Климанов Дозиметрическое планирование лучевой 2007

На рис. 2.13 показана зависимость интегральной дозы от энергии пучка для дозы в опухоли 10 Гр на глубине 12,5 см в пациенте толщиной 25 см при облучении параллельными противоположными пучками. Как видно, с увеличением энергии пучков интегральная доза уменьшается.

Интегральная доза [кг.рад]

3400

3200

3000

2800

Со-60

10

20

30

Энергия (МV)

Рис. 2.13. Зависимость интегральной дозы от качества пучка фотонов [22]

При планировании облучения величина интегральной дозы может помочь в выборе энергии пучка, размера поля и количества полей. Как общее правило – при планировании следует стремиться

куменьшению интегральной дозы.

4.2.Многопольное облучение

Важнейшая цель при планировании – обеспечение максимальной предписанной дозы в опухоли при минимальной дозе в окружающих тканях и, особенно, в критических органах. Как ясно из предыдущего изложения, техника двух противоположных полей дает однородное облучение опухоли и относительно небольшое уменьшение дозовой нагрузки на окружающие ткани по сравнению с однопольным облучением. Дальнейшее уменьшение дозы в нормальных тканях можно достигнуть, используя комбинации трех и

71

более полей (рис. 2.14). Назовем некоторые полезные приемы для достижения этой цели при использовании многопольного облучения:

а) использование полей подходящего размера; б) увеличение числа полей (portals);

в) выбор подходящего направления пучков; г) регулирование веса пучков (дозовый вклад от индивидуаль-

ных пучков); д) использование подходящей энергии пучков;

е) использование модификаторов пучков.

Ручными расчетами практически невозможно определить оптимальное сочетание всех параметров. В настоящее время имеются компьютерные системы, помогающие решить эту проблему. На рис. 2.15 показан пример изодозовых распределений для многопольного облучения из 4-х пучков.

Рис. 2.14. Различные направления облучения двумя парами противоположных полей. Центральная область представляет район относительно

однородного дозового распределения

Многопольное облучение делится на два вида:

•компланарное, когда геометрические оси всех пучков находятся в одной плоскости;

•некомпланарное, когда геометрические оси пучков не находятся в одной плоскости.

72

Отметим особенности для некоторых комбинаций компланарных пучков.

•Пара клиновидных пучков (часто под углом 90о) применяется для получения области высокой дозы трапециидальной формы. Эта техника особенно полезна для неглубоких локализаций мишеней.

•Техника четырех пучков, когда две пары противоположно направленных пучков пересекаются под прямым углом, создает относительно высокую дозу в объеме параллелепиидальной формы. Этот объем находится в области пересечения четырех пучков. Данный метод применяется для мишеней, имеющих центральную локализацию.

•Комбинация пар противоположно направленных пучков, пересекающихся под углом не равным 90о, создает область высокой дозы вокруг пересечения четырех пучков, однако она имеет в этом случае ромбическое сечение.

•В некоторых случаях применяется комбинация трех пар противоположно направленных пучков. Эта техника приводит к более сложным дозовым распределениям, при которых уменьшается величина дозы в тканях, непосредственно прилегающих к мишени. Однако при этом увеличивается объем ткани, имеющий дозу близкую к дозе в прилегающих к мишени тканях.

•Комбинация трех пучков похожа на комбинацию четырех пучков, но применяется для мишеней, которые распределены ближе к поверхности. Чтобы компенсировать дозовый градиент, создаваемый третьим пучком, в двух противоположных пучках используются клинья (рис. 2.16).

Некомпланарные пучки создаются при сочетании поворотов гантри с нестандартными углами стола. Отметим некоторые особенности многопольного некомпланарного облучения.

•Некомпланарные пучки могут быть полезны для уменьшения дозы в какой-либо критической области, когда это не удается сделать при компланарном облучении.

•Дозовые распределения в области мишени для комбинации некомпланарных пучков похожи на распределения для соответствующих комбинаций компланарных пучков.

