Методика тривимірної конформной протонної променевої терапії - це
Методика тривимірної конформной протонної променевої терапії
В даний час в Медико-технічному комплексі ляп ОІЯД проводяться регулярні сеанси протонної терапії онкологічних і деяких інших захворювань (близько 100 пацієнтів на рік). Для опромінення новоутворень, розташованих поблизу життєво важливих радіочутливих структур і органів розроблена методика тривимірної конформной терапії, при якій максимум сформованого дозного розподілу найбільш точно збігається з формою мішені. При цьому доза різко спадає за межами мішені, що дозволяє проводити опромінення раніше не доступних для променевої терапії локалізацій. У даній роботі наводяться основні технологічні етапи передпроменевої підготовки та проведення опромінення за розробленою методикою.
Мал. 1. Розподіл дози з глибиною проникнення для різних видів випромінювання: 1 - нейтрони. p (660) / Be; 2 - π-мезони 54 МеВ; 3 - протони, 200 МеВ; 4 - нейтрони. p (66) / Be; 5 - гальмівне випромінювання. 8 МеВ; 6 - γ-випромінювання. Be (60Co); 7 - електрони. 20 МеВ
Актуальність проблеми лікування онкологічних захворювань загальновідома. Смертність від цієї хвороби займає друге місце в світі після серцево-судинних захворювань. Так, згідно з офіційною статистикою [1] щорічно вУкаіни з 1 мільйона населення хворіє на рак близько 2700 громадян і цей показник з кожним роком стійко зростає.
Метод променевої терапії онкологічних захворювань є одним з основних методів лікування і використовується до 70% від усіх випадків як самостійно, так і в комбінації з хірургією і хіміотерапією і показання до його застосування постійно розширюються. Адронний терапія пучками важких ядерних частинок (протонів, нейтронів, іонів і ін.) Є найбільш ефективним і перспективним напрямком радіаційної онкології, які відповідають сучасним запитам практичної охорони здоров'я. Вона має цілу низку переваг перед звичайною променевою терапією з використанням гамма радіації і електронів. Так, завдяки властивості важких заряджених частинок створювати в кінці свого пробігу в речовині максимальне виділення енергії (пік Брегга) стає можливим прецизійно формувати локалізоване виділення дози випромінювання в глибоко розташованої пухлини при мінімальному опроміненні нормальних тканин, що оточують пухлину (рис. 1). Крім того, адрони мають властивість більш ефективного біологічного впливу на збіднені киснем клітини, що виявляється особливо важливим при лікуванні так званих, радіорезистентність пухлин, слабо реагують на опромінення традиційними джерелами радіації [2].
Бурхливий прогрес за останні десятиліття в області медичної діагностики і комп'ютингу привів до створення нового напряму в радіології - тривимірного комп'ютерного планування і проведення опромінення, при якому максимум формованого дозного розподілу найбільш точно відповідає формі мішені. При цьому доза різко спадає за межами мішені, що дозволяє проводити опромінення раніше не доступних для променевої терапії локалізацій. Дана методика отримала назву конформной терапії [3].
У цій статті представлені основні етапи підготовки та проведення трьох-мірної конформной протонної променевої терапії, розробленої і проведеної в Медико-технічному комплексі ляп ОІЯД протягом останніх кількох років.
Технічні етапи передпроменевої підготовки та проведення конформной протонної терапії
Мал. 3. Аксіальний зріз з окресленої кордоном мішені опромінення.
У Лабораторії ядерних проблем ОІЯД програма з розвитку адронной терапії на пучках синхроциклотрон була розпочата ще в 1967 році за ініціативою професора В. П. Джелепова. На першому етапі досліджень на протонному пучку було опромінено 84 пацієнта, після чого прискорювач був зупинений для модернізації. В цей же час було розпочато будівництво багатокабінного Медико-технічного комплексу (МТК) [4] для проведення адронной терапії онкологічних хворих.
Основні методичні та технологічні етапи передпроменевої підготовки та проведення опромінення наведені нижче. До них відносяться:
- Іммобілізація області, підлягає опроміненню;
- Проведення рентгенівського і магниторезонансного томографічного дослідження і введення КТ зрізів в програму планування;
- Тривимірне комп'ютерне планування опромінення;
- Виготовлення індивідуальних механізмів формування пучка - фігурних колі-маторов і компенсуючих болюсов;
- Реалізація та верифікація плану опромінення.
Як уже зазначалося, пучки важких заряджених частинок завдяки наявності чітко локалізованого пробігу і малому боковому розсіювання дозволяють формувати дозного поля з малими бічними градієнтами, що дає можливість опромінювати новоутворення безпосередньо прилягають до критичних радіочутливим структурам і орга-нам тіла пацієнта. Однак щоб повною мірою використовувати ці переваги необхідно попередньо провести ретельне планування опромінення. Для цього перш за все потрібно отримати інформацію про тривимірному розподілі щільності тканин пацієнта в місці розташування мішені. Це можливо зробити за допомогою рентгенівського комп'ютерного томографа (КТ). Основною вимогою також є повна відповідність положення опромінюється при діагностиці і в кожному з наступних сеансів фракціонованого опромінення пацієнта. У разі мішеней, локалізованих в області голови або шиї для їх надійної фіксації при томографії та в терапевтичному кріслі для кожного пацієнта виготовляється індивідуальна іммобілізірующую маска з перфорованого термопластика (рис. 2).
