neer op het tellen van het aantal lichtflitsen die uit het kristal komen. Licht is echter moeilijk rechtstreeks te meten. Daarom gebruikt men hier ook een meetmethode die dikwijls in de fysica wordt toegepast: men zet de te meten grootheid om in een elektrische puls, die veel gemakkelijker en nauwkeuriger kan gemeten worden dan de oorspronkelijke grootheid. In het geval van de scintillatieteller wordt de lichtflits die door het natriumiodide kristal wordt uitgezonden door een lichtgeleider naar de ingang van een “fotomultiplicator” of “PM” geleid (Fig. IV.1.). Hier wordt deze flits omgezet in een elektrische puls en tot een miljoen maal “vermenigvuldigd” of versterkt. In een elektronisch telsysteem wordt het aantal pulsen per seconde geteld. Dit aantal is evenredig aan het aantal gamma’s per seconde waardoor het kristal getroffen werd.

 

Fig. IV.1. Schematische voorstelling van een Scintillatieteller

In een scintillatieterller worden de lichtflitsen opgewekt in een luminescerende stof (een natriumiodide kristal in geval van gamma’s) geleid naar de ingang van een fotomultiplicatorbuis (PM). Elke flits wordt omgezet in een elektrische puls en tot een miljoen maal versterkt. De hoogspanning van de PM wordt geleverd door een elektrisch  voedingsapparaat. In het elektronisch telsysteem wordt het aantal pulsen per seconde geteld (uit: Alonso en Finn 1972, p192)

De ontwikkeling van de scintillatieteller in de Fysica heeft in de Geneeskunde de ontwikkeling van een nieuwe diagnosemethode, de “Nucleaire Geneeskunde”, mogelijk gemaakt.

 IV.2. BEGIN VAN DE DE NUCLEAIRE GENEESKUNDE

Principe van de Nucleaire Geneeskunde

Vele ziektes en aandoeningen leiden tot een gestoorde stofwisseling, waarbij bepaalde moleculen in te hoge of te lage concentraties in bepaalde organen aanwezig zijn. Een typisch voorbeeld hiervan is de schildklier waarin iodium wordt opgestapeld. Bij praktisch alle schildklieraandoeningen is de iodiumopname van dit orgaan ofwel verhoogd ofwel verlaagd. Het bepalen van de iodiumconcentratie in het schildklierweefsel is dan een zeer waardevol hulpmiddel om het ziekteproces te achterhalen en eventuele therapieën in te stellen. Het probleem is dat we het iodiumgehalte in de schildklier niet rechtstreeks kunnen meten. Wanneer we echter radioactief iodium aan de patiënt toedienen – meestal door opname langs de mond – zal dit zich op exact dezelfde manier als het stabiele isotoop in de schildklier opstapelen. Radioactief iodium zendt echter gammastralen uit die uit de patiënt treden en met een scintillatorkristal gedetecteerd kunnen worden. In 1937 werd voor de eerste keer de schildklierfunctie bestudeerd met behulp van radioactief iodium-128. De Nucleaire Geneeskunde was geboren. Het groot verschil met de curietherapie is dat hier open bronnen worden gebruikt. Er is dus rechtstreeks contact tussen het radioisotoop en de weefsels van de patiënt.

Niet alleen de schildklier maar ook andere organen en weefsels zoals hersenen, lever en bot werden gaandeweg bestudeerd met het toedienen van het geschikt radioisotoop.

De gamma-camera

De gamma-camera (of “Anger”-camera)  (Fig. IV.2.) bestaat uit een groot vlak NaI kristal dat de door de patiënten uitgezonden straling moet detecteren. In dit voorbeeld gaat het om een onderzoek van de lever. Tussen patiënt en kristal bevindt zich een collimator, bestaande uit een metalen plaat waarin een rooster van dunne gaten werd uitgeboord. Zulke collimator is noodzakelijk omdat het radioactief isotoop in de lever gammastralen uitzendt in alle richtingen. Voor een goede beeldvorming moeten enkel de stralen die loodrecht op het kristal invallen doorgelaten worden. Achter het kristal staan een aantal PM’s, waarvan de signalen aangelegd worden aan een TV-monitor. Het beeld dat hierop verschijnt wordt

 

Fig. IV.2. – Schematische voorstelling van een Gamma camera

In een gamm-acamera worden de gamma’s die uit de patiënt treden opgevangen door een groot vlak NaI kristal (ongeveer 1 cm dik).Tussen patiënt en kristal bevindt zich een collimator, die enkel de stralen doorlaat die loodrecht op het kristal invallen. De lichtflitsen die door het kristal worden uitgezonden worden opgevangen door een aantal PM’s, waarvan het signaal bv kan aan gelegd worden aan een TV-monitor. In dit voorbeeld gaat het om een onderzoek van de lever (uit: Muller 2003, in Camps et al  p434)

 “scintigrafie” genoemd. Van zulke scintigrafie kan ook een fotografische opname (Fig. IV.3.) gemaakt worden. De leverscintigrafie op de figuur toont een ver gevorderde cirrose aan.

 

Fig. IV.3. – Voorbeeld van een leverscintigrafie 

Deze scintigrafie toont een verhoogde opname van radioactiviteit aan die karakteristiek is voor een gevorderde cirrose van de lever (uit:  Edelbroek 2003, in Camps et al  p130)

De SPECT

Een verdere ontwikkeling in de Nucleaire Geneeskunde is deze van de “Single Photon Emission Computer Tomografie” of “SPECT”. Dit apparaat is te vergelijken met de computer tomograaf (CT) gebruikt in radiodiagnose en is dus de “scanner” van de Nucleaire Geneeskunde. De reden waarom het adjectief “single” aan de benaming werd toegevoegd zal verder duidelijk worden wanneer we de “Positron Emission Tomography” bespreken. Bij SPECT laat men de gammacamera een rotatie van 360° rond de patiënt maken. Op figuur IV.4. is enkel het vlak kristal aangegeven. De aldus gewonnen informatie wordt aan een computer aangelegd. Deze is uitgerust met de geschikte software om uit de ontvangen beelden transversale sneden – of “tomografieën” – van de patiënt te reconstrueren.  In figuur IV.5. is een voorbeeld van 2 sneden van een SPECT van de hersenen, waarop een verminderde doorbloeding te herkennen is.

Radiofarmaca

In het geval van schildklierweefsel is het duidelijk welk molecule voor nucleair geneeskundig onderzoek aan de patiënt moet toegediend worden. Vermits de schildklier rechtstreeks iodium capteert, is het voldoende aan de patiënt een radioisotoop van dit element (bijv. iodium-123) toe te dienen. Meestal is de iodium gebonden aan bv. natrium en dient men aan de patiënt natriumiodide toe. Eens in het bloed terecht gekomen splitst de molekule zich in natrium en iodium.

Bij andere organen dan de schildklier is de situatie echter minder simpel. Wenst men bv. een onderzoek van de lever uit te voeren, dan bestaat er geen radioisotoop dat zich rechtstreeks in de lever gaat opstapelen. Daarentegen stapelen colloïden, complexe molekulen, zich wel in de lever op. Om na inspuiting de opname van het colloïd in de lever te kunnen bestuderen moet het dus radioactief gemaakt worden. Dit gebeurt door

 

Fig. IV.4. – Schematische voorstelling van een “Single Photon Emission Tomograaf”

Bij een SPECT opname draait het kristal over 360° rond de patiënt. Met de gepaste computersoftware worden een aantal dwarse doorsneden van de patiënt gereconstrueerd  (uit: Web  1993).