•Особенно часто комбинации некомпланарных пучков применяются при облучении мишеней в шее и голове, где мишенный объем часто окружается критической структурой.

73

• При планировании некомпланарного облучения особое внимание следует обратить на предотвращение столкновения между гантри, столом и пациентом.

Рис. 2.15. Примеры изодозовых распределений при многопольном облучении: А – три 4МВ пучка с нормировкой каждого на 100 единиц в изоцентре; В – четыре 10 МВ пучка с нормировкой каждого на 100 единиц в изоцентре; С – четыре пучка 10 МВ с нормировкой каждого на 100 процентов в точках Dmax конкретных пучков (метод постоянного РИП). Размеры всех полей 8х8 см2

74

Рис. 2.16. Изодозовая карта для плана облучения тремя полями: два клиновидных поля и одно открытое

Хотя многопольность может дать хорошее распределение, имеются клинические и технические ограничения. Например, определенные углы запрещены из-за возможного переоблучения критических органов, или точность установки при обработке легче достичь для параллельных противоположных пучков, чем для многопольного облучения. Важно понимать, что привлекательность плана зависит не только от дозового распределения на бумаге, но и от практической реализуемости плана [6].

5. Изоцентрическое облучение

Современные аппараты устроены так, что источник излучения может вращаться вокруг горизонтальной оси. Гантри (gantry) машины способны вращаться на 360о , при этом ось коллиматора движется в вертикальной плоскости. Изоцентр – это точка пересечения оси коллиматора и оси вращения гантри. Дозиметрические преимущества изоцентрической техники при многопольном облучении заключаются в необходимости позиционирования пациента только для одного поля и в компенсации небольших систематических ошибок при определении расстояний, особенно в случае параллельных противоположных полей.

75

5.1. Статические пучки

При изоцентрической технике изоцентр аппарата помещается на определенной глубине внутри пациента, а пучки направляются на него с разных направлений. РИО (SAD) поддерживается постоянным, а РИП (SSD) меняется в зависимости от направления. Имеет место следующее соотношение:

SSD = SAD − d ,

где d – глубина изоцентра.

Главное преимущество метода – легкость, с которой многопольное облучение реализуется за один день. Её надежность основывается на точности аппаратного изоцентризма, а не на кожных метках, которые в большинстве случаев не являются надежными точками.

5.2. Ротационное облучение

Ротационное облучение является одним из вариантов изоцентрической техники. При ротационной терапии пучок вращается непрерывно вокруг пациента, или пучок неподвижен, а вращается пациент. Хотя этот метод и применяется для облучения ряда локализаций опухолей, он имеет мало преимуществ перед многопольным облучением. Часто это дело личного предпочтения.

Ротационное облучение наиболее подходит для небольших, глубоко расположенных опухолей. Если опухоль ограничена зоной, простирающейся не далее, чем на полпути от центра контура поперечного сечения, ротационное облучение может быть наилучшим выбором.

Ротация не рекомендуется, если:

•облучаемый объем слишком велик;

•внешняя поверхность сильно отличается от цилиндрической;

•опухоль слишком далека от центра сечения.

•требуется сложная блокировка.

Расчеты для ротационной терапии могут выполняться так же, как и для статических изоцентрических пучков. Необходимо только расставить разумное число пучков по контуру пациента через фиксированный угловой интервал. Мощность дозы в изоцентре равна:

76

D&iso = D&ref T ,

где D&ref – ссылочная мощность дозы в зависимости от выбора T ;

T может быть средним TAR илиTMR (усреднение по всем глубинам для выбранных углов).

В случае использования TAR D&ref мощность дозы в свободном пространстве для данного размера поля в изоцентре, а в случае TMR D&ref есть D&max для данного поля на РИО. При использовании TMR получаем следующее выражение:

D&iso = D&0 Sc S p TMR ,

где D&0 есть D&max для поля 10х10см2 на РИО.

