Che cos'è la Radiochirurgia CyberKnife?

La storia della CyberKnife è una storia moderna e affascinante che parla della medicina di oggi, ma anche dei cambiamenti che ci attendono nel prossimo futuro.

Il termine radiochirurgia risale alla fine degli anni 50 e fu coniato da Lars Leksell, un gigante della neurochirurgia del Karolinska di Stoccolma. Leksell sviluppò una tecnica chiamata “radiochirurgia stereotassica”. Egli inventò un’attrezzatura, ancora oggi in uso, che utilizza una fonte radiante di cobalto 60. Le radiazioni prodotte da questa fonte radiante (raggi gamma) sono focalizzate su di un punto attraverso una serie di collimatori posti sulla superficie di una semisfera. La GammaKnife, così venne denominata da Leksell, funziona attraverso l’apertura della fonte radiante, i raggi gamma prodotti attraversano la semisfera passando dalle aperture dei collimatori, fori di diametro variabile disposti sulla sua superficie. Così focalizzati, i raggi gamma convergono su di un unico punto, rappresentato dal centro della semisfera. Questo punto prende il nome di isocentro. Leksell accoppiò questo apparato a un sistema stereotassico. Tale sistema consiste in un “casco”, come viene comunemente denominato, un sistema di riferimento esterno sul quale sono disegnate delle coordinate cartesiane che viene fissato rigidamente al cranio mediante quattro viti. Questo sistema di riferimento fa si che ogni punto all’interno del cranio del paziente possa essere identificato da specifiche coordinate spaziali (x,y,z). E’ possibile, in tal modo, far ricadere l’isocentro su di uno specifico punto o una serie di punti identificati dalle coordinate spaziali x,y,z. Il valore di tali coordinate sarà definito attraverso una risonanza magnetica effettuata in “condizioni stereotassiche”, ovvero con il casco fissato al capo del paziente. Le radiazioni dirette all’isocentro si incontrano generando delle “sfere” di radiazioni di intensità e volume variabili. La dose viene quindi conformata, cioè adattata alla forma del tumore attraverso l’uso di multipli isocentri di differente volume.

La radiochirurgia stereotassica si è rivelata una tecnica efficace per il trattamento di numerose patologia neurochirurgiche in ambito neuro-oncologico, neurovascolare e funzionale con molte centinaia di migliaia di pazienti trattati negli ultimi 30 anni.  

All’inizio degli anni 90, un giovane e promettente neurochirurgo di Stanford, John Adler, si avvicinò alla radiochirurgia stereotassica e decise di trascorrere un periodo di formazione a Stoccolma presso la neurochirurgia del Karolinska Institute, dove la radiochirurgia stereotassica oltre che essere nata, si era affermata. John è un visionario e coltiva il sogno di rendere la radiochirurgia stereotassica una tecnica ancora meno invasiva eliminando il casco o “frame” stereotassico. Le circostanze gli furono particolarmente favorevoli: al suo ingegno si aggiunse il fatto di lavorare a Stanford con la Silicon Valley e la conseguente possibilità di collaborare con i migliori esperti di scienze applicate al mondo a solo pochi chilometri di distanza. Nasce così, nella seconda metà degli anni 90, la CyberKnife un sistema per radiochirurgia stereotassica “frame-less” ovvero guidata dalle immagini e non più da coordinate spaziali ottenute fissando rigidamente dei riferimenti esterni sul capo del paziente. Ma c’è molto di più di questo!