 

Fig. IV.5. – Voorbeeld van een SPECT van de hersenen

2 transversale doorsneden van de hersenen, door de computer gereconstrueerd op basis van één SPECT opname. Op beide doorsnedes is een verminderde doorbloeding waar te nemen(uit: van Kroonenburgh 2003, in Camps et al p41).

een techniek van “merking” of “labeling”. Hierbij wordt een radioisotoop geënt op de niet-radioactieve molekule die het te bestuderen orgaan opzoekt. Zulk gemerkt molecule wordt “radiofarmacon” genoemd, namelijk een “radioactief geneesmiddel”.

Technetium

Het colloïd dat toegediend wordt aan de patiënt voor een leveronderzoek kan gemerkt worden met radioactief technetium. Dit radioisotoop werd reeds in 1938 ontdekt en kende gaandeweg een overweldigend succes in de Nucleaire Geneeskunde. Het is inderdaad de merker bij uitstek voor de meeste radiofarmaca, al blijven andere radioisotopen zoals iodium, gallium of ijzer hun typische indicaties behouden.

Het succes van technetium is gebaseerd op 3 belangrijke voordelen:

• het zendt een gamma uit van 140.000 elektron-volt (de elektron-volt of eV is de eenheid van energie in de kern- en stralingsfysica) of 140 kilo-elektron-volt (keV); deze energie wordt zeer goed gedetecteerd door de NaI kristallen van ongeveer 1 cm dikte, zoals gebruikt in Nucleaire Geneeskunde.
• het is chemisch gemakkelijk in te bouwen in een hele reeks radiofarmaca.
• het heeft een halfwaardetijd van 6h, wat ruim voldoende is om de diverse nucleair geneeskundige onderzoeken uit te voeren, en toch niet te lang vanuit het oogpunt van radioprotectie (dit aspect komt hieronder aan bod).

Verloop van een nucleair geneeskundig onderzoek

Dosage van het radiofarmacon

Elk nucleair geneeskundig onderzoek begint met het optrekken in een injectiespuit van de juiste hoeveelheid radiofarmacon. “Juist” betekent hier een compromis tussen enerzijds “voldoende” voor een goede beeldvorming en anderzijds “zo weinig mogelijk” voor de stralingsbescherming van patiënt en personeel. Per type onderzoek worden meestal standaard hoeveelheden gebruikt. Zo zal men bijvoorbeeld voor een botscintigrafie technetium ”medronaat” gebruiken aan een standaard hoeveelheid van 740 miljoen becquerel (740 megabecquerel). Voor een nierscintigrafie wordt soms iodo”hippuraat” aan 15 megabecquerel ingespoten.

Belangrijk bij de dosage, evenals bij de injectie, is dat het personeel een aantal radioprotectieve regels respecteert. Zo moet het dunne latex handschoenen dragen, te vergelijken met de handschoenen die chirurgen dragen ter voorkoming van infecties van het operatieveld. Deze handschoenen dienen niet om de straling, die miniem is, tegen te houden, maar wel om te vermijden dat er radioactiviteit op de handen van het personeel zou terechtkomen.  Dit zou aanleiding geven tot een “uitwendige (radioactieve) besmetting”. Door met de handen aan de lippen te komen kan er dan radioactiviteit binnen in het lichaam doordringen, wat majeure problemen van radioprotectie stelt. Immers deze radioactiviteit kan voor langere tijd binnen in het lichaam blijven, zodanig dat het personeelslid langzaam maar continu aan een inwendige bestraling wordt blootgesteld. Nucleair geneeskundig onderzoek vraagt dan ook vanwege het medisch personeel het navolgen van de meest strikte “regels van goede praktijk”, ter bescherming zowel van henzelf als van de patiënt.

Inspuiting van het radiofarmacon

Na correcte dosage wordt het radiofarmacon aan de patiënt toegediend. Behalve voor schildklieronderzoek met jodium gebeurt dit meestal door intraveneuze inspuiting. Het radiofarmacon moet immers in de bloedbaan terechtkomen, zodat het met de bloedstroom meegevoerd wordt naar het te onderzoeken orgaan.

Wachttijd

Dit opzoeken van het “doelorgaan” vraagt een zekere tijd. Deze kan variëren naargelang het type onderzoek en radiofarmacon. De ingespoten patiënten brengen deze wachttijd in een wachtzaal door, waar geen niet-ingespoten patiënten mogen komen.

Onderzoek

Het onderzoek zelf gebeurt in een zaal met een gamma-camera of een scanner. De meeste diensten van Nucleaire Geneeskunde beschikken over verschillende zalen. 

Ontslag van de patiënt

Behalve bij open bron therapieën (§IV.4) mag de patiënt onmiddellijk na het onderzoek de dienst voor Nucleaire Geneeskunde verlaten. Op dit ogenblik heeft hij nog een zekere radioactiviteit in zijn lichaam en bestraalt dus een heel klein beetje zijn omgeving. Alle gebruikte radiofarmaca hebben echter zulke korte halflevens dat de radioactiviteit in de patiënt zeer snel afgestorven is. Als vuistregel neemt men dat, na 10 halfwaardetijden, de overblijvende radioactiviteit van het onderzoek niet meer te onderscheiden is van de natuurlijke radioactiviteit die sowieso in het lichaam aanwezig is. In het geval van technetium volstaan dus 60 uren om dit stadium te bereiken.

 IV.3. DE POSITRONEMISSIE TOMOGRAFIE

In 1968 werd in de Nucleaire Geneeskunde een nieuw type scanner – de “Positronemissie Tomograaf” of “PET” – ingevoerd. Deze heeft zich gaandeweg ontwikkeld tot een belangrijk onderdeel van het arsenaal van dit medisch specialisme. Het principe van de PET steunt op de equivalentie tussen materie en energie. Deze fundamentele wet in de Fysica werd door Einstein ontdekt.

Equivalentie tussen Materie en Energie

Einstein heeft de welbekende betrekking ontdekt:

 E = mc²

Deze “betrekking van Einstein” vertelt ons dat in bepaalde processen zowel “materialisatie” als “annihilatie” kan optreden. Bij materialisatie wordt er energie E omgezet in materie, waarbij het product van de zo ontstane massa m en de lichtsnelheid c (300.000 km/s) gelijk moet zijn aan de omgezette energie. In andere processen treedt “annihilatie” op, waarbij materie wordt omgezet in  energie.

Materialisatie kan bijvoorbeeld optreden wanneer hoogenergetische gamma-stralen langs een atoomkern scheren. De gamma heeft bij dit proces een zekere kans om te verdwijnen en er ontstaan dan 2 elektronen: een klassiek negatief geladen elektron en een positief geladen elektron, “positron” genaamd. Dit proces heeft weinig belang bij de relatief laagenergetische gamma’s die door radioisotopen worden uitgezonden. Het is echter wel belangrijk bij de hoogenergetische x-stralen die door de versnellers gebruikt voor radiotherapie worden opgewekt. Naast fotoelektrisch en Compton effect behoort materialisatie – hier ook “paarvorming” genoemd (een elektronpaar in dit geval) – tot de interactiemechanismes tussen straling en materie.

Het positron dat bij de paarvorming optreedt behoort tot de “antimaterie”. Op theoretische gronden vermoedt men het bestaan van een “antiwereld”, een wereld waarin bijvoorbeeld protonen negatief en elektronen positief geladen zijn. Het positron is één van de weinige voorbeelden waarbij deze wereld experimenteel wordt waargenomen. Positronen ontstaan niet enkel door materialisatie van gamma- of x-stralen, maar kunnen ook door radioactieve desintegratie geproduceerd worden. Sommige radioisotopen – de “positron emitters” – zenden inderdaad positronen uit. Deze laatste worden dan ook bèta⁺-deeltjes genoemd. Deze speciale naam werd bedacht om aan te duiden dat het hier over positronen gaat die door een atoomkern worden uitgezonden.

