يصنف الإشعاع إلى فئتين رئيسيتين، غير مؤين ومؤين حسب قدرته على تأين المادة، كما تتراوح إمكانات التأين للذرات أي الحد الأدنى من الطاقة المطلوبة لتأين الذرة، من بضعة إلكترون فولت للعناصر القلوية إلى 24.6 فولتًا للهيليوم (غاز نبيل)، كما تقع إمكانات التأين لجميع الذرات الأخرى بين الطرفين.
تصنيف الأشعة
- لا يمكن للإشعاع غير المؤين أن يؤين المادة لأن طاقته أقل من قدرة التأين للذرات أو جزيئات الماص، كما يشير مصطلح الإشعاع غير المؤين إلى جميع أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي التي لا تحمل طاقة كافية لكل كمية لتأين ذرات أو جزيئات الماص، تعد الأشعة فوق البنفسجية القريبة والضوء المرئي وفوتونات الأشعة تحت الحمراء والموجات الدقيقة وموجات الراديو أمثلة على الإشعاع غير المؤين.
- يمكن للإشعاع المؤين أن يؤين المادة إما بشكل مباشر أو غير مباشر؛ لأن طاقته الكمية تتجاوز إمكانات التأين لذرات وجزيئات الماص للإشعاع المؤين العديد من الاستخدامات العملية في الصناعة والزراعة والطب، ولكنه يمثل أيضًا خطرًا صحيًا عند استخدامه بإهمال أو بشكل غير صحيح.
كما تعتمد الفيزياء الطبية إلى حد كبير ولكن ليس حصريًا، على دراسة واستخدام الإشعاع المؤين في الطب، كما تتعامل الفيزياء الصحية مع المخاطر الصحية التي تسببها الإشعاعات المؤينة ومع قضايا السلامة المتعلقة باستخدام الإشعاع المؤين.
تصنيف الأشعة المؤينة
يصنف الإشعاع المؤين إلى فئتين متميزتين حسب نمط التأين وأيضاً إلى فئتين حسب كثافة التأين التي ينتجها في الماص:
- الإشعاع المؤين المباشر وغير المباشر: الإشعاع المؤين المباشر، والذي يتكون من جسيمات مشحونة (إلكترونات، أطنان، جسيمات ألفا، أيونات ثقيلة) التي تودع الطاقة في جهاز الامتصاص من خلال عملية مباشرة من خطوة واحدة تتضمن تفاعلات كولوم بين الجسيمات المشحونة المؤينة مباشرة والإلكترونات المدارية للذرات في الممتص.
الإشعاع المؤين غير المباشر، والذي يتكون من جسيمات محايدة (فوتونات مثل الأشعة السينية وأشعة والنيوترونات) التي تودع الطاقة في جهاز الامتصاص من خلال عملية من خطوتين على النحو التالي، حيث تُستخدم الإشعاعات المؤينة بشكل مباشر وغير مباشر في تشخيص المرض وعلاجه، يسمى فرع الطب الذي يستخدم الإشعاع المؤين في علاج المرض العلاج الإشعاعي أو الأشعة العلاجية أو علاج الأورام بالإشعاع.
كما يُطلق على فرع الطب الذي يستخدم الإشعاع المؤين في تشخيص المرض التصوير الطبي وينقسم عادةً إلى فئتين: الأشعة التشخيصية القائمة على استخدام الأشعة السينية للتصوير والطب النووي يشار إليه الآن غالبًا باسم التصوير الجزيئي القائم على استخدام النويدات المشعة من أجل التصوير.
- إشعاع متأين منخفض وعالي: تعتمد كثافة التأين الناتجة عن الإشعاع المؤين في الأنسجة على النقل الخطي للطاقة لحزمة الإشعاع المؤين، تم تعريف الاشعاع المتأين للاستخدام في البيولوجيا الإشعاعية والحماية من الإشعاع لتحديد جودة حزمة الإشعاع المؤين.
وفقًا لكثافة التأين الناتجة في الممتص، هناك فئتان متميزتان من الإشعاع المؤين: انخفاض الإشعاع المؤين (يشار إليه أيضًا باسم إشعاع قليل التأين) وارتفاع الإشعاع المؤين(يشار إليه أيضًا باسم الإشعاع المؤين بكثافة).
تصنيف الإشعاع المؤين المباشر
تم العثور على معظم الإشعاعات المؤينة مباشرة مناسبة للاستخدام في العلاج الإشعاعي الخارجي. ومع ذلك فإن استخدامها يختلف اختلافًا كبيرًا من جزيء إلى آخر، نتيجة لاعتبارات مادية واقتصادية.
بشكل عام، فيما يتعلق بالعلاج الإشعاعي، تنقسم الإشعاعات المؤينة المباشرة إلى نوعين من الكاتيونات: العلاج بالإلكترون والعلاج بالهادرون، كما تتفاعل الإلكترونات مع الذرات الماصة بشكل رئيسي من خلال تفاعلات كولوم، تتفاعل الهادرونات، باستثناء النيوترونات مع الماص من خلال تفاعلات كولوم مع الإلكترونات المدارية وكذلك من خلال التفاعلات القوية مع نوى الممتص.
تم استخدام الإلكترونات في العلاج الإشعاعي الروتيني لعلاج الآفات السطحية على مدار الخمسين عامًا الماضية، بينما تم استخدام حزم البروتونات وهي الحزم البروتونية الأكثر شيوعًا المستخدمة في العلاج الإشعاعي الخارجي، مؤخرًا فقط على نطاق أوسع وإن كان لا يزال محدودًا، لا تزال الهادرونات الأثقل، مثل الكربون تعتبر طريقة تجريبية متاحة في عدد قليل فقط من المؤسسات حول العالم.
