Климанов Радиобиологическое и дозиметрическое планиров. Ч.1 2011

3.5. Электронные фильтры

Кожная доза может быть уменьшена при использовании поглотителей γ-излучения из материалов со средним атомным номером (Z=30÷80). Такие поглотители называются электронными фильтрами, так как их введение в пучок фотонов уменьшает рассеяние вторичных электронов в направлении ―вперед‖.

Данный эффект был изучен в работах [4,5]. Авторы определили, какие материалы наилучшим образом подходят для этих целей. Позже было найдено [5], что такие фильтры улучшают также buildup характеристики больших полей.

	50
доза	40
% поверхностная	30
	20		Алюминий
	10	Люсит		Медь	Олово	Свинец
	0
		7	13	29	50	82
				Атомный	номер Z
Рис. 5.7.	Зависимость процентной поверхностной дозы от атомного номера по-
глотителя толщиной 1,5 г/см2 для 10 МВ пучка, размера поля 15х15 см2 и расстоя-
ния «поглотитель – поверхность» d=15 см при размещении поглотителя под лю-
ситовой подставкой [4]

Как видно из рис. 5.7, с увеличением Z поверхностная доза падает вследствие увеличения рассеяния электронов в поглотителе. Дальнейшее увеличение Z приводит к небольшому увеличению поверхностной дозы из-за большого количества фотоэлектронов и

331

электрон-позитронных пар, образующихся в поглотителе дополнительно к комптоновским электронам. Минимум имеет место при Z=50 (олово). Эти результаты качественно согласуются и с данными для 60Со. Эффективность олова в уменьшении кожной дозы демонстрируется на рис. 5.8.

Больший эффект может быть получен при увеличении расстояния подставка – поверхность. Толщину фильтра выбирают примерно равной пробегу вторичных электронов для пучков малой и средней энергии. Для высоких энергий толщину фильтра по практическим причинам берут меньше пробега.

Рис.5.8. Зависимость процентной поверхностной дозы от размера поля для 10 МВ пучка и расстояния «поглотитель – поверхность» d=15 см при введении в пучок поглотителя из олова толщиной 1,5 г/см2 [4]

332

3.6. Влияние на кожную дозу косого падения пучка

Связь между углом падения фотонов на облучаемую поверхность и величиной кожной дозы впервые была замечена еще в 1954 году в работе [6]. Авторы [6] показали, что кожная доза увеличивается с увеличением угла падения излучения. Особенно клинически значимым этот эффект становится при очень косых углах падения. В этом случае вторичные электроны (они собственно и создают основной вклад в дозу) образуются при взаимодействии фотонов со средой в области более близкой к поверхности, чем при нормальном падении. Поэтому увеличивается вероятность, что эти электроны смогут достичь поверхностных слоев и произвести там ионизацию. Оценка кожной дозы при тангенсальном падении фотонов определяется следующим выражением [7]:

	Р%( кожная доза)	1	(100% входная доза) , (5.1)
		2

где входная доза представляет поверхностную дозу для нормального падения, выраженную в % от Dmax.

Кожная доза для других углов падения будет лежать между значениями для нормального и тангенсального падения.

Систематическое изучение этого эффекта было проведено в работе [8]. Авторы ввели понятие «фактор наклона» (OF) как отношение дозы на центральной оси пучка, падающего под углом ζ, к дозе в той же точке при нормальном падении. Данные эксперимента, представленные на рис. 5.9, показывают, что до угла ζ=45о происходит постепенное нарастание OF, а при дальнейшем увеличении ζ скорость нарастания существенно увеличивается.

Другой важный эффект косого падения – уменьшение глубины Dmax. Как результат, область накопления дозы спрессовывается ближе к поверхностной области. В этих условиях становится более вероятной ―болезненная‖ реакция кожи.

Авторы работы [7] предположили, что поскольку чувствительный слой кожи находится на глубине 1– 2 мм ниже поверхности, то эффект уменьшения кожной дозы практически теряется при скользящем падении для 60Со и сильно падает при высоких энергиях фотонов.

333

4. Разделение смежных полей

Смежные поля принято использовать при ЛТ многих видов опухолей. В частности, они применяются при необходимости облучения больших площадей ткани. Как пример можно указать использование ―мантиевидного‖поля и ―перевернутого Y‖ для ЛТ болезни Ходчкина. В некоторых случаях смежные поля являются ортогональными, как например, краниоспинальные поля при облучении медуллобластомы. Другой пример – облучение опухолей головы и шеи, когда боковые шейные поля сопрягаются с передним надключечным полем.

Рис.5.9. Зависимость фактора наклона (OF) от угла падения тормозного излучения для пучков различного спектра и разных ускорителей [8]

Во всех этих ситуациях имеется опасность появления в области стыковки полей значительных отклонений от рекомендуемых значений дозы. Соответственно, при недостаточной величине дозы

334

становится возможным рецидив опухоли, а при излишне высоких дозах велика вероятность развития серьезных осложнений.

Проблема сопряжения смежных полей изучалась в большом количестве работ, и предложен ряд специальных способов облучения для достижения дозовой однородности в области сопряжения полей. Эти способы достаточно детально описаны в работе [9]. Некоторые из них демонстрируются на рис.5.10 [10,11].