Het positron is echter geen lang leven beschoren. Het wordt door de atoomkern met een zekere hoeveelheid energie uitgezonden. Deze speelt het kwijt in botsingen met atomen en moleculen die het op zijn baan ontmoet. Wanneer het positron al zijn energie heeft kwijtgespeeld, en dus stilgevallen is, “recombineert” het op minder dan één miljoenste van een seconde met een elektron (Fig. IV.6.).

 

Fig. IV.6. – Uitzending van een positron door een positron emitter en hierop volgende annihilatie

Het positron wordt door de kern uitgezonden en speelt al zijn energie kwijt in botsingen. Als het stilgevallen is recombineert het met een elektron. Bij deze annihilatie worden 2 gamma’s van 511 keV uitgezonden in opponerende richtingen (uit: Paans 2003, in Camps et al, p390)

Deze positron-elektron recombinatie is een voorbeeld van een annihilatie. Materie wordt inderdaad omgezet in energie Vermits de massa’s van positron en elektron gelijk zijn, is volgens de betrekking van Einstein de energie die hieruit te voorschijn komt gelijk aan
2 x de massa van het elektron vermenigvuldigd met het kwadraat van de lichtsnelheid. Dit product is gelijk aan 1.022 keV. Deze energie wordt gelijk verdeeld over 2 gammastralen die bij dit proces gelijktijdig en in tegenovergestelde richting worden uitgezonden.  De energie van elke gamma is dus (1.022 keV)/2 = 511 keV. Dit is veruit de hoogste energie die in Nucleaire Geneeskunde voorkomt.

De PET scan

Van de dubbele en gelijktijdige gamma-uitzending, die optreedt bij een positron-elektron annihilatie, wordt gebruik gemaakt in de PET scan. Zoals bij de SPECT gaat het dus hier om een gammadetector, hoewel de eerste stap een uitzending van positronen betreft. Meteen is ook duidelijk waarvoor de “S” (staat voor “single”) in het letterwoord “SPECT” staat. Bij de radioisotopen, die voor SPECT gebruikt worden, wordt bij een desintegratie slechts één gamma uitgezonden. Bij de PET betreft het echter 2 gamma’s.

Na inspuiten van het geschikte isotoop (zie verder) wordt de patiënt opgesteld in het midden van een ring met detectoren (Fig. IV.7.).

 

Fig. IV.7. – Schematische voorstelling van het principe van de PET scan

In een PET scan is de patiënt omgeven door een ring van detectoren (slechts enkele werden weergegeven). Deze detectoren zijn onderling verbonden door coïncidentieschakelingen (niet aangegeven). Een gebied in de hersenen van deze patiënt zendt positronen uit en de annihilatiegamma’s worden gedetecteerd. Deze gamma’s worden telkens per 2 uitgezonden in opponerende richtingen. Hoewel de op de figuur aangegeven gamma’s verschillende afstanden moeten afleggen alvorens een detector te treffen, worden de 2 opgewekte pulsen toch als gelijktijdig gedetecteerd. Wegens de grote snelheid (300.000 km/s) waarmee de gamma’s zich verplaatsen is het tijdsverschil tussen beide pulsen immers miniem (uit: Web 1993).

Telkens een positron annihileert worden 2 verschillende detectoren getroffen.  Alhoewel de afstanden die beide gamma’s moeten afleggen naar de detectoren toe meestal verschillend zijn, is het tijdsverschil tussen de 2 aldus opgewekte pulsen miniem. Immers deze gamma’s bewegen zich tegen lichtsnelheid. Alle detectoren staan in verbinding met een elektronische schakeling “in coïncidentie”. Hiervoor gebruikt men een elektronische “poort” (“gate”), die slechts 2 pulsen in coïncidentie doorlaat. In geval van een afzonderlijke puls blijft deze poort dicht en wordt de puls dus niet geteld. Zulke stoorpuls kan bijvoorbeeld afkomstig zijn van de kosmische straling of de natuurlijke radioactiviteit. In de PET-scan slaagt men er dus in selectief de positron emitters in de patiënt te detecteren en te lokaliseren. Dit heeft aanleiding gegeven tot een aantal interessante toepassingen in de Nucleaire Geneeskunde.

Positron emitters gebruikt in de Nucleaire Geneeskunde

De voornaamste positron emitters gebruikt voor een PET scan zijn fluor-18, koolstof-11, stikstof-13 en zuurstof-15. Het zijn alle kortlevende isotopen, met halfwaardetijden van resp. 1 h 50 min, 20 min, 10 min en 2 min. Zulke korte halfwaardetijden betekenen een significant voordeel op het gebied van de radioprotectie. Bij het langstlevend isotoop van de 4 komt de nog aanwezige radioactiviteit op minder dan 1 dag na het onderzoek niet meer boven de natuurlijke achtergrond uit, terwijl bij het kortstlevend dit reeds op minder dan een halfuur het geval is. Het is evident dat enkel fluor-18 van buiten het ziekenhuis kan toegeleverd worden. De andere zijn zo kortlevend dat zij op de dienst voor Nucleaire Geneeskunde zelf moeten aangemaakt worden. Om positron-emitters aan te maken beschiet men stabiele kernen met protonen van hoge energie. Dank zij deze energie kunnen deze protonen tot in de kernen doordringen Deze krijgen dan een overschot aan positieve lading, die ze verminderen door een positron uit te zenden. Om protonen te kunnen versnellen tot deze hoge energieën heeft men een cyclotron nodig, een deeltjesversneller uit te kernfysica. Indien men dus andere positron-emitters dan fluor-18 wenst te gebruiken voor nucleair geneeskundige doeleinden moet er een cyclotron in het ziekenhuis geïnstalleerd worden. Dergelijk toestel veronderstelt evenwel de beschikking over een vrij omvangrijke fysico-technische ondersteuning.

In de gamma van de gebruikte positron-emitters speelt fluor-18 ongetwijfeld een bijzondere rol. Deze steunt op het feit dat kankercellen meer suikers opnemen dan normale cellen. Kankercellen delen zich immers veel meer dan gezonde cellen en hebben dus meer energie nodig. Dat suikers energie bevatten kunnen wij gemakkelijk begrijpen wanneer we denken aan de druivensuiker die door sportlui wordt ingenomen. Voor nucleair geneeskundig gebruik markeert men de suiker fluorodeoxyglucose (FDG), gemerkt met fluor-18. Dit FDG stapelt zich preferentieel op in kankercellen. Op de PET-scan worden deze zones van hoge activiteit dan zichtbaar. Op figuur IV.8. ziet men de opstapeling van 18-FDG in een tumor van de rechterlong. FDG speelt aldus een belangrijke rol in de kankerbehandeling, en dit op 2 verschillende manieren.

 

Fig. IV.8. – PET scan van een patiënt met een kanker van de rechterlong

PET opname van een patiënt na inspuiten van FDG. De verhoogde opname door een tumor in de rechterlong is duidelijk zichtbaar (uit: Valdés Olmos en Hoefnagel 2003, in  Camps et al p283).

Vooreerst kan dit onderzoek uitsluitsel geven of het al dan niet een kankergezwel betreft. Verder kan het ook gebruikt worden om een ingestelde kankertherapie op te volgen: men kan immers hiermee het slinken van de tumorale massa evalueren tijdens de therapie.

