4 курс / Лучевая диагностика / Радиационная_защита_в_Лучевой_терапии

Глава 5

ДОЗЫ ОБЛУЧЕНИЯ ПАЦИЕНТОВ В ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ

Предметом лучевой терапии является доставка заданной дозы в объем выбранной мишени для уничтожения злокачественных клеток. Поглощенная доза в лучевой терапии на несколько порядков превышает дозу, получаемую пациентами при диагностических исследованиях. Однако пока не существует методов облучения, которые позволили бы сосредоточить поглощенную дозу исключительно в опухоли, а в нормальных тканях, окружающих патологический очаг, свести ее к нулю. Поэтому велика вероятность возникновения различных лучевых реакций и осложнений со стороны нормальных тканей.

Одним из требований профессиональных международных и национальных организаций является лечение пациентов строго по утвержденным клиническим протоколам [6, 13, 48, 49]. Это относится и к лучевой терапии.

В дистанционной лучевой терапии применявшийся много лет «золотой стандарт» облучения дозой 60 Гр за 6 недель с ежедневной дозой за фракцию 2 Гр уже ушел в прошлое. Благодаря новым техническим возможностям высокотехнологичная лучевая терапия использует величины суммарных доз от 20 до 100 Гр.

Режимы фракционирования меняются от 1 фракции в радиохирургии до 30 и более при гиперфракционировании [50, 51]. Применяются дневное расщепление дозы, расщепленные курсы, гипофракционирование (5–7 фракций вместо 30). В некоторых странах наметился отказ от предоперационного облучения, а также от расщепленных курсов. Внедрение современных высокотехнологичных методов

41

лучевой терапии привело к заметному сокращению применения модифицирующих факторов. В мире шире начали применяться методы лучевой терапии тяжелыми корпускулярными частицами (протонами и тяжелыми ионами), а так­ же нейтронами. В этих случаях учитывается качество излучения, взвешивающие коэффициенты которого, по современным данным, составляют 2 для протонов и пионов и 20 для тяжелых ионов [11]. Величина взвешивающих коэффициентов для нейтронов имеет непрерывный характер и для нейтронов около 1 МэВ равна 20. Применение тяжелых частиц в лучевой терапии приводит к уменьшению суммарных поглощенных доз. Начато внедрение современной протонной лучевой терапии на специальных медицинских циклотронах в Российской Федерации [52].

5.1. Дозы, получаемые пациентами

Ситуация с определением эффективной дозы в лучевой терапии оказалась необычайно сложной и неоднозначной. Рассмотрим вопрос о применении концепции эффективной дозы в лучевой терапии подробнее.

При терапевтическом облучении проводится, как правило, фракционированное облучение с различными значениями дозы за фракцию, суммарной дозой и временными промежутками между фракциями. Применяются различные модификаторы лучевого воздействия: гипертермия, гипергликемия, гипоксия, гипербарическая оксигенация, сенсибилизация малыми дозами и т. п. Лучевая терапия комбинируется с химиотерапией, с оперативными вмешательствами. Химиолучевая терапия является основной при паллиативном лечении злокачественных новообразований.

Приведенные во всех руководствах рекомендации по определению эффективной дозы путем прямого умножения значений эквивалентной дозы на соответствующие взвешивающие коэффициенты и последующего суммирования в лучевой терапии приводят к фантастическим значениям

 42

в 10–20 Зв и более [53]. Что это такое? А для чего вообще вычисляется эффективная доза, а также коллективная доза на регион, на страну, на весь мир? Зачем во всех странах создают регистры индивидуального учета доз (эффективных) на все население? Что с этими данными делать? Кто их может проанализировать? Какие мероприятия необходимо выполнять после такого анализа?

Все это делается для оценки и прогноза онкологической заболеваемости в будущем, а также болезней, вызванных генетическими нарушениями у потомства [6, 11, 13, 52–54].

Вдиагностическом облучении концепция эффективной дозы понятна и реализуема.

