4 курс / Лучевая диагностика / ПРИМЕНЕНИЕ_КИЛОВОЛЬТНОГО_РЕНТГЕНОВСКОГО_ИЗЛУЧЕНИЯ_ДЛЯ_ПЛАНИРОВАНИЯ
.pdf
Рис. 1.1. Типичный рентгеновский симулятор. Больной расположен на столе, вокруг которого может поворачиваться ротационный штатив аппарата (гантри). На одном конце гантри укреплена рентгеновская трубка, на другом – приемник изображения, в данном случае ЭОП (электронно-оптический преобразователь).
Во время симуляции врачи (рентгенолог и радиолог) определяют положение объема мишени, который должен получить высокую тумороцидную дозу, а также положение критических здоровых тканей, которые должны получить минимально достижимую дозу. После того, как планируемый объем мишени и нормальные ткани определены, выбирают направления и размеры пучков излучения. Далее, во время курса облучения необходимо подтвердить, что положение пучков относительно мишени не изменилось. Это также осуществляется с помощью симуляции облучения.
Рентгеновский симулятор представляет собой сложный рентгеновский диагностический аппарат, который поддерживает два главных этапа лучевой терапии: определение направления
11
выбранных пучков излучения относительно мишени и критических органов и проверку выбранного плана облучения. Симулятор повторяет геометрию облучающего аппарата, но использует рентгеновский пучок диагностического качества для определения локализации опухоли и верификации плана облучения больного в положении облучения [4].
В последние десятилетия роль симуляции быстро возрастает в связи с изменением и усложнением технологии облучения. Так, до начала 1990-х годов считалось, что рентгеновский симулятор удовлетворяет требованиям отделений лучевой терапии. Действительно, было показано [5], что клиники, не имеющие симулятора, получили худшие результаты лечения больных по сравнению с клиниками, оснащенными современным оборудованием для облучения и симулятором.
Однако после введения компьютерной томографии (КТ), использования рентгеновского симулятора с возможностью получения компьютерной томограммы [6] и виртуальной симуляции [7] роль обычных симуляторов изменилась. Для определения локализации опухоли и здоровых органов и для верификации плана облучения стали применять новые методы визуализации (КТ, МРТ – магнито-резонансная томография, УЗИ
– ультразвуковые исследования, ПЭТ – позитронно-эмиссионная томография, ОФЭКТ – однофотонная эмиссионная томография и
др.). Виртуальная симуляция проводится с помощью компьютерных средств и специального программного обеспечения. Этот метод осуществлен на компьютерных 3D-системах планирования облучения или на аппаратах, которые называют КТсимуляторы [8]. Тем не менее, симуляторы продолжают широко использоваться в радиологических клиниках, являясь достаточно простым и удобным средством для подготовки к лучевому лечению и слежения за результатом лечения, а внедрение в клиники нового поколения линейных ускорителей электронов, оснащенных киловольтным оборудованием, установленным непосредственно в помещении, где проводится облучение больного [9], создало новый этап развития метода симуляции для контроля правильности укладки больного (см. главу 6).
Таким образом, симулятор является диагностическим рентгеновским аппаратом с ротационным штативом (гантри),
12
который имеет геометрию, идентичную геометрии мегавольтных аппаратов (рис. 1.1).
Рис 1.2. Типичный снимок бокового поля при облучении области черепа, на котором видны граничные нити, показывающие геометрический размер поля, перекрестие в центре поля и масштабная шкала с делениями через 2 см, идущими от изоцентра. С левой стороны изображения у задней части черепа видны части фиксирующего устройства
Симуляторы можно использовать в режиме рентгеноскопии или рентгенографии для получения изображения диагностического качества на пленке, или в реальном времени на видеомониторе. Ограничивающие подвижные нити (delineator wires), находящиеся в головке симулятора в рентгеновском пучке, видны на рентгеновском изображении и на снимке. Они указывают геометрические края мегавольтного пучка в выбранном направлении.