IV.4. THERAPIE MET OPEN BRONNEN

Tot hiertoe werd uitsluitend de diagnose met behulp van open bronnen behandeld. Er is evenwel in bepaalde gevallen ook therapie met open bronnen mogelijk. Deze vorm van therapie wordt soms ook “systemische” of “metabole” therapie genoemd. Zij behoort tot het grensvlak tussen Radiotherapie en Nucleaire Geneeskunde. Inderdaad behoort zij tot de eerste omdat het hier een vorm van curietherapie betreft, maar ook tot de tweede omdat open bronnen gebruikt worden. Het groet verschil met de diagnostische Nucleaire Geneeskunde ligt in de toegediende activiteiten. Bij therapie met open bronnen gebruikt men activiteiten die tot 100 keer en meer hoger zijn dan bij diagnostische toepassingen. De uitgezonden straling moet immers celdelingen kunnen blokkeren. Hét schoolvoorbeeld bij uitstek van therapieën met open bronnen is de behandeling van schildklieraandoeningen. Onder de overige ziektes die hiermee behandeld kunnen worden weerhouden wij sommige pijnlijke botuitzaaiingen van kanker. Tenslotte worden er nieuwe therapieën ingevoerd waarbij gemerkte monoklonale antilichamen gebruikt worden.

Behandeling van schildklieraandoeningen met open bronnen

Voor de behandeling van schildklieraandoeningen wordt gebruik gemaakt van het radio-isotoop iodium-131. Zoals hoger vermeld stapelt jodium zich preferentieel in schildkliercellen op. Eén van de aandoeningen die zo behandeld worden is hyperthyroïdie of overactiviteit van de schildklier (goiter). Sommige schildklierkankers kunnen eveneens op die manier behandeld worden. Voor deze laatste soort behandeling moet de toegediende activiteit zo hoog zijn dat de patiënt na toediening van het radiofarmacon voor meerdere dagen moet gehospitaliseerd blijven vooraleer hij het ziekenhuis mag verlaten.

Behandeling van pijnlijke botuitzaaiingen met open bronnen

Wanneer cellen van de tumor in de bloedbaan terecht komen, kunnen zij met het bloed meegevoerd worden, zich vastzetten in een ander weefsel of orgaan, zich aldaar verder gaan delen en aldus aanleiding geven tot een uitzaaiing of een “metastase”. Sommige kankers zoals borst- of prostaattumoren kunnen soms aanleiding geven tot uitzaaiingen in het botsysteem. In geval van botmetastasen kan de pijn zeer hevig worden, zodanig dat men moet overgaan tot pijnstillende therapieën. Voor de pijntherapie wordt o.a. het radio-isotoop strontium-89 gebruikt, dat zich preferentieel in het bot opstapelt.

Behandeling met gemerkte monoklonale antilichamen

Een recente vorm van kankerbehandeling met open bronnen maakt gebruik van het immuunsysteem van het menselijk lichaam. Wanneer vreemde “indringers”, zoals virussen, ons lichaam binnendringen wordt ons verdedigingsmechanisme geprikkeld. De wetenschappelijke benaming van zulke “indringer” is “antigeen” (nl wat een “anti”reactie van het lichaam “genereert” of opwekt). Het immuunsysteem van het lichaam zorgt dan voor het aanmaken van “antilichamen”, die de antigenen telijf moeten gaan. Voor de behandeling van sommige kankers wordt van deze eigenschap van het immunologisch systeem gebruik gemaakt. Kankercellen onderscheiden zich immers van de gezonde cellen en worden door ons lichaam eveneens als een antigeen beschouwd. Men heeft nu technieken ontwikkeld om voor een aantal kankers, zoals colorectale tumoren, de geschikte antilichamen buiten de patiënt aan te maken. Deze antilichamen worden dan gemerkt met een radio-isotoop zoals yttrium-90 of iodium-131 en ingespoten in de patiënt. Deze antilichamen zijn nu te vergelijken met telegeleide projectielen die de doelwitten – de kankercellen – opzoeken. Door geschikte technieken kan men de specificiteit ervan – ttz het selectief opzoeken van enkel de kankercellen – nog verbeteren. Men spreekt dan van “monoklonale” antilichamen. Alhoewel reeds op patiënten toegepast verkeert deze – op papier veelbelovende en mooie – methode zich nog in een experimenteel stadium.

 ————————————————————————————————————————–

HOOFDSTUK V

 RADIOACTIVITEIT: EEN UITDEINENDE OLIELAAG IN HET ZIEKENHUIS

Tot hiertoe hebben wij ons beperkt tot het gebruik van radioactiviteit in de klassieke diensten Radiotherapie en Nucleaire Geneeskunde. Sommige procedures vereisen echter, om medische redenen, manipulatie van radioactiviteit in andere diensten. Het gaat dan om een eerder beperkt gebruik in het geheel van de toegepaste klinische procedures. Een belangrijk aspect hierbij is dit van de radioprotectie. Wegens het sporadisch gebruik van radioactiviteit is het personeel op deze diensten immers veel minder gewend om de nodige voorzorgen te nemen. Een belangrijke taak van opleiding is hier dan ook voor de dienst voor Radioprotectie weggelegd.

Naast deze klinische diensten behandelen wij hier ook kort het gebruik van radioactiviteit in de ondersteunende laboratoria, namelijk de laboratoria voor Klinische Biologie en de Onderzoekslaboratoria voor het ontwikkelen van nieuwe diagnostische en therapeutische methodes.

V.1. Gebruik van Gesloten Bronnen buiten de dienst Radiotherapie

Gebruik van gesloten bronnen op de dienst Orthopedie: de Botdensitometrie

Botdensitometrie is een welgekende methode voor de detectie van aandoeningen zoals botontkalking en fracturen. De methode steunt op het verlies aan botdensiteit dat met deze aandoeningen gepaard gaan. Hoe denser het bot, ttz hoe meer gram per cm³, hoe meer het de straling tegenhoudt. Een densitometer bestaat dus uit een stralingsbron en een detector om het aantal stralen die doorheen de patiënt geraken te tellen (Fig. V.1.).

 

Fig. V.1. – Schema van een botdensitometer met een iodium-125 bron

Deze botdensitometer is uitgerust met een iodium-125 bron en een detector om het aantal gammastralen die door de patiënt geraken te tellen (uit: Boonen et al 273 in Camps et al, p240).

De densitometer op de figuur werkt met een radioactieve bron, waarbij iodium-125 als radio-isotoop gebruikt wordt. Sommige apparaten werken met x-stralen.

Gebruik van gesloten bronnen in de Operatiezaal

- Oftalmologische applicaties

Sommige oogtumoren komen in aanmerking voor behandeling met curietherapie. Hierbij wordt een applicator, waarop een aantal radioactieve bronnen bevestigd zijn (Fig. V.2.), aan de oogbol aangenaaid. De vorm van deze applicator is concaaf en kan

 

Fig. V.2. – Foto van 2 oogplaatjes met iodium-125 bronnen

De vorm van de goudplaatjes is concaaf en wordt individueel aangepast aan de oogkromming. Boven lateraal zijn de plaatjes uitgerust met 2 oogjes teneinde ze op het oogvlies te kunnen vastnaaien. De uitsparing onderaan aan het onderste plaatje dient als doorgang voor de oogzenuw.  De positie van de iodium-125 staafjes wordt eveneens individueel aangepast om een optimale bestraling  van de tumor te bekomen (uit: ICRU 2004, p143).

aangepast worden aan de kromming van de oogbol. De radioisotopen die voor deze behandelingstechniek worden gebruikt zijn vooral iodium-125, ruthenium-106 en
strontium-90.