Вслучае же лучевой терапии у пациентов уже есть рак. Риск возникновения вторичного рака после первичного, да еще и радиационно-индуцированного, да еще и при применении комбинированных и комплексных методов лечения,

вовсе не определяется коэффициентами МКРЗ, равными сейчас 5,2 × 10–2 Зв [11]. Следует отметить, что расчеты эффективной дозы по определению проводятся только по суммарной поглощенной дозе без учета влияния временного

еераспределения в курсах лучевой терапии. С точки зрения радиационной защиты применение крупных фракций и уменьшенной суммарной поглощенной дозы за курс лечения приводит к уменьшению риска возникновения вторичных опухолей. Однако с точки зрения лечения первой опухоли применение гипофракционированного облучения во многих случаях оказывается эквивалентным или даже более выгодным по достигнутому биологическому эффекту. Кроме того, сокращается время, затрачиваемое на лучевую терапию, и, тем самым, ее стоимость.

Влучевой терапии облучение неравномерно распределяется по телу пациента. Суммарные дозы могут доходить до 60–100 Гр на опухолевый очаг и до 30–50 Гр на окружающие органы риска. Эффективная доза при стандартном ее расчете может превышать 20 Зв и вероятность возникновения у пациента нового рака может достигать 100%. И это

43

чаще всего без сопутствующей или последующей химиотерапии. В этих случаях можно ожидать уменьшения времени до возникновения новых опухолей. И что в этой ситуации предпринимать?

Другими словами, радиационная защита пациентов в лу­ чевой терапии заключается не в снижении эффективной дозы, к пациентам не относящейся, а совсем в другом. Основные проблемы радиационной защиты пациентов, получающих лучевую терапию, будут рассмотрены в следующих главах.

Считается, что лучевая терапия имеет четкую цель – принести пользу каждому конкретному пациенту. Более того, почему нужно беспокоиться о возникновении вторичного радиационно-индуцированного рака, если мы еще не излечили первый рак? Очевидно, что польза от излечения уже существующего опухолевого процесса существенно превышает возможный вред от возникновения в будущем, через несколько лет, новой опухоли.

Особое внимание необходимо обращать на выбор методов лучевой терапии при облучении детей. Кроме уменьшения поглощенных доз на окружающие опухоль нормальные ткани и критические органы необходимо стремиться уменьшать дозы на отдаленные ткани и органы, которые могут попадать в зоны облучения с небольшими дозами. Дело в том, что при реализации методов облучения IMRT и VMAT возрастают объемы облучения тканей с уровнями доз ниже 20–30% от дозы в максимуме. Тканевая чувствительность к облучению у детей представляется более высокой по сравнению со взрослыми пациентами, что может привести к возрастанию вероятности возникновения стохастических эффектов в послелучевом периоде. А ведь предполагается, что дети будут жить долго.

Другое отношение к радиационной защите пациентов должно существовать в лучевой терапии неопухолевых заболеваний. Возникновение стохастических эффектов в результате облучения при неопухолевых заболеваниях пред-

 44

ставляется вероятным. Применение источников ионизирующих излучений в такой терапии должно снижаться. В настоящее время разработан большой арсенал средств терапевтического воздействия на неопухолевые патологические процессы неионизирующими излучениями. К таковым относятся лазерное излучение, оптическое когерентное

ирассеянное, ультразвук, магнитные и электростатические поля. И только в самых крайних случаях, когда возможности этих методов оказываются исчерпанными или неэффективными, можно переходить к применению фотонов

иэлектронов. Вопрос о возможности применения концепции эффективной дозы при лучевом лечении неопухолевых очагов до настоящего времени не рассматривался.

Но! Если радиационный онколог вместе с пациентом решили, что радиотерапия пациенту показана, то вопрос о его радиационной защите решается, как правило, другими способами.

Конечно, всегда необходимо учитывать следующее: существует повышенный риск возникновения вторич-

ного рака, особенно при молодом возрасте пациентов и при использовании больших полей облучения;

существует повышенный риск возникновения вторичного рака у больных раком молочной железы из-за повышенной радиочувствительности молочных желез, а также при больших сроках выживаемости пациенток после лечения;

лучевая терапия может вызывать ранние и поздние детерминированные эффекты облучения, такие как поражения кожи, слизистых оболочек, спинного мозга и др.;

всегда существует риск неучтенного или аварийного облучения и т. д.