На рис. 1.2 показано типичное изображение, полученное на симуляторе, на котором видны границы выбранного поля, перекрестие в центре поля и масштабные метки.
13
1.2. История развития методов симуляции
Во второй половине прошлого века началась эра применения мегавольтного излучения для лучевого лечения злокачественных опухолей. Стало ясно, что предлучевая подготовка, т.е. выбор укладки и фиксации больного и планирование облучения, выбор направлений и размеров пучков излучения и контроль их положения относительно внутренних органов, должны быть выделены в отдельный этап предлучевой подготовки, который должен проводиться вне помещения, в котором расположен облучающий аппарат, чтобы не занимать время на облучающем аппарате.
С начала века разрабатывались различные способы рентгенометрии, малая точность которых на начальном этапе развития лучевой терапии удовлетворяла условиям планирования и реализации рентгеновского облучения. В монографии С.А.Бальтера [10] выделены 4 периода развития топометрии и планирования. Отметим также значительную роль отечественных специалистов в этой области.
1.Первый период (1898–1923) включает получение информации из рентгеноскопии и получение контура больного с помощью тазомера и гибкой ленты, а также рентгенометрию по двум обзорным снимкам и применение стереопары, т.е. двух снимков, полученных на одной пленке при смещении рентгеновской трубки на 6–7 см от средней линии;
2.В двадцатые–сороковые годы планирование рентгеновского внутриполостного облучения препаратами радия проводили по данным обзорной рентгеноскопии и рентгенографии и схем из атласа поперечных сечений тела человека;
3.Пятидесятые–шестидесятые годы отмечены введением в
практику мегавольтных источников излучения и подвижных методов облучения. Поэтому были созданы более сложные методы определения глубоко расположенного патологического очага и проецирование его на поверхность тела. Появилась методика рентгенотопографии, модифицированная позднее отечественными специалистами. Особенностью рентгенотопографии явилось использование локализационной ленты, представлявшей собой
полосу гибкого материала, на которую нанесены
14
рентгеноконтрастные метки с шагом в 1 см. Тогда же были предложены различные измерительные линейки с контрастными шкалами и различные модификации масштабных сеток для проведения предлучевой топометрии и выбора формы фигурных полей.
При проведении предлучевой подготовки изготовляли топометрическую карту сечения тела больного в поперечной или продольной плоскости. Для этого сначала получали контур сечения тела пациента. В некоторых лечебных учреждениях до сих пор пользуются гибкой лентой, сохраняющей приданную ей форму, однако при этом ошибка составляет от 0,5 до 2,5 см.
В это же время параллельно шел поиск повышения точности воспроизведения геометрических соотношений пучка излучения и облучаемого объёма тканей. Были созданы различные приспособления для контурографии. Чтобы повысить точность и воспроизводимость положения больного при повторных процедурах облучения, использовали маски и корсеты из гипса. Для контроля точности позиционирования пучка излучения относительно облучаемого объема тканей было предложено производить контрольные снимки в пучке гамма-аппарата (гаммаграфия). Отметим важность этого метода, который в наши дни называется «портальная визуализация».
4. Четвертый период (70–80-е годы) характеризуется интенсивным использованием в лучевой терапии источников мегавольтных энергий, что значительно повысило требования к предлучевой топометрии. Возникла необходимость в специальной аппаратуре для обследования больных и изготовления графических материалов, используемых при расчете геометрических и дозиметрических параметров плана облучения. Именно в этот период в крупных радиологических отделениях были созданы кабинеты предлучевой топометрии. В них лучевые терапевты совместно с рентгенологом проводили обследование больных и подготавливали топометрическую документацию, необходимую для расчета геометрических и дозиметрических характеристик плана облучения.
