Радиотерапевтическое оборудование
.pdf
Медицинское оборудование в современной лучевой терапии |
51 |
|
|
Рис.23. Пример радиотерапии опухоли легкого с контролем дыхания
ипрессовдля областитаза.На сегодняшнийденьна рынке существует большое количество производителей средств фиксацииисоответственноогромноеколичествопродукции для различных случаев.
Таким образом, современный медицинский линейный ускоритель позволяет лечить практически любой тип опу- холисамыхразныхразмеров,исключениемогутсоставить толькоопухолитройничногонерваввидусвоихкрохотных размеров.Дальнейшееихразвитиеобусловленовнедрением компьютерныхтехнологийиразличныхметодовмодуляции (изменения характеристик пучка).Существуютразличные техники облучения:
Трехмерная конформная лучевая терапия (3D-CRT, 3D ConformalRadiationTherapy).Подэтимнаправлениемтерапии подразумеваютформированиеполяоблучения,максимально приближенного к форме опухоли.Внедрение этого метода было одним из первых, и оно позволило увеличить дозу облучения на пораженную область и уменьшить нагрузку на окружающие здоровые ткани.
52 |
Библиотека медицинского физика |
|
|
Радиотерапия с модуляцией интенсивности (IMRT, Intensity-ModulatedRadiationTherapy).Еепреимуществопо сравнениюсконформнойлучевойтерапией—варьирование интенсивности пучков с разных направлений в процессе облучения.
Стереотаксическая радиохирургия (SBRT, Stereotactic BodyRadiationTherapy).Используютсяузкиепучкивысокой интенсивности за небольшое количество фракций. Доза, подводимая к опухоли,составляет от 5–8 Грей и больше.
Объемно-модулированнаядуговаялучеваятерапия(VMAT, VolumetricModulatedArcTherapy).VMAT—этоулучшенный типIMRTметодики.Вовремяоблучениягантрипостоянно вращаетсявокругпациентавходелечения,приэтомтакже постоянно изменяется интенсивность пучка излучения. Вместо нескольких углов для облучения теперь стало воз- можным использовать все 360 градусов за один сеанс.
2.3.Томотерапия
Впоследниегодыфизикиимедикиначализадумываться об объединении технологий, позволяющих совмещать два или три метода томографии или методы лучевой терапии одновременносметодамидиагностики.Однимизнаиболее стремительноразвивающихсянаправленийявляетсятомо- терапия,котораязаключаетсявобъединенииКТилинейного ускорителядляпроведениялучевойтерапиисвизуальным контролем.Ее внешний вид показан на рис.24.
Следует отметить, что похожие идеи реализовывались намногораньше,носкобальтовымгамма-аппаратом.Тех- никатомотерапиибыларазработанапрофессорамиизуни- верситетаВисконсинаТомасомМакииПоломРеквердтом, а первое лечение было проведено в 1994 году.
Медицинское оборудование в современной лучевой терапии |
53 |
|
|
|
|
Сутьустановкизаключается |
|
|
в том, что вместо источника |
|
|
рентгеновского излучения, |
|
|
применяемого в компьютер- |
|
|
номтомографе,используется |
|
|
небольшой ускоритель элек- |
|
|
тронов.Он в одном аппарате |
|
|
объединяетвсебевозможности |
|
|
диагностики компьютерного |
|
|
томографа и радиохирурги- |
|
|
ческого уничтожения онко- |
|
|
логических очагов пучками |
Рис.24. Внешний вид уста- |
|
тормозныхфотоновизускори- |
новки томотерапии Accuray |
|
теляэлектронов.Вотличиеот |
|
|
классическихмедицинскихлинейныхускорителейэлектронов в томотерапии используется укороченная ускорительная секция. Ее длина составляет 30–40 см в зависимости от модели аппарата, тогда как в классическом медицинском линейномускорителеэлектроновдлинасекциисоставляет 130–140см.Ввидуукороченнойдлинысекцииваппаратах томотерапии для ускорения электронов до энергии 6 МэВ используютсячастотыоколо9,3ГГц,тогдатаквклассических установках—около 3 ГГц.