Томографічні дослідження проводяться на спіральному рентгенівському томографі в положенні пацієнта лежачи з фіксуючою маскою. Зазвичай вимірюється до ста зрізів з кроком 2 мм. Інформація в цифровому вигляді потім вводиться в тривимірну комп'ютерну систему планування опромінення. Для уточнення меж розповсюдження новоутворення додатково проводиться магнітно-резонансна томографія, ангіографія та ін. При проведенні протонної терапії в першій процедурної кабіні МТК пацієнт фіксується в спеціальному терапевтичному кріслі в положенні сидячи. Тому коли їхня мета розташована в області грудної клітини, то використовувати томограми, виміряні на діагностичному КТ можна через значне невідповідності положення внутрішніх органів пацієнта при діагностиці і опроміненні. Для вирішення цієї проблеми був розроблений і виготовлений варіант рентгенівського комп'ютерного томографа для топометріі, поєднаний з терапевтичним кріслом [5]. Його особливість полягає в тому, що рентгенівський випромінювач і блок детекторів нерухомо встановлені на стінах проце-поганого приміщення, а пацієнт, зафіксований саме в тому положенні, в якому він буде надалі опромінюватись, обертається в кріслі зі швидкістю 1 об. / Хв. Після завершення повного обороту, крісло з пацієнтом переміщається на задану величину і вимірювання повторюються.
Конформная променева терапія неможлива без комп'ютерного моделювання опромінення. В результаті співпраці з першим в світі госпітальних центром протонної терапії в м Лома-Лінда, США. розроблена в цьому центрі тривимірна комп'ютерна система планування протонного опромінення «TPN» була адаптована до обладнання та протонним пучків ФАЗОТРОН ляп ОІЯД. Після серії дозиметричних експериментів, верифікуйте алгоритм розрахунку дози, система використовується в клінічній практиці.
Тривимірний масив топометричної інформації, отриманий при комп'ютерної томографії, в цифровому вигляді вводиться в систему планування опромінення. На кожному аксиальном зрізі лікар-радіолог окреслює межі мішені опромінення і критичних структур - наприклад, стовбур мозку, зоровий нерв і ін. (Рис. 3). Крім того, задається ко-личество полів опромінення та їх напрямки. За цими даними система планування ге-нерірует тривимірні моделі окреслених структур.
За допомогою наявної в програмі функції «beam's-eye-view» (вид з боку пучка) і цифрових реконструйованих рентгенограм для кожного напрямку опромінення визначається і окреслюється протонний пучок певної форми в поперечному перерізі (рис. 4), який при реальному опроміненні формується за допомогою індивідуального коллиматора зі сплаву Вуда.
Для додання конформности дозного розподілу протонного пучка по глибині формі мішені розраховуються і потім виготовляються, так звані, болюси - сповільнювачі складної форми, що враховують гетерогенную структуру тканин і органів пацієнта, розташованих на шляху пучка (рис. 5: Використання болюсов дозволяє сформувати протонний пучок конформний мішені за глибиною проникнення.).
При додаванні всіх одиночних пучків, що приходять з різних напрямків, розраховується сумарна просторове дозное розподіл (рис. 6). Перетину тривимірних структур опромінюється і дозного розподілу можуть бути візуалізовані в трьох взаімоортогональних проекціях: аксиальной, сагітальній, коронарної.
Етап підготовки до опромінення закінчується виготовленням в майстернях МТК розрахованих програмою планування індивідуальних фігурних коллиматоров і болюсов (рис. 7), для чого були розроблені і виготовлені всі необхідні технологічні пристрої і пристосування. Саме протонне опромінення проводиться як правило Фракціоновані - щодня, за винятком вихідних днів, протягом трьох тижнів (т. Н. Прискорювальний цикл). Кожен день перед початком сеансу опромінення в процедурну виводиться терапевтичний протонний пучок і проводиться ретельна його дозиметрія. Вимірюються профіль пучка, його глубіннодозное розподіл, потужність дози. Потім ці параметри контролюються безпосередньо під час опромінення пацієнтів.
Для кожного напряму опромінення, безпосередньо перед опроміненням, виготовляється рентгенівський знімок пацієнта за допомогою трубки, встановленої за пацієнтом на осі пучка. Крім того, одночасно знімок експонується протонним пучком низької інтенсивності. В результаті на знімку чітко видно положення протонного пучка щодо анатомічних структур черепа (рис. 8: Верифікація плану протонного опромінення: зліва - цифрова рентгенограма черепа з напряму опромінення з проекцією мішені, критичних структур і апертури коллиматора; праворуч - рентгенівський знімок черепа, зроблений безпосередньо перед опроміненням з одночасною засвіченням протонним пучком низької інтенсивності. Положення пучка щодо кісткових структур-орієнтирів і його форма точно відповідають плану опромінення .). Якщо це положення не збігається з точністю 1 мм з тим, яке було розраховане програмою планування, проводиться корекція положення крісла щодо пучка. Відразу після цього проводиться терапевтичне опромінення протонним пучком.
висновок
Мал. 9. Протонна радіохірургія метастазу нирково-клітинного раку в глибинних відділах лівої півкулі мозку.
Ранні результати клінічно і рентгенологічно підтвердили, що розроблена техніка тривимірного конформного протонного опромінення забезпечує точне підведення дози до планованого патологічного обсягу. На малюнку 9 представлений план протонної променевої терапії внутрімозкового Радіорезистентність метастазу, а також магнітно-резонансна томографія з контрастом до опромінення і через 8 місяців після нього. Комп'ютерна томографія з планом опромінення - дозное розподіл представлено колірної заливкою. МРТ з контрастом у фронтальній площині до опромінення; МРТ через 8 місяців після радіохірургії - 90% зменшення новоутворення, регресія набряку, відновлення нормальної форми шлуночка. Як можна бачити, спостерігається майже повний регрес новоутворення.