Совершенствуются и рентгенометрические методы. Было предложено использовать для измерений две обзорные рентгенограммы, выполненные во взаимно перпендикулярных проекциях, с применением рентгеноконтрастных сеток со
15
смещением фокуса рентгеновской трубки. Для уточнения топографии и размеров патологического очага стали использовать данные ангиографии, каваграфии и лимфографии, послойного рентгенологического исследования (в том числе поперечной конвенциальной рентгеновской томографии) и ультразвуковой томографии больного. Было создано большое количество различных устройств для контактного и бесконтактного копирования контуров сечения тела, так называемых
контурографов.
Некоторые исследователи, стремясь повысить точность предлучевой топометрии, предложили проводить обследование больного на специальном рентгенометрическом столе. На нем, не меняя положения пациента, с помощью двух рентгеновских трубок получали обзорные рентгенограммы в двух ортогональных проекциях с масштабными сетками. На рентгенометрическом столе имелось приспособление для копирования контуров тела больного
втом же положении, в котором проведено рентгенологическое обследование. Во время обследования больного фиксировали с помощью фиксаторов, установленных на съёмной деке стола.
Кэтому времени были разработаны специализированные рентгенотелевизионные аппараты для подготовки к облучению и для планирования облучения, имитирующие геометрию облучающих аппаратов, хотя термин «симулятор» появился только
в1963 г. [11].
Итак, до этого времени определение локализации опухоли проводили в основном с помощью обычных диагностических процедур, начиная от пальпации до применения рентгеновской диагностики. Информацию, необходимую для выбора направления пучков излучения, отмечали на коже, а первая укладка больного на облучающем аппарате была эквивалентна той, которую теперь мы называем симуляцией.
Были разработаны различные методические подходы для получения нужной информации для точного наведения пучка [12]. К сожалению, диагностические аппараты не показывали точные размеры поля и расстояния, что требуется для демонстрации расположения пучка и его расхождения (дивергенции). При применении геометрии облучения в передне-заднем и/или боковом направлении, снимки могли представлять больного только в разумных пределах по точности. Размеры поля определяли в
16
лучшем случае с помощью контрастных нитей или мерных решеток, расположенных на подставке, удаленной от головки аппарата. Поэтому в начале применения симуляторов размеры поля и расстояния определялись недостаточно точно. Например, симуляцию больших полей для лечения болезни Ходжкина можно было проводить на ортовольтных аппаратах только в одном направлении.
В1958 г. был создан ротационный гамма-аппарат с источником 60Со, в головку которого была встроена диагностическая рентгеновская трубка. Этот уникальный метод был среди первых, которые можно было использовать и для определения локализации опухоли, и для контроля облучения. Однако, несмотря на свою уникальность и полезность, идея имела некоторые недостатки. Вопервых, там не было ограничивающих нитей, которые показывают положение пучка относительно окружающих здоровых тканей. Коллиматор кобальтового аппарата ограничивал размер поля, поэтому можно было видеть положение пучка, но не прилегающие ткани. Чтобы определить расположение окружающих тканей, делали две экспозиции: при одной получали заданное поле облучения, а при другой – поле, большее заданного, в котором можно было увидеть прилегающие ткани. Во-вторых, из-за ограничений конструкции фокус рентгеновской трубки располагался на 5 см дальше, чем источник кобальта, который находился на расстоянии 92 см от изоцентра. Поэтому, хотя геометрия пучков для симуляции и верификации были близки, условия не были настолько идентичными, как требуют современные стандарты. Тем не менее, этот метод явился лучшим достижением, доступным в то время.
ВРоссии в 1962 г. был создан первый гамма-терапевтический аппарат с источником 60Со «ВОЛЬФРАМ», в комплект которого входил «рентгеноцентратор», т.е. рентгеновская трубка и кассетодержатель, укрепленные на двух концах ротационного штатива с расстоянием фокус-изоцентр, равным 75 см (как и у гамма-аппарата). Рентгеноцентратор был установлен соосно со
столом гамма-аппарата (рис. 1.3), что позволяло простым поворотом стола на 1800 подводить больного, лежащего в положении облучения, под рентгеновский пучок и делать контрольные снимки при разных направлениях пучка.