Поле зрения или FOV (Field of view) для томотерапии обычноравно85см,чтопозволяетсмещатьпациентавла- теральном направлении до 15 см (это может быть важно, например, при лечении рака молочной железы) и в вер- тикальном направлении на достаточное расстояние для расположенияизоцентравобластипозвоночника(рис.25). В таких аппаратах также используется многолепестковый коллиматордляиспользованияпреимуществтехникисмо- дуляциейинтенсивности(IMRT)идостиженияконформно- сти облучения. Количество лепестков в многолепестковом
54 |
Библиотека медицинского физика |
|
|
Рис.25. Схема аппарата томотерапии
коллиматоре—64штуки,чтопримерновдваразаменьше, чем на обычных ускорителях,а их толщина равна 6.25 мм. Обеспечиваетсявозможностьоблученияопухолисложного контураинебольшогоразмера.Максимальныйразмерполя облучения равен 10х10 см2. Из-за этого могут возникнуть трудности при облучении опухолей больших объемов от 1000см3 (крупныемолочныежелезы,областьтазаслимфо- узлами и другие). Полный оборот гантри совершает в 5–6 разбыстрее,чемустандартногомедицинскогоускорителя, за 10–12 с,что сокращает сеанс облучения и повышает его комфортностьдля пациента.
Главным преимуществом и новизной метода является формированиеуникальногоузкого(веерного)пучкаиони- зирующегоизлучения,позволяющегоравномернооблучать опухолибольшойпротяженностибезрискапереоблучения отдельных участков и необходимости состыковки полей
Медицинское оборудование в современной лучевой терапии |
55 |
|
|
(рис.26).Спомощьюодноголечебногопланаможнопокрыть области протяженностью до 150 см (краниоспинальные опухоли, множественные метастазы в различных частях тела). Обычный радиотерапевтический аппарат способен обработать лишь часть большой опухоли, поэтому облуче- ние происходит зонами с возможным наслоением границ. Впроцессеналоженияполейоблучениявокружающихтка- нях могут появиться так называемые «горячие зоны», где дозаоблученияможетсущественнопревышатьдопустимые значения,что вызывает повреждение здоровых тканей.
Аппараттомотерапииспособенравномернооблучатьвсю опухольнезависимоотееразмеровбезучастковналожения полей, т. е. существенно снижается вероятность переоблу- чения окружающихтканей.Тем не менее,на сегодняшний момент с появлением техники объемно-модулированной дуговойлучевойтерапии,облучениедлятакихслучаевстало возможноинаобычныхмедицинскихускорителях,благода-
Рис.26. Методика томотерапии
56 |
Библиотека медицинского физика |
|
|
рясозданиюпланаоблученияснесколькимиизоцентрами или разворотом пациента на 180 градусов. Единственной проблемойостаетсятолькоточностьукладкиприпереходе кследующемуизоцентру,издесьтомотерапияостаетсявне конкуренции.
Яркими примерами, требующими нескольких изоцен- тров, являются краниоспинальные поражения и полное облучение тела. Ниже представлены распределения дозы для случая краниоспинального поражения, выполненные различными техниками— с использованием фотонов (3D, IMRT,VMAT,TomoTherapy) и протонов (рис.27).
ВнашейстранетакаясистемаустановленавВоронежском Межрегиональноммедицинскомцентрераннейдиагности- киилеченияонкологическихзаболеваний.Втораясистема эксплуатируетсявмосковскомЦентредетскойгематологии им.Дмитрия Рогачева.
Рис.27. Распределения дозы для случая краниоспинального поражения, полученные с использованием фотонов
(3D, IMRT, VMAT, TomoTherapy) и протонов
Медицинское оборудование в современной лучевой терапии |
57 |
|
|
2.4.Гамма-нож
Еще в 1940-х годах развивались идеи онкологических операций,вкоторыхрольскальпелядолжныбылиосущест- влятьгамма-лучи,испускаемыерадиоактивнымиисточни- ками.В1948 г.шведскимнейрохирургомЛарсомЛекселлом былапредложенастереотаксическаярамкадляпроведения высокоточныхнейрохирургическихонкологическихопера- ций. Это предложение стало преддверием возникновения стереотаксической хирургии.
В1951 году Лекселл предложил концепцию стереотак- сической хирургии без вскрытия черепа человека с ис- пользованиемрадиоактивныхисточников60Соспериодом полураспада5.2годаисреднейэнергиейфотонов1.25МэВ. Этаконцепциябылареализованавустановках,получивших названиегамма-нож.Внихмножествопучковγ-излучения от источников 60Со направлено в одну точку. В результате дозавнебольшомобъемемишенивозрастаетмногократно. ЛекселлвместесрадиобиологомБ.Ларссономсоздалипер- вуюмодельгамма-ножасо179источниками60Со,ав1968 г.в Стокгольме впервые провели операцию сиспользованием устройства гамма-нож.