Именно в этих и подобных им случаях решение о проведении лучевой терапии и конкретных методиках облучения тщательно обсуждается радиационными онкологами совместно с пациентами. Особое значение придается выбору методик лучевой терапии детей.

45

Всвете вышеизложенного становится понятной причина, по которой концепция эффективной дозы в лучевой терапии рака не применяется.

5.2.Методы оценки дозы на пациентов

вдистанционной лучевой терапии

Всвязи с тем, что лучевая терапия применяется для тяжелых пациентов, никакого нормирования получаемых ими лучевых нагрузок не предусматривается. Дело в том, что биологический эффект лучевой терапии зависит не только от пространственного распределения дозы, но и от временного. В лучевой терапии, как правило, проводится фракционированное облучение патологических очагов. Связано это с радиобиологическими характеристиками опухолевых

инормальных тканей [55, 56]. Применяются различные до­ зы за фракцию, суммарные дозы, суммарное количество фракций и их количество в неделю. Все это делает невозможным введение каких-либо дозовых пределов для пациентов, подвергающихся лучевой терапии.

Как оценивать поглощенные дозы, получаемые пациентами в процессе облучения? Существуют расчетные методы оценки распределений дозы в облучаемых пациентах

инесколько экспериментальных методов.

5.2.1. Оценка рассчитанных планов облучения с помощью гистограмм «доза–объем»

Планирование облучения с использованием высокотехнологичных методик лучевой терапии требует наличия мощных вычислительных комплексов, позволяющих получать как плоскостные, так и объемные распределения поглощенной дозы в трехмерных моделях облучаемых пациентов. Результаты расчетов должны быть одобрены врачом – радиационным онкологом после проведения анализа соотношений­ доз в мишенях и окружающих органах риска и выбора приемлемого плана облучения. Анализ плана

 46

в настоящее время осуществляется не только по изодозовым кривым, но и по гистограммам «доза–объем» [57–59].

Метод оценки планов по гистограммам «доза–объем» возник в начале 1980-х гг. Большой вклад в развитие метода внесли G. T. Y. Chen [60], J. T. Liman и A. B. Wolbarst в 1987 г. [61], R. Drzimala и соавт. в 1991 г. [62] и др. Современная ги-

стограмма строится по данным трехмерного планирования облучения конкретного пациента и позволяет оценить однородность облучения заданного объема (мишени), а также степень облучения органов риска, окружающих мишень. Как правило, поиск оптимального соотношения доз в мишени и органах риска представляет собой сложную проблему, поэтому при планировании создается несколько планов облучения, из которых при совместной визуальной оценке планов медицинским физиком и врачом – радиационным онкологом выбирается лучший. В высокотехнологичной лу-

чевой терапии, особенно в IMRT (Intensity Modulated Radiation Therapy) и AMRT (Arc Modulation Radiation Therapy),

применяется инверсное планирование, при котором физиком задаются дозовые пределы на мишень и органы риска. Оптимизация распределений дозы при инверсном планировании представляет собой многокритериальную задачу и имеет достаточно большое множество локальных решений (локальных экстремумов). В связи с большими затратами времени на планирование облучения поиск глобального экстремума оказывается практически невозможным. В итоге физик и врач рассматривают несколько локальных решений задачи и выбирают на их взгляд лучший. Во всех случаях оценка гистограмм «доза–объем» оказывается необходимой, так как представляет собой дополнительную возможность сравнить планы облучения по лучевым нагрузкам на мишень и органы риска.

