Hadronová terapie

Hadronová terapie se začala vyvíjet již v třicátých letech minulého století. Vynálezce prvního urychlovače částic Ernest Orlando Lawrence (cyklotron v roce 1932) si celkem záhy uvědomil aplikační potenciál svého vynálezu v lékařství a již v roce 1938 jeho matka podstoupila úspěšnou léčbu ozařováním pomocí cyklotronu. Lékařský potenciál ozařování byl znám už Wilhelmu C. Röntgenovi, který v roce 1895 objevil X-záření, jak je tehdy nazval, a jen o rok později byla publikována kniha popisující aplikace tohoto záření v lékařství. Ostatně léčebné využití Röntgenova objevu bylo v roce 1901 hlavním zdůvodněním první udělené Nobelovy ceny za fyziku.

V čem se ozařování hadrony liší od ozařování paprsky gama, které se používají už poměrně dlouho? Rozdíly jsou fyzikální. To, jak se záření chová při průchodu hmotou, a tedy také v těle pacienta, velmi silně závisí na hmotnosti částic samotného záření. Zatímco protony jsou z tohoto pohledu těžké částice, rentgenové záření i paprsky gama jsou záření elektromagnetické, tedy fotony, a ty mají nulovou hmotnost. Proto se fotony rentgenového i gama záření stále pohybují v daném prostředí rychlostí světla, i když v nepružných rozptylech ztrácejí energii. Naproti tomu hmotné částice ionizací svého okolí rychlost ztrácejí, až se nakonec zbrzdí úplně. Právě v tom spočívá přednost protonového ozařování nádoru: Velikost ionizace je navíc nepřímo úměrná rychlosti částice a ionizací dochází k poškození tkáně.

Na obrázku 2 je schematicky znázorněn rozdíl mezi ozařováním gama fotony a protony. Je vidět, že při ozařování paprsky gama dostává zdravá tkáň dávku o 20 % větší než nádor, který má být zničen.

Abychom tento nepříznivý efekt omezili, používá se takový typ ozařování, kdy se výsledná dávka, kterou je zasažen nádor, skládá z několika dílčích dávek cílených z různých směrů. I při tomto přístupu je však ozařování protony daleko efektivnější (viz obr. 1). Při aplikaci záření gama-fotonů je zdravá tkáň v okolí nádoru zasažena dávkou, která představuje něco přes polovinu dávky mířící do nádoru.

Popsaný fyzikální princip je dávno známý, ale teprve ohromný pokrok v technologii urychlovačů, v elektronice a ve výpočetní technice v druhé polovině 20. století umožnil, aby se toto vše uplatnilo v široké praxi.