Воснове действия этой установки лежат следующие физические принципы. Используется искусственный ра- диоактивный изотоп 60Со, который получают в реакторах
изатемсоздаютизнегорадиоактивныеисточники.Физики разработалиспособ,позволяющийполучитьтонкиерадиоак- тивныепучкифотонов,которыевгамма-ножепрецизионно направляются в одну точку.
Установка,созданнаядлястереотаксическойрадиохирур- гии, —гамма-ножЛекселла(LeksellGamma-Knife)—позволяет облучатьмишеньсточностью0.3мм.Этодостигаетсяблаго- дарястатичномурасположениюисточниковисравнительно
58 |
Библиотека медицинского физика |
|
|
небольшомурасстояниюдоизоцентра,расположенногона расстоянии400ммоткаждогоизисточников.Достоинство установки гамма-нож заключается в том, что в одну точку направляется 201 пучок от радиоактивных источников 60Со (в первой модели их было 179) с активностью каждого источника 30 Ки.
Рис.28. Общий вид (справа) и схематическое изображение действия (слева) установки гамма-нож
Совокупностьисточниковобеспечиваетмощностьдозы в изоцентре порядка 300 сГр/мин.Накапливаемая вмише- ни доза во много раз превышаетдозу на поверхности тела человека.Подводимаякопухолидозаприводиткеегибели. При этом здоровые ткани получают незначительную дозу облучения.Каждыйпучокионизирующегоизлученияфор- мируетсястационарнымколлиматором,расположеннымна шлеме. Система гамма-нож состоит из источников иони- зирующего излучения, шлема с коллимирующими отвер- стиямиразличногодиаметра(4,8,14или18мм)икушетки сэлектроннойсистемойуправления.Общийвидустановки гамма-нож и схематический принцип ее действия пред- ставлены на рис.28.
Внутри шлема обеспечивается неподвижность головы пациента,ифотонывысокихэнергий,выходящиеизради-
Медицинское оборудование в современной лучевой терапии |
59 |
|
|
оактивныхисточниковипроходящиечерезканалышлема, изоцентрическисходятсянапространствемишени.Выбор наборалучейосуществляетсясучетомминимизацииоблу- чения структур головного мозга,не переносящих высоких доз облучения. Гамма-нож позволяет лечить сосудистые новообразования, опухоли, в основном, головного мозга, включая метастазы, без хирургического вмешательства
идлительногомногонедельногооблучения.Достаточноод- ногоамбулаторноголечения,чтобысущественноулучшить состояние пациента и вернуть его к полноценной жизни. Покаприменениеэтогометодаограниченоразмеромопу- холи—она не должна превышать 3 см.
Внастоящеевремядействуетчетырепоколенияустановок гамма-нож(моделиU(A),B,CипоследняямодельPerfexion). РазличиямеждумоделямиU(A),B,Cзаключаютсявпорядке расположенияисточников,например,вмоделиUисточники распределены по всей поверхности полусферы,а в модели B — по пяти концентрическим окружностям, в модели C используется автоматическая система позиционирования
имоторизированное изменение положения шлема.
Сравнение некоторых характеристик различных поко- лений установки гамма-нож приводится втаблице 3.
Рис.29. Коллимирующий шлем компании Leksell моделей B и С, показывающий углы падения пучков
60 |
Библиотека медицинского физика |
|
|
|
Таблица 3 |
Характеристики установок гамма-нож различных поколений
Характеристика |
Perfexion |
C |
B |
|
|
|
|
Точность наведения пучка,мм |
< 0.25 |
< 0.50 |
< 0.50 |
Точность позиционирования,мм |
< 0.20 |
< 0.30 |
< 0.50 |
Воспроизводимость |
<0.05 |
<0.20 |
<0.25 |
позиционирования,мм |
|
|
|
Мощностьдозы,Гр/мин |
>3 |
>3 |
>3 |
Время лечения,мин |
20 |
50 |
80 |
Время настройки на пациента,мин |
2 |
10 |
10 |
Впоследнейразработке(модельPerfexion,рис.30,31)при- меняется 192 источника 60Co, которые распределены вдоль поверхностицилиндрапопятиконцентрическимокружностям.
Вотличие от предыдущих моделей, где расстояние от всех источников фиксировано, в данной конфигурации расстоя- ниеотисточникадоизоцентраизменяетсяот374до433мм.
ВсистемеPerfexionдоступнытриколлиматораразмерами 4, 8 и 16 мм, последний заменил два коллиматора разме-
Рис.30. Система Perfexion в разрезе