يتم إنتاج حزم الإلكترون بتكلفة منخفضة نسبيًا في المسرعات الخطية السريرية. من ناحية أخرى، يتم إنتاج حزم البروتون في السيكلوترون أو السنكروترون وهذه الآلات أكثر تطوراً وتكلفة بشكل ملحوظ مقارنةً بالليناك، كما يُجرى الكثير من العمل حاليًا على الوسائل البديلة لتوليد حزمة البروتون بهدف تصميم آلات مدمجة تتناسب مع العلاج تعد طرق توليد البروتون القائمة على الليزر حاليًا أكثر وعدًا للاستخدام النهائي في آلات البروتون المدمجة وغير المكلفة والعملية.
كيف يتم اختيار الحزمة الإشعاعية
يعتمد اختيار شعاع الإشعاع ووصف الجرعة في علاج المرض بالإشعاع على عدة عوامل مثل:
العوامل الطبية المتعلقة بالمريض والطبيب:
- نوع الورم وعلم الأنسجة، مكان الورم في المريض.
- موقع البنى الحساسة والأنسجة السليمة بالقرب من الهدف.
- تحمل المريض للعلاج.
- أي علاج إشعاعي سابق.
- تدريب الطبيب وخبرته.
- توافر معدات التصوير التشخيصي وإيصال الجرعات.
- البارامترات الفيزيائية لحزمة الإشعاع التي ستستخدم في العلاج، والتي تتضمن: خصائص جرعة العمق التي يحكمها تصميم الماكينة وطاقة الحزمة وحجم المجال ومعلمات الماكينة الأخرى.
- كثافة التأين الناتج في الأنسجة بواسطة الحزمة الإشعاعية لاستخدامها في العلاج.
- العوامل البيولوجية التي ينتجها شعاع الأشعة في الأنسجة: الفعالية البيولوجية النسبية، نسبة تعزيز الأكسجين.
من ناحية أخرى يتم علاج الأورام العميقة باستخدام حزم متعددة من الجهد الضخم من آلة العلاج عن بعد الكوبالت 60 أو المسرع الخطي في نطاق الطاقة من 4 ميلي فولت إلى 25 ميلي فولت. على مدى العقد الماضي، كان هناك تقدم كبير في التكنولوجيا والتقنيات المستخدمة لتخطيط وتقديم العلاج الإشعاعي الدقيق.
كما يتضمن مسار المريض من خلال مغادرة العلاج الإشعاعي عدة خطوات، بعضها لا يشمل المريض بشكل مباشر ولكن جميعها مهمة للحصول على نتيجة علاج مواتية. باختصار، الخطوات هي كما يلي:
- تعريف الهدف وجمع بيانات المريض بتقنيات التصوير التشخيصي.
- تخطيط العلاج وإذا لزم الأمر، تصنيع ملحقات العلاج.
- وصف الجرعة المستهدفة وجزء الجرعة، توصيل الجرعة، عادةً مع كسور متعددة في جزء واحد يوميًا لمدة عدة أسابيع.
- المتابعة على فترات منتظمة.
التصوير التشخيصي
الهدف من توصيل الجرعة الحديثة هو تحسين احتمالية السيطرة على الورم من خلال تقديم أكبر جرعة ممكنة إلى الهدف والتسبب في أقل قدر ممكن من المرض للمريض عن طريق الحفاظ على احتمالية حدوث مضاعفات الأنسجة الطبيعية منخفضة قدر الإمكان.
لذلك، فإن المعرفة الدقيقة لموقع الورم (الهدف) في الجسم وكذلك شكله وحجمه، تعتبر معلمات مهمة جدًا في العلاج الإشعاعي الحديث، كما يتم اكتساب هذه المعرفة عادةً من خلال التصوير التشخيصي الذي يتضمن الاندماج المناسب لبيانات المريض التي يتم جمعها باستخدام طريقتين أو أكثر من طرائق التصوير.
يتم تنفيذ تخطيط العلاج التقليدي من خلال مطابقة الحقول الإشعاعية مع الأبعاد المستهدفة ثم حساب توزيع الجرعة الناتج، بينما يتم تنفيذ تخطيط العلاج الحديث عن طريق وصف توزيع جرعة مناسب، ومن ثم حساب الحقول المعدلة الشدة المطلوبة لتحقيق توزيع الجرعة الموصوفة.
كما يشار الآن إلى تخطيط العلاج التقليدي بالتخطيط المستقبلي، التخطيط باستخدام تعديل شدة الحزمة يسمى التخطيط العكسي وتسليم الجرعة باستخدام الحقول المعدلة الشدة يسمى العلاج الإشعاعي المعدل الشدة. ومن حيث المبدأ تعمل الصورة على تحسين توصيل الجرعة للمريض من خلال مطابقة توزيع الجرعة الموصوفة للحجم المستهدف. ومع ذلك، في هذه العملية، يفترض المرء أن الموقع المستهدف معروف بدقة وأن موضع وشكل الهدف لا يتغير أثناء العلاج (حركة المعالجة الداخلية).
وفي نهاية ذلك فقد أحدث التطورات هو العلاج الإشعاعي التكيفي الذي يتيح التحقق من شكل الهدف وموضعه ليس فقط قبل العلاج وبعده، ولكن أيضًا أثناء عملية توصيل الجرعة.