- Urologische applicaties

Bij elke tot nu toe besproken curietherapie ging het om tijdelijke applicaties: na de voorziene behandelingsduur – gewoonlijk een paar dagen – worden de bronnen opnieuw verwijderd. In de Urologie wordt soms voor kleine tumoren van de prostaat gebruik gemaakt van “permanente implantaten”. Hierbij worden een aantal iodium-125 zaadjes operatief in de tumor gebracht (Fig. V.3.). Gewoonlijk wordt de patiënt de dag na de applicatie uit het
ziekenhuis ontslagen. De energie van de straling uitgezonden door iodium-125 (halfwaardetijd 60 dagen) is zo zwak dat de stralingsbelasting voor de omgeving van de patiënt (huisgenoten,…) geen betekenis heeft.

 

Fig. V.3. – Radiografische opname van een prostaatimplant met iodium-125 zaadjes

Op de opname ziet men de gevulde blaas en de jodiumzaadjes (verticale witte streepjes)(uit: Dobbs et al 1999, p280)

Gebruik van gesloten bronnen op de dienst Cardiologie: de Endovasculaire Curietherapie

Ter bestrijding van vernauwing (“stenose”) van de kroonslagader van het hart wordt dikwijls een “catheterisatie” uitgevoerd. Deze bestaat eruit dat men door een kleine insnede, op een plaats waar men gemakkelijk in een ader geraakt (bijv. de lies of de elleboog), een soepele katheder inbrengt. Deze wordt dan onder radioscopische controle doorgeschoven tot op de plaats van de stenose. Bij de standaardtechniek om de vernauwing weg te nemen bevat de katheder een ballonnetje dat men opblaast om de ader terug open te duwen. Soms wordt er ook een veertje (“stent”) geplaatst dat de ader na het verwijderen van de katheder moet open houden.

Een aantal patiënten zullen echter na een eerste interventie een nieuwe stenose (“re-stenose”) ontwikkelen. Als “tweede-lijnstherapie” wordt o.a. een radioactieve methode gebruikt. Deze bestaat in het inbrengen langs de katheder van een radioactieve bron (Fig. V.4.). Iodium-125, fosfor-32 en strontium-90 worden hier gebruikt als radio-isotoop. Men laat de bron gedurende een aantal minuten ter plaatse om de celwoekeringen in de aderwand voldoende te kunnen bestralen.

 

Fig. V.4. – Ultrasoon opname van een ader met een radioactieve bron

Op de doorsnede van de ader ziet men de bron (“Radiation source”), de ultrasoonsonde(“IVUS probe”) en de binnen- (“Endothelium Surface”) en buitenwand (“EEL”) van de ader (uit: ICRU 2004, p152).

 V.2. Gebruik van Open Bronnen buiten de diensten Nucleaire Geneeskunde of Radiotherapie

Gebruik van open bronnen op de dienst Neurologie: de ICTALE SPECT

Vallende ziekte of “epilepsie” wordt veroorzaakt door een aandoening van de hersenen. In sommige gevallen is hiervoor chirurgische behandeling mogelijk. Bij deze ingreep worden de “epilepsiehaarden” in de hersenen vernietigd. Het is voor de neurochirurg zeer belangrijk op voorhand deze haarden te kunnen lokaliseren. Op basis van deze gegevens zal hij beslissen of zulke operatie al dan niet mogelijk is. Indien er mogelijkheid is tot operatieve ingreep zal de kennis van de ligging van de epilepsiehaarden in de hersenen de chirurg toelaten op voorhand de optimale toegangsweg tot deze letsels te plannen. Zij zijn immers omringd door hersenweefsels waarin zones met verschillende belangrijke functies aanwezig zijn (spraak, spierbewegingen,…), en het is van vitaal belang voor de patiënt het eventueel functieverlies, te wijten aan de ingreep, tot een minimum te beperken.

De techniek van de ICTALE SPECT berust op het feit dat tijdens een aanval – de “ICTALE fase” – de epilepsiehaarden bepaalde stoffen, aanwezig in het bloed van de patiënt, preferentieel opnemen vergeleken bij het omringend hersenweefsels. Een geschikt radiofarmacon, gemerkt met technetium, wordt dus ingespoten bij de start van de epilepsieaanval. Na de aanval wordt de patiënt naar Nucleaire Geneeskunde vervoerd en ondergaat een SPECT (zie hoofdstuk IV). Dankzij hun verhoogde opname van het radiofarmacon worden de epilepsiehaarden hierop zichtbaar.

Wat deze diagnosetechniek speciaal compliceert is dat deze epilepsiepatiënten op de dienst Neurologie gehospitaliseerd moeten worden. In de patiëntenkamer moet dus een voldoende hoeveelheid radiofarmacon klaar liggen voor gebruik bij een aanval. Vermits de halfwaardetijd van technetium 6 h bedraagt, moet regelmatig vanuit Nucleaire Geneeskunde een nieuwe voorraad aangebracht worden. Deze patiënten staan verder onder continue observatie met een camera, waarvan het beeld in het centraal verplegingslokaal aan een TV monitor wordt aangelegd. Zodra de verpleging de eerste symptomen van een naderende aanval waarneemt, haast iemand zich naar de patiënt en dient hem het radiofarmacon toe door inspuiting in een op voorhand aangebrachte katheder.

Gebruik van open bronnen in de operatiezaal

De schildwachtklier

Een belangrijke vraag bij kankerchirurgie is of de lymfeklieren van het aangetaste orgaan (bv. lymfeklieren van de borst, de long, de maag…) eveneens kankercellen bevatten. Kankercellen kunnen zich inderdaad soms vanuit het gezwel nestelen in de lymfeklieren. Van daaruit kunnen zij in de bloedbaan terecht komen, met het bloed meegevoerd worden en zich gaan vastzetten op een andere plaats in het lichaam. Op deze plaats kunnen deze kwaadaardige cellen zich verder delen en zo aanleiding geven tot een uitzaaiing (“metastase”). Het optreden van uitzaaiingen hypothekeert dikwijls de levensverwachting van de patiënt en is ook erg meebepalend voor het instellen van de juiste therapie. Indien de lymfeklieren aangetast zijn, ttz indien zij kankercellen bevatten, is het noodzakelijk tijdens de operatie niet alleen de tumor, maar ook de lymfeklieren te verwijderen, wat evenwel voor de patiënt de ingreep veel zwaarder maakt. Het is dus voor de chirurg noodzakelijk te weten of de lymfeklieren al dan niet kwaadaardige cellen bevatten.  Recent werd hiertoe een nieuwe techniek ontwikkeld waarbij radioactiviteit in het aangetaste orgaan wordt ingespoten. De ingespoten radioactiviteit komt terecht in de “schildwachtklier”. Deze is de eerste klier waarin vanuit de tumor kwaadaardige cellen kunnen terechtkomen. Vanuit deze schildwachtklier kunnen deze cellen zich dan verder naar de andere klieren verspreiden. Indien de schildwachtklier vrij is van kankercellen, dan is dit dus ook het geval voor de andere klieren. Vindt men echter aanwezigheid van kankercellen in de schildwachtklier, dan zijn meteen alle andere klieren van het aangetaste orgaan verdacht, en moeten zij verwijderd worden.