Ciò che John Adler riuscì a realizzare non fu, come molti ancora oggi ritengono, sostituire un sistema d’immobilizzazione rigido, il casco, con uno meno rigido, cioè una maschera in materiale termoplastico. Egli, infatti, sviluppò, partendo dal nulla, un sistema di “image-guidance” in grado di verificare in maniera costante la posizione del paziente durante tutta la durata del trattamento. Tale sistema fu accoppiato a un robot che consente di correggere la direzione del fascio di radiazioni qualora il paziente si trovasse in una posizione diversa rispetto a quella di partenza. Quindi la CyberKnife è costituita da due componenti fondamentali:
     1. un sistema di image-guidance, costituito da due fonti radiogene posizionate sul tetto e due rivelatori al silicio amorfo posti sul pavimento.
     2. Un acceleratore lineare o LINAC che genera raggi X montato su di un braccio robotico. Questo braccio robotico è, a sua volta, accoppiato a un secondo braccio sul quale è posto il letto sul quale giace il paziente.
In tal modo la posizione del paziente viene verificata prima del rilascio di ogni fascio di radiazioni e corretta attraverso i movimenti dei due bracci robotici. È possibile, in tal modo, avere una precisione che è notevolmente inferiore al millimetro e del tutto paragonabile a quella dei sistemi “frame-based”, dei sistemi cioè che utilizzano un casco stereotassico. L’assenza del casco ha generato una serie di benefici che all’inizio non erano stati neanche previsti. Mentre con i sistemi “frame-based” la procedura deve essere svolta tutta in un’unica giornata, con i sistemi “frame-less” è possibile acquisire le imagini (TAC e RM) in giorni differenti rispetto a quelli del trattamento con la possibilità di avere molto più tempo per raggiungere un piano di trattamento ottimale. Ma il beneficio più evidente è quello di poter erogare la dose di radiazione in più frazioni mantenendo una precisione tipica dei sistemi stereotassici. Per lesioni di volume maggiore o adiacenti a strutture molto radiosensibili come le vie ottiche o il tronco encefalico, è possibile utilizzare un trattamento in un numero limitato di frazioni consentendo alle strutture sane, ma molto sensibili alle radiazioni, di recuperare e riparare l’eventuale danno radioindotto tra una frazione e la successiva.
I dati disponibili in letteratura hanno dimostrato come sia possibile trattare efficacemente, in tal modo, lesioni che non sarebbe possibile trattare con radiochirurgia in singola frazione, quali ad esempio i meningiomi delle vie ottiche. Il fatto di non richiedere un sistema di fissazione rigida, ma di utilizzare le immagini per controllare la posizione del paziente spinse John Adler e i suoi collaboratori della Accuray a provare a utilizzare questa tecnica al di fuori del cranio. I risultati furono straordinari: il sistema di image-guidance può identificare le variazioni di posizione delle vertebre seguendole durante il trattamento e il robot può correggere conseguentemente la direzione dei fasci di radiazioni. Inoltre posizionando, per via percutanea, dei semi d’oro all’interno di un tumore localizzato ad esempio nella prostata o nel fegato o nel polmone (eventualmente questa procedura può essere effettuata in sede di biopsia) è possibile, per la prima volta, utilizzare la precisione e l’efficacia di una tecnica radiochirurgica per trattare tumori al di fuori del capo.

Lo sviluppo di un sistema di image-guidance molto sofisticato ha, di fatto, cambiato la storia della radioterapia. Oggi la maggioranza delle apparecchiature per radioterapia sono dotate di un sistema di image-guidance che consente di effettuare il trattamenti ad elevata conformalità, cioè con una minima dispersione della dose al di fuori del tumore. Questa tecnica consente di ridurre il numero di sessioni utilizzate nella radioterapia, abitualmente da 25 a 30, avvicinandosi al trattamento radiochirurgico effettuato in 1-5 frazioni con maggior efficacia e minore rischio di effetti collaterali associati all’irradiazione dei tessuti sani. Questa vera rivoluzione sta cambiando radicalmente le basi della moderna radioterapia rendendola una terapia molto più efficace e molto meno tossica che nel passato. Oggi Elekta e Accuray le compagnie fondate rispettivamente da Lars Leksell e John Adler sono le prime due nella produzione di apparecchiature per radioterapia a testimoniare il contributo di questi due neurochirurghi alla medicina moderna.


Prof. Alfredo Conti
Università degli Studi di Messina


Figura 1. John Adler durante la fase preparatoria per il trattamento del primo paziente mediante una tecnica frameless CyberKnife.

Figura 2. CyberKnife M6 di ultima generazione.

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