Климанов Радиобиологическое и дозиметрическое планиров. Ч.1 2011

которых одинакова. Затем проводится нормировка результирующих распределений на индивидуальные веса пучков. Обычно пуч-

ки имеют вес 100 процентов на глубине dmax при SSD методе (рис. 3.10,А) или вес 100 процентов в изоцентре (рис. 3.10,Б.) .

Б

Рис. 3.10. Изодозовые кривые для двух параллельных и противоположных полей: А – каждый пучок имеет вес 100 процентов на глубине Dmax; Б – изоцентрический план, при котором каждый пучок взвешивается на 100 процентов в изоцентре [1]

4.1.1. Толщина пациента и однородность дозы

Однородность дозового распределения зависит от толщины пациента, энергии пучка и гладкости пучка. С увеличением толщины и уменьшением энергии значение Dmax на центральной оси вблизи поверхности увеличивается относительно дозы в средней точке. Это увеличение дозы иногда называют «тканевым поперечным эффектом». Он иллюстрируется на рис. 3.11 и 3.12 по данным ра-

боты [1].

211

d,см

Рис. 3.11. Глубинные дозовые зависимости для противоположных пучков. Толщина фантома 25,0 см, размер поля 10х10 см2, РИП=100 см [1]

Макс.отн.(периф.доза/доза в ср. точке)

толщина пациента, см

Рис. 3.12. Зависимость отношения максимальной периферической дозы к дозе в средней точке от толщины пациента для противоположных параллельных пучков разного качества (поле 10х10 см2) [1]

212

На обоих рисунках средняя точка нормируется на 100 %. Кривые для Со-60 и 4 МВ показывают, что для пациента данной толщины пучки дают излишне высокую дозу в подкожных тканях. С увеличением энергии до 10 МВ распределение становится однороднее. Наилучший результат наблюдается для 25 МВ.

4.1.2. Краевой эффект

С увеличением количества пучков возникает вопрос, облучать ли одним полем в день или всеми полями за один день. Эта проблема радиобиологическая. Для параллельных противоположных полей одно поле в день приводит к большему биологическому повреждению, чем облучение двумя полями в день (при одинаковой суммарной дозе) для подкожных тканей. Очевидно, что биологический эффект в нормальных тканях больше, если ткань получает альтернативно высокую плюс низкую дозу, чем когда будут равные фракции дозы в среднем сечении. Последнее соответствует облучению двумя полями в день. Этот феномен называется в англоязычной литературе краевым эффектом. Проблема усугубляется с увеличением толщины (обычно при d ≥20 cм) и уменьшением энергии для пучков с энергией меньше 6 МВ.

4.1.3. Интегральная доза

Под понятием «интегральная доза» в лучевой терапии подразумевается интеграл от дозового распределения по облучаемому объему. Другими словами, эта величина представляет собой полную энергию, поглощенную в облучаемом объеме.

Важным показателем качества разработанного плана облучения является значение интегральной дозы, так как в значительной мере именно с ней связана вероятность появления различных осложнений при лучевом лечении. Величина интегральной дозы является также одним из способов сравнения дозовых распределений для пучков. Если масса опухоли получает однородную дозу, тогда интегральная доза равна произведению массы опухоли на дозу. В общем случае требуется интегрирование по объему.

213

Для однопольного облучения в работе [3] предложено следующее выражение для расчета интегральной дозы:

1,44 Dm S d1/ 2 (1 e 0,693	d		2,88 d1/ 2
		) (1		) , (3.1)
	d1 / 2
			SSD

где Dm – пиковое значение дозы на центральной оси; S – площадь поля; d – полная толщина пациента вдоль пучка; d1/2 – глубина

50 %-й глубинной дозы.

На рис. 3.13 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. 3.13. Зависимость интегральной дозы от качества пучка фотонов [4]

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

214

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 более полей (рис. 3.14). 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.

Рис. 3.14. Различные направления облучения двумя парами противоположных полей. Центральная область представляет район относительно однородного дозового распределения

215

Рис. 3.15. Примеры изодозовых распределений при многопольном облучении: А – три 4 МВ 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

216

Ручными расчетами практически невозможно определить оптимальное сочетание всех параметров. В настоящее время имеются компьютерные системы, помогающие решить эту проблему. На рис. 3.15 показан пример изодозовых распределений для многопольного облучения из четырех пучков.

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.

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, имеющей 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. 3.16).

217

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.

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

Рис. 3.16. 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

218

зависит не только от дозового распределения на бумаге, но и от практической реализуемости плана.

5. Облучение в наклонной плоскости

Облучение наклонных цилиндрических объемов, таких как опухоли пищевода и некоторые опухоли в голове и шеи, может оказаться предпочтительным провести полями, которые лежат в плоскости, перпендикулярной к продольной оси мишени. Выбирая соответствующие углы стола, коллиматора и гантри, можно разместить пучки с любого направления так, чтобы они оказались компланарными в наклонной плоскости облучения. Этот метод первоначально был предложен в работе [5] и развит в работах [6,7].

В общем случае, продольная ось объема мишени наклонена относительно горизонтали и повернута относительно продольной оси пациента. Проекции двух углов измеряются на поперечной и передней рентгенограммах. На рис. 3.17 показаны углы α,β и γ, определяющие направление продольной оси мишени в пространстве.

Рис. 3.17. Иллюстрация наклона продольной оси мишени по отношению к поперечной и передне-задней рентгенограмм. Угол ζ представляет планируемый угол гантри в плоскости облучения [6]

219

Угол γ определяется из соотношения tg(γ) = tg(α)∙tg(β). Важен знак этого угла: при взгляде с левой стороны пациета, лежащего на спине, поворот по часовой стрелке соответствует положительному углу и наоборот. Пусть угол ζ является планируемым углом пучка в плоскости облучения (т.е. сооветствует углу гантри, если облучение проводилось бы в этой плоскости). Тогда углы гантри (GA), стола (TA) и коллиматора (CA) определяются из следующих уравнений:

cos(GA) cos( ) cos( );	(3.2)
tg(TA) (sin( ) / tg( )) ;	(3.3)
tg(CA) tg( ) / sin( ).	(3.4)

Если мишень расположена в сагиттальной плоскости (распространенный случай), то β = 0 и γ = α.

6. Изоцентрическое облучение

6.1.Сравнение изоцентрического метода облучения

сметодом постоянного SSD

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.

Существенным компонентом любого плана облучения является перечень инструкций по укладке пациента и настройке пучков, который связывает дозовое распределение и расположение пучков с внешними референсными (опорными) метками на пациенте. При многопольном облучении предпочтительным вариантом является такой, при котором укладка и настройка проводятся в начале облучения, и дальше между полями двигаются только гантри и коллиматор при стационарном положении пациента и стола. Это иллюстрируется на рис. 3.18,б для четырехпольного облучения, в котором изоцентрическая расстановка пучков реализуется с помощью референсной метки на коже, используя изоцентрические лазеры и оптический индикатор расстояния (ОИР).

220