Vóór de operatie wordt de patiënt op Nucleaire Geneeskunde ingespoten met technetium. Hierna volgt een scan waarop de schildwachtklier wegens de opname van de ingespoten radioactiviteit zichtbaar is. De positie van deze klier wordt op de huid van de patiënt gemarkeerd. Tijdens de operatie wordt deze schildwachtklier samen met de tumor verwijderd en naar de dienst voor Pathologische Ontleedkunde gezonden. Hier beschikt men over de geschikte technieken om de aanwezigheid van kwaadaardige cellen in de klier aan te tonen.  In geval van negatief resultaat moeten de lymfeklieren niet verwijderd worden. In het andere geval ook de andere lymfeklieren uitgesneden worden. Deze techniek wordt o.a. toegepast bij borstcarcinoom.

- Radio Immunoguided Surgery

In de kankerbestrijding hebben monoklonale antilichamen niet alleen therapeutische toepassingen (§IV.4.). Zij kunnen immers ook gebruikt worden om de chirurg te vertellen hoe ver hij de weefsels moet uitsnijden bij het verwijderen van de tumor. Dit gebeurt in de Radio Immunoguided Surgery of “RIGS”. Deze methode moet de chirurg inderdaad de micro-uitzaaiingen van de tumor helpen detecteren. Vóór de operatie wordt de patiënt op Nucleaire Geneeskunde ingespoten met het gemerkt antilichaam, specifiek voor het tumortype in kwestie. De tijd tussen de inspuiting kan verschillende dagen, zelfs weken in beslag nemen. Gedurende deze tijdspanne fixeren de antilichamen zich tot in de tumorale micro-uitzaaiingen. Tijdens de operatie kunnen deze uitzaaiingen gedetecteerd en gelokaliseerd worden door met een kleine gammateller de zone rond de tumor af te tasten. De RIGS techniek werd o.a. in het verleden gebruikt voor de behandeling van sommige darmkankers. Gezien het verschillende dagen duurt vooraleer de antilichamen zich in deze tumorsoort gefixeerd hebben moest men een radio-isotoop met een redelijk lange halfwaardetijd gebruiken. Iodium-125, met een halfleven van 60 dagen, is hiertoe geschikt. Het nadeel is evenwel dat de patiënten tot weken na de operatie nog steeds jodium in hun urine uitwateren. Zij moeten dus nog een hele tijd hun urine collecteren en naar het ziekenhuis brengen, waar deze urine nog ongeveer 2 jaar moet worden bijgehouden. Indien veel patiënten met darmkanker met RIGS zouden behandeld worden geeft dit voor het ziekenhuis ernstige problemen van stockage van radioactieve afval. Dit probleem van radioprotectie vormt, wegens de strenge wetgeving terzake, een belangrijk nadeel van deze methode.

 V.3. Gebruik van Open Bronnen in de Ondersteunende Laboratoria

Gebruik van Open Bronnen in de Klinische Biologie

Tot nu toe werd enkel het gebruik van Radioactiviteit rechtstreeks op patiënten besproken. Naast dit “in vivo” gebruik spelen ook de “in vitro” toepassingen van radioactiviteit een belangrijke rol in de Geneeskunde, en wel in de Klinische Biologie (“Laboratoriumgeneeskunde”). Wanneer in dit specialisme radioactiviteit gebruikt wordt spreekt men ook van “Nucleaire Geneeskunde in vitro”. In deze laboratoria wordt niet de patiënt zelf onderzocht, maar wel stalen van stoffen die ofwel in het lichaam aanwezig zijn (bloed, serum) of erdoor afgescheiden worden (urine, feces). “In vitro” betekent trouwens letterlijk “in glas”, bijvoorbeeld in een bloedbuisje. De Klinische Biologie beschikt over een gans arsenaal testen die de geneesheer moeten toelaten te komen tot een juiste diagnose. Een belangrijk terrein voor dit specialisme ligt in het bepalen van de concentratie van bepaalde stoffen die in het bloed circuleren. Zo kan bijv. in het bloed het gehalte van bepaalde “tumormerkers” verhoogd zijn. Dit kan dan duiden op een beginnende kanker, alhoewel de patiënt nog perfect klachtenvrij kan zijn. Eén van de klassieke testen gebruikt in Klinische Biologie maakt gebruik van radioactiviteit.

In 1959 ontwierpen Yalow en Berson een radioactieve immunologische methode om de concentratie (bijv. in gram per milliliter) van insuline in plasma te bepalen. Deze methode, “radioimmunoasssay” (RIA) genoemd, bleek gevoeliger en selectiever dan alle andere in die tijd beschikbare methodes. Sindsdien heeft zij zich ontwikkeld tot een standaardmethode tot het bepalen van de concentratie van een verscheidenheid aan stoffen zoals drugs, hormonen of proteïnen, die in het bloed circuleren. Deze stoffen zijn antigenen, waarvoor men geschikte antilichamen heeft ontwikkeld. De methode steunt op het merken van uitwendige antigenen, identiek aan deze in de patiënt, met iodium-125.

In de klassieke of “competitieve” RIA test brengt men een gekende hoeveelheid van dit gemerkt antigeen in een bloedstaal van de patiënt (Fig. V.5.). Men brengt eveneens antilichamen in het staal. De gemerkte uitwendige antigenen staan nu “in competitie” met de ongemerkte patiënteigen antigenen om zich te binden aan de ingebrachte antilichamen. Men heeft er verder voor gezorgd dat deze laatste in een ondermaatse hoeveelheid werden ingebracht. Nadat deze antilichamen zich allemaal gebonden hebben krijgen we dus zowel een gebonden als een ongebonden fractie antigenen. Door geschikte technieken scheidt men dan de 2 fracties. Vervolgens wordt de gebonden fractie in een gammateller geplaatst om de activiteit te meten. Deze activiteit daalt als functie van de concentratie aan ongemerkte antigenen van de patiënt: hoe meer van deze antigenen in de gebonden fractie aanwezig zijn, hoe minder gemerkte antigenen. Hiervan maakt men gebruik om uit de gemeten activiteit de concentratie aan patiënteigen antigenen af te leiden.

Deze competitieve RIA werd later nog verfijnd. Desondanks wordt RIA tegenwoordig meer en meer verdrongen door merking met chemische of biochemische methodes. De strenge wetgeving inzake radioprotectie en de relatief complexe manipulatie (geen automatisatie mogelijk), eigen aan de RIA procedure, zijn hiervan waarschijnlijk de oorzaken. Vanuit radioprotectief standpunt moet nochtans vermeld worden dat de bij RIA gemanipuleerde hoeveelheden iodium-125 zo miniem zijn dat het stralingsrisico voor de laborant nauwelijks een probleem vormt, mits het in acht nemen van een paar elementaire en gemakkelijke voorzorgen.

Fig. V.5. – Schematische voorstelling van de binding van antilichamen met gemerkte en ongemerkte antigenen

In de competitieve RIA-test staan voor de binding met de antilichamen de gemerkte en de ongemerkte patiënteigen antigenen met elkaar in competitie Daar deze antilichamen ondermaats in de patiënt werden ingespoten, worden alle antilichamen gebonden. Na scheiding van de ongebonden antigenen van de gebonden, meet men de radioactiviteit van deze laatste fractie en bepaalt hieruit de concentratie aan patiënteigen antigeen (uit: A. Kaplan 2003).

