Климанов Радиобиологическое и дозиметрическое планиров. Ч.1 2011

	S S	d - d	0,75	15 10	0,4 см.	(5.11)
		d		10

Новый промежуток = S1 S2 S =2,7 см.

На рис. 5.14 показано дозовое распределение для рассмотренного примера [9]. Ожидаемое горячее пятно перекрытия трех полей видно на рис. 5.14,А. Это пятно устраняется при увеличении промежутка с 2,25 до 3,0 см. Однако при этом доза в смежном районе значительно уменьшается. Это допустимо только в случае, когда данный район свободен от опухоли. При уменьшении промежутка до 2,7 см перекрытие устраняется, а уменьшение дозы на глубине 15 см составляет 10 %.

4.2. Дозиметрическое разделение

Разделение полей можно решить с помощью оптимального размещения полей по контуру, при котором суммарное дозовое распределение будет однородно на заданной глубине, а горячие и холодные области будут приемлемы. Точность этой процедуры зависит от точности изодозовых кривых для индивидуальных полей, особенно в области полутени.

4.3. Сопряжение ортогональных полей

Ортогональными полями называют поля, геометрические оси которых перпендикулярны друг другу. На рис. 5.15 иллюстрируются некоторые способы сопряжения ортогональных пучков фотонов. Такие приемы особенно необходимы при облучении опухолей головы и шеи, так как в области перекрытия пучков может находиться спинной мозг, а также при облучении грудной области. Общий подход заключается в использовании половинных защитных блоков.

341

Рис. 5.14. Дозовые распределения при геометрическом разделении 4 МВ пучков, пересекающихся в середине плоских слоев толщиной 20 см, для размера полей 30х30 см2 и 15х15 см2 и SSD=100 см: А – расстояние между полями на поверхности S=2,3 см и существует область перекрытия трех полей; Б – расстояние между полями увеличено до S=3 см, что устраняет область перекрытия трех полей; В – расстояние между полями S=2,7 см, что обеспечивает отсутствие перекрытия трех полей на глубине 15 см

342

При другом подходе (рис.5.15,Б) применяется поворот стола относительно вертикальной оси для компенсации расходимости поперечного поля. Угол поворота стола равен:

	0,5 ширины поля
arctg		.	(5.12)
	SAD

Рис.5.15. Некоторые способы решения проблемы перекрытия для ортогональных полей: А – сопряжение нерасходящихся краев пучков с помощью расщепителей пучков, блокирующих половину боковых полей и заднего поля, и защиты, которая защищает спинной мозг; Б – устранение расходимости поперечных пучков с помощью их наклона, обеспечивающего сопряжение хвостовых краев полей; В – создание зазора S на поверхности кожи, позволяющего сопряжение поперечных полей и заднего поля на заданной глубине d. Пунктиром показаны проекции краев полей на глубину d, где пересекаются ортогональные поля

В следующей способе (рис. 5.15,В) вводится зазор S на поверхности шеи между задним полем длиной L и краями поперечных полей. Величина зазора определяется по формуле:

S	L		d		,	(5.13)
	2		SAD
			343

где d – глубина позвоночника по отношению к заданному полю. Краниоспинальное облучение утвердилось как стандартный ме-

тод лучевой терапии опухолей мозга, расположенных над турецким седлом (например, дисгерминомы), и других опухолей, включающих центральную нервную систему. Однородное облучение всего объема краниоспинальной мишени возможно при использовании отдельных, противоположно направленных поперечных пучков.

Эти пучки разворачиваются так, что их нижние границы сопрягаются с верхней границей спинного портала, который создается либо одним, либо двумя полями в зависимости от длины обрабатываемого участка позвоночника.

4.4.Общие правила сопряжения полей

Взаключение приведем общие правила, рекомендуемые в работе [9], при решении проблемы оптимального сопряжения полей.

1. Место сопряжения полей следует выбирать по возможности над областью, которая не содержит опухоль или чувствительный орган.

2. Если опухоль расположена у поверхности со стороны сопряжения, то поля не следует геометрически разделять, так как холодное пятно в опухоли создает риск рецидивов. Однако если расходящиеся поля граничат на поверхности кожи, они могут перекрываться на глубине. В некоторых случаях это может быть клинически приемлемым, если передозирование не превышает допустимый уровень.

Вслучае поверхностной опухоли и критического органа, расположенного на глубине, можно состыковать поля на поверхности, но не допускать расходимости пучков с помощью расщепления или наклона пучков.

3. Для глубоко расположенных опухолей поля можно разделять на поверхности кожи так, чтобы точка пересечения лежала на средней линии. Однако необходимо тщательно проанализировать, не имеется ли вблизи области наложения критической структуры.

4. Линию «согласования полей» следует рисовать перед каждым курсом на основе облучения первым полем. Это не означает, что ее

344

надо воспроизводить каждый день, так как это может только смазать ее положение. Некоторые руководства рекомендуют перемещать область сопряжения два или три раза за курс облучения.

5. Техника сопряжения полей должна быть проверена на реальном дозовом распределении перед ее принятием для клинического использования.

Контрольные вопросы к главе 5

1.В каких случаях рекомендуется многопольное облучение смежными полями и в чем отличие этой техники от изоцентрического многопольного облучения?

2.Какие проблемы возникают при многопольном облучении смежными полями?

3.Укажите основные способы частичной блокировки полей.

4.Какую кратность ослабления первичного излучения должен обеспечивать защитный блок?