В случае ЛУЭ D&0 является мощностью мониторных единиц

(MЕ). Обычно регулировкой добиваются, чтобы в изоцентре на

глубине Dmax для поля 10х10см2 1 MЕ = 1 сГр.

Расчет ИК для ротационной терапии очень трудоемок, и его лучше выполнять на компьютере по специальным программам. На рис. 2.17 показано три примера ИК: а) 100о дуговая (arc) ротация (или секторное облучение); б) 180о дуговая ротация; в) полная 360о ротация.

В то время как Dmax для 360о ротации находится в изоцентре, для частичной дуговой ротации Dmax смещается вперед к облучаемому

сектору. Это иллюстрирует важный принцип, что в случае дуговой терапии или когда косые поля направляются через одну сторону пациента, они должны быть нацелены на некоторое расстояние за область опухоли. Эта особенность иногда называется «за точку» (past pointing) и зависит от величины дуги.

6. Облучение с клиньями

Нередко опухоли,простираются от поверхности в глубину на несколько сантиметров. В этом случае для получения подходящего дозового распределения полезно использовать два клиновидных пучка, направленных с одной стороны пациента.

77

Рис. 2.17. Изодозовые распределения при ротационной терапии с разными углами ротации для 4 МВ пучка и размера поля 7х12 см в изоцентре: А – угол ротации =100о, Б – угол ротации 180о, В – полная ротация 360о [6]

78

На рис 2.18,А показаны ИК для двух угловых пучков без клиньев. В районе перекрытия пучков дозовое распределение крайне неоднородно. Доза максимальна вблизи поверхности и быстро падает с увеличением глубины.

Введение в пучки подходящих клиньев делает дозовое распределение поля достаточно однородным (рис. 2.18,Б, см. также рис. 2.7 и 2.8). Доза падает быстро за зоной перекрытия или области «плато».

Имеются три параметра, влияющие на область плато (его глубину, форму и дозовое распределение): θ, Ф и S, где θ – угол клина, Ф

– петлевой угол, S – разъединение. Они показаны на рис. 2.19. Авторы работы [16] нашли оптимальное соотношение между параметрами, обеспечивающее наиболее однородное распределение дозы в области плато:

θ = 90o −	Φ .	(1)
	2

Рис. 2.18. Изодозовые распределения для двух угловых пучков: А – без клиньев, Б – с клиньями [6]

Это уравнение определяет условия, как для заданного угла петли найти угол клина, чтобы ИК каждого поля были бы параллельны биссектрисе петлевого угла. При этих условиях суммирование ИК двух полей дает однородное результирующее распределение.

Однако выполнение соотношения (1) не гарантирует оптимальный план для любого контура пациента. В уравнении (1) предпола-

79

гается, что ИК с клином не модифицируются поверхностью пациента. На практике это не так. Данная проблема может быть решена с помощью компенсаторов, которые создают поверхность, перпендикулярную оси каждого пучка. Альтернативное решение – модификация самого клина так, чтобы часть клина работала бы как компенсатор, а оставшаяся как настоящий клин. Однако расчет такого клина сложен.

Согласно уравнению (1) для каждого петлевого угла требуются клинья со своим углом. Реально же существуют клинья 15о, 30о, 45о и 60о. Этого набора обычно достаточно для широкого диапазона петлевых углов.

Так как парная клиновая техника регулярно используется для обработки поверхностных опухолей, то допускаются области с повышенной (до +10 %) дозой (горячие пятна). Эти горячие пятна (англ. hot spot) образуются под тонкими концами клиньев.

Подходящие ИК для облучения некоторых опухолей дают комбинации клиновых и открытых полей. Пример показан на рис. 2.18

и 2.20.

Рис.2.19. Параметры клиновых пучков; θ – угол клина, Φ –петлевой угол, S – разъединение

7. Дозовая спецификация для терапии внешними пучками

Для развития радиационной терапии важное значение имеет возможность сравнения различных методик лучевого лечения.

80