Gebruik van Open Bronnen in Biomedisch Onderzoek

Open bronnen kennen eveneens een breed toepassingsgebied in de biomedische laboratoria. Zij worden hier voornamelijk gebruikt als merker voor belangrijke organische moleculen zoals DNA, enzymen, proteïnen of nucleïnezuren. Onder de gebruikte radioisotopen vinden wij ondermeer iodium-125, waterstof-3 (tritium), koolstof-14, fosfor-32. Terwijl de eerste een gammastraler is, zenden alle andere bètastralen uit.

         - Gebruik van jodium-125 voor Biomedisch Onderzoek

Iodium-125 is een van de merkers bij uitstek voor biomedisch onderzoek. Dankzij de uitgezonden gammastraling kan de activiteit van een staal waarin zich gemerkte moleculen bevinden gemakkelijk gemeten worden met een natriumiodide kristal teller. Onder de voornaamste voordelen van iodium-125 vermelden wij zijn hoge chemische reactiviteit, waardoor het gemakkelijk inbouwbaar is in een hele reeks organische moleculen. Verder biedt zijn lange halfwaardetijd van 60 dagen, alhoewel een nadeel vanuit het oogpunt van radioprotectie, de mogelijkheid om eveneens relatief langdurende biologische processen te bestuderen. De  zwakke energie van de uitgezonden gammastraling is dan weer interessant op gebied van radioprotectie. Het groot risico bij moleculaire merkingen met iodium-125 is de grote vluchtigheid van het product. Bij vrijkomen onder vluchtige vorm kan het immers worden ingeademd door de onderzoeker en zal het zich in zijn schildklier fixeren. De kritieke fase is dus deze tussen het openen van het flesje met het jodium en het inbouwen van het product in de te bestuderen substantie. De manipulaties moeten dan ook onder de meest strikte voorzorgen op het gebied van de stralingsbescherming uitgevoerd worden. Zij moeten gebeuren onder een speciale afzuigkap (“hot cell”), zodanig dat het jodium dat vrijkomt voor een groot gedeelte onmiddellijk wordt afgezogen.

            -Gebruik van bètastralers voor Biomedisch Onderzoek

Waterstof, koolstof en fosfor zijn 3 belangrijke elementen die in overvloed aanwezig zijn in organische materie. Dit geeft uiteraard een gamma mogelijkheden voor moleculaire merkingen: het volstaat gewoon een techniek toe te passen om in de moleculen het stabiel isotoop te vervangen door een radioactief. Dit verklaart meteen het succes van tritium, koolstof-14 en fosfor-32. Het zijn alle 3 zuivere bètastralers en zenden dus geen gamma’s uit.

                        - Vloeibare scintillatietellers

Om bèta’s te tellen is natriumiodide echter ongeschikt en heeft men andere type tellers moeten ontwikkelen. Hiertoe werden de organische scintillatoren ontwikkeld, waaronder de vloeibare scintillatietellers (“liquid scintillation counters” of “LSC”) die uitermate geschikt zijn als tellers gebruikt voor bètastralers in biomedisch onderzoek. Bij LSC vinden wij verscheidene elementen terug uit de natriumiodide tellers: een scintillator, een fotomultiplier en een elektronisch telcircuit. Bij LSC is de scintillator echter geen vast kristal, maar wel een organische vloeistof. De eerste modellen werkten op basis van tolueen. De vloeistof met de gemerkte moleculen wordt opgelost in de organische scintillatorvloeistof. De lichtflitsen die door deze oplossing worden uitgezonden bereiken doorheen de doorzichtige wand van het telflesje het venster van een fotomultiplier. Hoewel principieel eenvoudig vergt LSC de uiterste zorg om betrouwbare meetresultaten te verkrijgen. Zo moet gecorrigeerd worden voor een reeks stoorfenomenen zoals chemiluminescentie en doving. Het eerste staat voor lichtflitsen die niet door radioactiviteit maar wel door chemische reacties (bv. oxidaties) geproduceerd worden. Het tweede staat voor het absorberen van de geproduceerde lichtflitsen in de scintillatorvloeistof zelf vooraleer ze uit het telflesje geraken. Vooral in het geval van tritium, de zwakste in energie onder alle bètastralers, is LSC uitermate kritisch. Om dit radio-isotoop te tellen bestaat trouwens geen enkel ander alternatief.

- Autoradiografie van de cel

Naast tellen van activiteiten wordt in het biomedisch onderzoek ook de techniek van de autoradiografie gebruikt. Hiermee kan men radiologische beelden van individuele cellen verkrijgen. De techniek is gebaseerd op het gebruik van met tritium gemerkt thymidine. Thymidine is een basenanaloog voor thymine, één van de 4 basen in het DNA. Een basenanaloog “mimeert” de base in het DNA. Wanneer we de cel haar DNA laten ontdubbelen in een thymidine-rijk milieu, dan zal de cel zich soms, wegens de grote gelijkenis tussen de “echte” en de “valse” base, vergissen en thymidine in haar ketens inbouwen. Is dit thymidine met tritium gemerkt, dan zullen de dochtercellen van de oorspronkelijke cel radioactiviteit bevatten. Bedekt men nu de cel met een fotografische emulsie (Fig. V.6.), dan wordt deze

 

Fig. V.6. – Schematische voorstelling van het principe van de autoradiografie van de cel

Na incorporatie van het getritieerd thymidine in het DNA van de cel wordt deze bedekt door een fotografische emulsie (“Nuclear Emulsion”). De door het tritium uitgezonden laagenergetische bèta’s geven spots in deze emulsie (uit: Hall 2005).

getroffen door de door het tritium uitgezonden bètadeeltjes. Bij ontwikkeling van de emulsie worden op de plaatsen waar deze getroffen werd donkere spots zichtbaar (Fig. V.7.). Met deze techniek kunnen dus individuele cellen zichtbaar gemaakt worden.

Fig. V.7. Autoradiografieën na incorporatie van getritieerd thymidine 

A: fotografische opname van een gemerkte cel in cultuur; B: fotografische opname van cellen van een muis waarin een aantal uren vóór slachtofferen getritieerd thymidine werd ingespoten (uit: Hall 2005).

 ————————————————————————————————————————–

BESLUIT

 GEBRUIK VAN RADIOACTIVITEIT IN HET ZIEKENHUIS:

EEN WERVELENDE RONDEDANS!

Doorheen de geschiedenis van de radioactiviteit in de Fysica zijn, sinds de ontdekking van radium door de Curie’s meer dan een eeuw geleden, de toepassingen in de Geneeskunde nooit ver weg geweest. Het eerste medisch gebruik van radium, in de strijd tegen kanker, is gedeeltelijk te danken geweest aan de onvoorzichtigheid van de pioniers bij het manipuleren van de radiumbronnen en van de roentgenstralen. Het zijn immers de waargenomen schadelijke effecten die gesuggereerd hebben dat gammastralen gebruikt kunnen worden om kankercellen te doden. Ongetwijfeld maakte de toenmalige machteloosheid van de medische wereld tegen deze ziekte de medici alert voor elke nieuw mogelijk wapen dat tegen de vijand kon gebruikt worden.