На рис. 5.10,А показано, как два поля немного отклоняются от общей граничной линии, чтобы устранить перекрытие полей, обусловленное их геометрической расходимостью. На рис. 5.10,Б иллюстрируется случай, когда применяется разделение полей на поверхности кожи, чтобы обеспечить дозовую однородность на желаемой глубине. Способ расщепления пучков с помощью специальных защитных блоков (половинных блоков) показана на рис. 5.10,В. Эта техника применяется, чтобы расщепить пучок вдоль плоскости, проходящей через геометрическую ось пучка, и таким образом устранить геометрическую расходимость пучка на линии стыковки. На рис. 4.10,Г демонстрируется использование ―генераторов‖ полутени (пенумбры). Такие ―генераторы‖ в виде свинцовых клиньев применяются для корректировки дозовых распределений поперек области сопряжения.

Подробный обзор различных методик сопряжения полей сделан в работах [12,13]. Полезные номограммы для сопряжения полей при облучении рака легких приводятся в работе [14]. Все способы разделения смежных полей можно объединить в два класса: геометрический метод; дозиметрический метод. Рассмотрим их более детально.

4.1. Геометрическое разделение

Методика геометрического разделения полей использует то обстоятельство, что на геометрической границе поля доза обычно близка к 50 % от дозы на оси пучка для той же глубины. Следовательно, в точке пересечения границ двух пучков доза возрастает до 100 % от дозы на оси каждого пучка (если пучки идентичны). Дозовое распределение в поперечном направлении относительно границы соединения полей будет при этом достаточно однородным в

335

зависимости от вклада рассеянного излучения и размера полутени для каждого пучка.

Рис. 5.10. Схематическое представление различных способов сопряжения полей: А – отклонение пучков от линии общей границы [10]; Б – сдвиг полей на облучаемой поверхности [10]; В – изоцентрическое расщепление пучков [10]; Г – краниоспинальное облучение с использованием «генераторов» полутени [11]

336

Если два поля падают с одной стороны и пересечение происходит на заданной глубине (рис. 5.11), то доза выше линии пересечения будет ниже, а доза ниже границы пересечения будет выше, чем доза ―сопряжения‖ (доза на границе).

Из треугольников АВС и CDE (рис. 5.11) следует:

				СD				BC		или	S1			L1			1			.	(5.2)
				DE				AB			d			2		SSD
																	1
Отсюда S1		1	L1			d			. Аналогично					S2				1	L2		d	.
		2			SSD												2
																					SSD
						1															2

Таким образом, полное расстояние S на поверхности, обеспечивающее пересечение полей на глубине d, будет равно:

S S1 S2		d	(	L1		L2	).	(5.3)
				SSD		SSD
	2
				1		2

Рис. 5.11. Геометрическое разделение двух смежных полей, разделенных расстоянием S1+S2, для сопряжения на глубине d [9]

Если пучки падают на наклонную поверхность (рис.5.12), то уравнение (5.3) преобразуется в следующее:

337

S	L1		(d1 O1 )		L2		(d1 O1 )	.	(5.4)
	2		SSD		2		SSD
		1				2

На рис. 5.13,А показана идеальная геометрия, при которой отсутствует перекрытие между тремя полями. На рис. 5.13,Б представлена геометрия, когда наблюдается перекрытие трех полей и полная доза может оказаться больше, чем на центральной оси. Это имеет важное значение, если в области тройного перекрытия находится ОР, например спинной мозг.

Максимальная длина тройного перекрытия (ΔS) наблюдается на поверхности:

S S1 S2 .

(5.5)

S можно сделать равным нулю, если

L1		SSD1	.	(5.6)
L		SSD
2		2

Рис. 5.12. Геометрическое разделение двух смежных полей при падении излучения на наклонную поверхность

338

Таким образом, если длины полей различны, возможен подбор значения РИП, который устраняет тройное перекрытие. Увеличив расстояние между полями (S1+S2) на S, персонал устранит перекрытие трех полей, но при этом образуется холодное пятно на средней линии. Как компромисс можно увеличить расстояние (S1+S2) на величину S , достаточную, чтобы пропало тройное перекрытие в конкретной важной области (например, ОР). Рассчитанное чисто геометрически S равно:

	S S	d - d	,	(5.7)
		d

где d и d – глубины ОР и средней линии (от передней поверхности).

Перекрытия трех полей на рис. 5.13,Б можно также избежать, если использовать одинаковые длины и РИП для всех четырех полей.

Хотя геометрическое рассмотрение дает полезный критерий для разделения полей, необходимо сознавать его ограничения. Действительное дозовое распределение может сильно отличаться от предсказанного на основе чисто геометрической расходимости пучка. Позиционирование пациента, наклон пучка, величина полутени поля и рассеяние излучения являются важными факторами, сильно влияющими на дозовые распределения и делающими проблему стыковки полей одной из самых сложных в лучевой терапии.

Рассмотрим пример с двумя парами параллельных противоположных полей длиной 30 и 15 см. Пусть необходимо рассчитать:

а) промежуток между полями, который требуется создать на поверхности, чтобы пучки пересекались на глубине средней линии

(10см);

б) промежуток между полями, который требуется создать на поверхности, чтобы не допустить перекрытие трех полей на глубине 15 см от передней поверхности, если SSD=100 см для всех полей.

339

Рис. 5.13. Геометрическое разделение двух пар противоположно направленных полей для их сопряжения в середине плоского слоя: А – идеальная геометрия, при которой отсутствует перекрытие трех полей; Б – геометрия, при которой имеется две области (заштрихованные) с перекрытием трех полей [9]

Решение будет иметь следующий вид:

	а) S1		1	L1		d		0,5 30			10		1,5 cм;	(5.8)
			2		SSD					100
	S2		1	L2		d		0,5 15			10		0,75 см.	(5.9)
			2			SSD				100
	Промежуток =1,5+0,75=2,25 см;
	б) S S1 S2 =1,5-0,75=0,75см.													(5.10)
	Длина перекрытия трех полей на глубине 15 см:
								340