17
Рис. 1.3. Первый отечественный гамма-терапевтический аппарат ВОЛЬФРАМ и рентгеноцентратор
Идея объединения симулятора и облучающего аппарата способствовала созданию аппарата-симулятора, специально для цели имитации облучения. Позже стали применять рентгеновскую трубку, прикрепленную сбоку к головке линейного ускорителя электронов с угловой разницей между центральной осью облучающего пучка и центральной осью контрольного пучка, чтобы создать низкоэнергетический пучок для контроля при повороте гантри. В настоящее время эта идея развилась в целое направление (см. гл. 6). Примером служит аппарат, у которого на одном штативе укреплены и головка ускорителя электронов, и рентгеновская трубка с соответствующим приемником изображения (детекторная панель из аморфного кремния), который позволяет получать и плоские изображения, и проводить томографию в коническом пучке (рис. 1.4),.
К этому времени были разработаны специализированные аппараты, получившие название «симулятор» [13].
Первый российский аппарат был назван «центраторимитатор» [14]. При помощи рентгеновского симулятора появилась возможность, не меняя положения больного, определить и обозначить на его теле ориентиры для поперечной томографии, измерить глубину расположения патологического очага, выбрать
18
размеры поля облучения и имитировать геометрические условия плана облучения. При этом значительно повысилась точность определения проекции патологического очага на поверхность тела пациента, и существенно облегчилось обозначение ориентиров для томографии и центрации облучающего пучка.
Рис. 1.4. Ускоритель электронов CLINAC OBI (Varian). Рентгеновская трубка и приемник изображения прикреплены на гантри аппарата под углом 900 к оси облучающего пучка
Симулятор современного типа впервые описан в 1963 г., при этом было дано обоснование необходимости применения симуляции и сделаны некоторые важные выводы [11].
•Создание изображения с наибольшим контрастом для получения наиболее полезной клинической информации для выбора направления оси пучка облучения, требует применения рентгеновского излучения диагностического качества.
•Симулятор дает возможность выбрать наиболее эффективное расположение больного на облучающем аппарате, используя пробные укладки, благодаря чему уменьшается необходимость делать портальные снимки на аппарате, поскольку эта задача уже решена.
•Относительная стоимость симулятора значительно меньше стоимости аппарата для мегавольтного облучения, хотя со
19
временем эта разница уменьшается из-за увеличения сложности современных симуляторов.
Ранние конструкции симуляторов не имели УРИ – усилителя рентгеновского изображения (beam intensifier). Позже рентгеноскопия стала стандартным компонентом любого коммерческого симулятора [15].
1.3. Возможности применения симуляторов
Симуляторы (имитаторы) облучения имеют различные возможности, поэтому применяются по-разному в разных радиологических клиниках. Клиники, имеющие легкий доступ к КТ-сканерам и объемному (3D) планированию, применяют другую технологию подготовки к облучению, чем клиники, имеющие КТсимуляцию, или клиники, которые не имеют доступа к КТ или МРТ-изображениям. Рассмотрим различные способы применения современных симуляторов.
Диагностика
Для большинства больных, которым проводится лучевое лечение, уже проведены диагностические процедуры. Однако иногда требуется дополнительная информация для определения распространенности, стадии заболевания и определения мишени. Если это уже сделано в процессе диагностики и приведены необходимые данные, то на симуляторе можно провести лишь дополнительные исследования, возможно с введением контраста.
Определение локализации опухоли
Рентгеновский симулятор является полезным устройством для определения распространенности процесса, особенно если применяется контрастирование. Например, сужение пищевода хорошо видно при глотании бариевой смеси. Положение опухоли определяют обычно относительно рентгеноконтрастных маркеров, расположенных на поверхности тела. Если распространение опухоли при положении больного, аналогичном его положению на облучающем аппарате, на симуляторе не видно, то следует получить дополнительную информацию из клинических или диагностических исследований.
20