Sinds deze eerste pogingen heeft het toeval geen betekenisvolle rol meer gespeeld in het gebruik van radioactiviteit voor medische doeleinden. De eerste (beperkte) successen behaald met radium hebben integendeel de mogelijkheden van deze tak van de Fysica voor de Geneeskunde duidelijk gemaakt. Wegens de zware nadelen van radium zowel voor externe als voor curietherapie waren de medici, op het ogenblik dat de 2^de generatie Curie’s de kunstmatige radioactiviteit ontdekten, onmiddellijk kandidaat voor het exploreren van de therapeutische mogelijkheden van de nieuwe isotopen. Dit heeft in de externe radiotherapie geleid tot het succes van t kobalt in de 2^de helft van de 20^ste eeuw. Inderdaad heeft het kobalttoestel de radiotherapie van een tot dan toe eerder marginaal medisch specialisme, met zeer matige successen, gepromoveerd tot een volwaardig wapen in het arsenaal van de strijd tegen kanker. Nooit is zulk succes meer herhaald geweest, ondanks de lineaire versneller. Het feit dat deze het kobalt heeft verdrongen doet niets af van de plaats die dit isotoop in de geschiedenis van de radiotherapie toekomt: kobalttoestellen waren re-volutie, versnellers zijn e-volutie. In de curietherapie is iridium het groot succes geworden, al worden andere isotopen zoals cesium en kobalt ook nog gebruikt. De flexibilteit van de iridiumdraden laten een unieke aanpassing van de applicatie aan de geometrie van de tumor toe.

Op het ogenblik dat de deeltjestellers ontwikkeld werden voor het meten van de radioactiviteit was de mogelijkheid voor het oprichten van een nieuwe diagnosemethode, de Nucleaire Geneeskunde, spoedig duidelijk. Technetium is hier gepromoveerd tot de kampioen van de merkers voor de diverse radiofarmaca. Zijn chemische inbouwbaarheid in diverse moleculen, zijn excellente zichtbaarheid voor de gamma-camera en zijn radioprotectieve eigenschappen blijken inderdaad onevenaarbaar. Rond 1970 werd het nucleair geneeskundig arsenaal verder vervolledigd door het ontwikkelen van de PET-scan, gebaseerd op de equivalentie tussen massa en materie (betrekking van Einstein). Met het op de markt komen van de miniatuur cyclotrons, inplantbaar in een ziekenhuisomgeving, behoort ook het gebruik van de zeer kortlevende positron emitters tot de mogelijkheden.

De diverse medische specialisten zijn steeds op vinkenslag geweest voor gebruik in hun eigen discipline van nieuwe ontdekkingen op het vlak van de Radioactiviteit. De geschiedenis gaat dus verder met het “uitdeinen” van radioactiviteit buiten de diensten Radiotherapie en Nucleaire Geneeskunde. Het veilig gebruik ervan over de diverse niet-nucleaire diensten vormt een belangrijke uitdaging voor de diensten Radioprotectie. Het is hun taak aan deze sporadische gebruikers opleiding te verschaffen en een veiligheidscultuur bij te brengen. Ongetwijfeld zullen in een nabije toekomst nog andere toepassingen van radioactiviteit de kop opsteken in het ziekenhuis. Een wervelende rondedans….

Dit boekje is een poging om het gebruik van radioactiviteit in het ziekenhuis te bespreken voor het brede publiek. Het is gedeeltelijk ook geschiedenis. Het is de geschiedenis van de Koning van de Schepping die de Koningin van de Wetenschappen gebruikt ter bescherming van zijn hoogste Goed: zijn Gezondheid.

 ————————————————————————————————————————–

BIBLIOGRAFIE

Alonso M. en Finn E.J. (1972): Fundamentele Natuurkunde – deel 5: kernfysica. Agon Elsevier Nl,B, ISBN 90 10 10340 4

Boonen S., Geusens P., Luyken F. en Vanderschueren D. (2003): Botdensitometrie, in Camps J.A.J., van den Broek W.J.M., van Kroonenburgh M.J.P.G. en van Urk P.: leerboek Nucleaire Geneeskunde. 2^de druk, Eds Elsevier gezondheidszorg, Nl, ISBN 90 352 2567 8, pp231-248.

Chandra R. (1998): Nuclear medicine physics; Eds. Williams & Wilkins, 5^th ed.

Dobbs J., Barett A.. and Dan A. (1999): Practical Radiotherapy planning, 3^rd ed, Arnold, UK,
ISBN 0 340 70631 7

Dutreix J., Tubiana M. and Pierquin B. (1998): The hazy dawn of brachytherapy. Radiotherapy and Oncology 49, 223-232.

Dutreix A., Marinello G. and Wambersie A (1982): Dosimétrie en Curiethérapie, Masson, Fr

Edelbroek M.A.L. (2003) : Spijsvertering en lever, in Camps J.A.J., van den Broek W.J.M., van Kroonenburgh M.J.P.G. en van Urk P.: leerboek Nucleaire Geneeskunde. 2^de druk, Eds Elsevier gezondheidszorg, Nl, ISBN 90 352 2567 8, pp105-134

ESTRO (1995): 1895-1995 Radiation Oncology: A Century of Progress and Achievement. European Society for Therapeutic Radiology and Oncology, ISBN 90-802867-1-0

Fast J.D. (1973): materie en leven. 2^nd eds, natuur en techniek, Centrale Uitgeverij en adviesbureau, NL.

Hall E (2005): Radiobiology for the Radiologist, Lippincott, Williams and Wilkins, US, ISBN 9780781741514

ICRP (1987): Recommendations of the ICRP, ICRP 26, 2^nd edition, International Commission on Radiological Protection, US

ICRU (2004): Dosimetry of Beta Rays and Low-Energy Photons for Brachytherapy with Sealed Sources. International Commission on Radiation Units and Measurements Report 72, Oxford University Press, GB, ISBN 0198566794.

Kaplan A. (2003): Clinical Chemistry.

van Kroonenburgh M.J.P.G. (2003): Hersenen, in Camps J.A.J., van den Broek W.J.M., van Kroonenburgh M.J.P.G. en van Urk P.: leerboek Nucleaire Geneeskunde. 2^de druk, Eds Elsevier gezondheidszorg, Nl, ISBN 90 352 2567 8, pp33-55

Mould R.F. (1993): A century of X-rays and radioactivity in medicine, Institute of Physics Publishing, UK, ISBN 0-7503-0224-0.

Muller S.H. (2003): Beeldverwerking, in Camps J.A.J., van den Broek W.J.M., van Kroonenburgh M.J.P.G. en van Urk P.: leerboek Nucleaire Geneeskunde. 2^de druk, Eds Elsevier gezondheidszorg, Nl, ISBN 90 352 2567 8, pp415-440.

Paans A.M.J. (2003): Positronemissietomografie, in Camps J.A.J., van den Broek W.J.M., van Kroonenburgh M.J.P.G. en van Urk P.: leerboek Nucleaire Geneeskunde. 2^de druk, Eds Elsevier gezondheidszorg, Nl, ISBN 90 352 2567 8, pp389-406.

Valdés Olmos R.A. en Hoefnagel C.A. (2003): Tumoren, in Camps J.A.J., van den Broek W.J.M., van Kroonenburgh M.J.P.G. en van Urk P.: leerboek Nucleaire Geneeskunde. 2^de druk, Eds Elsevier gezondheidszorg, Nl, ISBN 90 352 2567 8, pp277-315.

Watson J.D. (1968): la double hélice. Collection « Jeune Science » ; Eds Robert Laffont, F.

Web S. (1993): The physics of three-dimensional radiation therapy: conformal radiotherapy, radiosurgery and treatment planning; Institute of Physics; IOP Publishing Ltd 1993; ISBN 0-7503-0254-2

 ————————————————————————————————————————–

 

---

[1] Deze stamcellen van de huid mogen niet verward worden met de stamcellen uit het welbekende “stamcellenonderzoek”. Deze laatste worden aan de patiënten toegediend ter bestrijding van een aantal aandoeningen, zoals bijv. de ziekte van Parkinson. De eerste soort kan enkel maar huidcellen voortbrengen, de tweede cellen van verschillende aard.