Существуют различные виды гистограмм, с помощью которых можно оценивать результат вычислений дозовых распределений: дифференциальные гистограммы «доза– объем», интегральные гистограммы «доза–объем», гисто-

47

граммы «доза–площадь» (строящиеся по плоскостному срезу). Наиболее широкое распространение получили интегральные гистограммы «доза–объем», без применения которых уже стало невозможно оценивать результаты планирования любого облучения. В современных системах планирования 3D-облучения тело пациента разбивают на элементарные объемы, в центре которых рассчитывают величину полученной этим объемом дозы. Величина объемов откладывается на ординате графика, причем максимальный объем принимается за 100% или определяется в см3. По оси абсцисс откладываются значения поглощенной дозы в центре каждого объема, причем максимальная предписанная доза принимается также за 100%, но может откладываться и в абсолютных единицах поглощенной дозы.

Очень удобным оказалось одновременно отображать на графике кривые, относящиеся как к оценке дозы на мишень, так и к оценке дозы на критические органы и нормальные ткани. Кривые, характеризующие нагрузку на нормальные ткани, должны всегда лежать ниже кривой, характеризующей мишень. В противном случае план облучения можно считать абсолютно неприемлемым. Расчеты гистограмм «доза–объем» в высокотехнологичном облучении осущест-

Рис. 5.1. Гистограмма облучения молочной железы [58]

 48

вляются в системах планирования в объемном формате, могут накладываться друг на друга для сравнения и быстрого выбора приемлемого плана облучения. На рис. 5.1 изображена типичная гистограмма «доза–объем».

5.2.2. Экспериментальная оценка реализованных планов облучения методом гамма-индексирования

Количественная сравнительная оценка реализованных распределений дозы облучения и распределений дозы, рассчитанных на системах планирования, осуществляется с помощью методики гамма-индексирования при различных параметрах индексации. Целью такого сравнения является оценка соответствия комплексного дозового распределения, реализованного на линейном ускорителе с использованием высокотехнологичных методик лучевой терапии онкологических пациентов, рассчитанному на системах планирования дозовому распределению. Гамма-индекс в общем виде представляет собой суммарную количественную оценку расхождений в местоположениях отдельных контрольных точек в миллиметрах и различия в значениях процентной дозы в этих точках. Контрольные точки выбираются при оценке верификационных планов. Количество выбранных точек зависит от сложности планов облучения и возможностей применяемого оборудования для измерения распределений дозы [63–65]. Поскольку невозможно выбрать большое количество контрольных точек для измерений в реальных пациентах, проверка осуществляется

вспециальных фантомах с помощью пленок, например радиохромных, либо с помощью матричных детекторов [61]. Мировым сообществом радиационных онкологов и медицинских физиков предельно допустимыми значениями предложены 3 мм в расхождении местоположения точек и 3%

вразнице рассчитанных и измеренных значений дозы. В основном эти величины применяются для верификации

49

планов облучения по современным методикам IMRT и AMRT [63–65]. В некоторых национальных протоколах эти величины уменьшены до 2 мм и 2% [66]. Японские исследователи M. Ishikawa и соавторы изучали возможность применения гамма-индекса 2% и 1 мм для участков с большими градиентами дозы [67].

5.2.3.Принцип применения гамма-индекса

влучевой терапии

Рассчитывается сложный план облучения для фантома. Пусть координаты заданной контрольной точки rc, а величина дозы в ней Dc. В результате анализа измеренных значений получаем координаты этой контрольной точки rm, а процентную дозу в ней Dm. Критерии допуска разницы в местоположениях точки r, а разницы в дозах D.

Обозначим полученную разницу в координатах δr = rm – rc, а в дозах δD = Dm – Dc. Величина δr вычисляется как расстояние в миллиметрах между точками rm и rc, а величина δD определяется как разница между процентными значениями доз в указанных точках. Величина гамма-ин- декса определяется по формуле (5.1)

Расчеты проводятся для всех выбранных контрольных точек. Критерием приемлемости соответствия контрольной точки реализованного плана облучения выбрана величина гамма-индекса, равная 1 [28]. Если в требуемом количестве контрольных точек (определяется протоколом КК для данной методики облучения) гамма-индекс меньше или равен 1, то план считается приемлемым и допускается к проведению облучения на ускорителе. В противном случае необходимо уменьшить комплексность исполнения плана и повторить процедуру верификации [27, 63, 68].

 50