5.В чем отличие между дозовыми распределениями при экранировании части поля с помощью коллимационных пластин и с помощью защитных блоков?

6.Укажите основные преимущества и недостатки многолепесткового коллиматора перед защитными блоками.

7.В чем причина нежелательного увеличения кожной дозы?

8.Укажите основные способы уменьшения кожной дозы.

9.Как зависит величина кожной дозы от энергии пучка фотонов, размера поля и расстояния ―поглотитель – кожа‖?

10.Что такое электронный фильтр?

11.Как и почему влияет косое падение излучения на кожную

дозу?

12.В чем смысл геометрического разделения полей?

13.Какие основные способы применяются для достижения дозовой однородности при сопряжении смежных полей?

14.В чем отличие геометрического метода разделения полей от дозиметрического?

15.Как связано расстояние для разделения двух полей на поверхности кожи с глубиной, на которой происходит перекрытие полей?

345

16.Как можно устранить перекрытие трех полей при облучении двумя парами противоположно направленных пучков?

17.Какова связь между величиной зазора между полями с глубиной пересечения полей при облучении ортогональными полями?

18.Сформулируйте основные правила сопряжения смежных

полей.

Список литературы

1.Klein E. E. et al. Clinical implementation of a commercial multileaf collimator: dosimetry, networking, simulation, and quality assurance // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. V. 33. 1995. P..1195-1208.

2.Velkley D. E. et al. Buildup region of megavoltage photon radiation sources // Med. Phys. V. 2 1995. P.14.

3.Richardson J. E., Kerman H. D., Brucer M. Skin dose from cobalt 60 teletherapy unit // Radiology. V. 63.1954. P. 25.

4.F. M. Khan, V. C. Moore, S. H. Levit. Effect of various atomic number absorbers on skin dose for 10 MeV x-rays // Radiology. V. 109. 1973. P. 209.

5.Hine G. J. Secondary electron emission and effective atomic numbers // Nucleonics. V. 10. 1952. P. 9.

6.Skin effect o cobalt 60 telecurie therapy / C. C. Burkell, T. A. Watson, H.E. Johns et al. // Br. J. Radiol. V. 27. 1954. P.171.

7.Jackson W. Surface effects of high-energy x-rays at oblique incidence // Br. J. Radiol. V. 45. 1972. P. 271.

8.Gerbi B.J., Meidooni A.S., Khan F.M. Dose buildup for obliquely incident photon beams // Med. Phys. V. 14. 1987. P. 393.

9.Khan F. M. The Physics of Radiation Therapy. second edition / a Waverly company, 1994.

10.Williamson T.J. A technique for matching orthogonal megavoltage fields // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. V. 5. 1975. P.111.

11.Griffin T. W., Schumacher D., Berry H. C. A technique for crani- al-spinal irradiation. // Br. J. Radiol. V. 49. 1976. P. 887.

12.Hopfan S. Clinical complications arising from overlapping of adjacent fields: physical and technical considerations // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. V. 2. 1977. P.801.

346

13.Dea D. Dosimetric problems with adjacent fields: verification of gap size // Am. Assoc. Med. Dosim. J. V. 10, 1985. P. 37.

14.Christopherson D. et al. Field matching in radiotherapy // Med. Phys. V. 3. 1984. P.369.

347

Глава 6. Трехмерное дозиметрическое планирование дистанционной гамматерапии

В радиационной онкологии последние десятилетия происходит новая технологическая революция, сравнимая по последствиям с внедрением в клиническую практику медицинских линейных ускорителей мегавольтового диапазона. Одним из этапов этой революции явилось создание алгоритмов, техники и систем 3-мерного дозиметрического планирования. К настоящему времени в большинстве онкологических клиник в передовых странах 3-мерное планирование стало рутинной практикой лучевого лечения. В этой главе рассматриваются особенности дозиметрического планирования, особое внимание при этом уделяется алгоритмам расчета доз в системах 3-х мерного дозиметрического планирования.

1. Особенности 2- , 2.5- и 3-мерного дозиметрического планирования

Широко используемый термин «система 3-мерного дозиметрического планирования» (3-МДП) вводит фактически в заблуждение. 3-мерное (3D в англоязычной литературе) дозиметрическое планирование является процессом, а не системой, причем процессом радикально отличающимся от ранее разработанных 2-мерных (2D) и 2,5-мерных (2.5D) подходов к дозиметрическому планированию.

Наиболее существенной аппроксимацией 2-мерного дозиметрического планирования является допущение, что поперечное сечение одинаковое вдоль всего тела пациента. В то же время реально поперечные сечения в плоскостях, лежащих на некотором удалении от центральной оси пучка, могут сильно отличаться. В этих же плоскостях могут находиться критические органы и чувствительные структуры, поэтому возникает необходимость аккуратного расчета дозовых распределений и в этих плоскостях. Отвечая этим потребностям, было разработано так называемое многоплоскостное или 2,5-мерное дозиметрическое планирование. В этом методе планирования данные по анатомии пациента передаются в систему

348

планирования от компьютерного томографа для нескольких поперечных сечений. Внешняя граница пациента оконтуривается автоматически, а внутренние границы анатомических структур оконтуриваются вручную. Однако дозовые распределения рассчитываются в дополнительных плоскостях в предположении, что источник также находится в этих плоскостях. При этом при расчете дозы в конкретном сечении считается, что остальные поперечные сечения такие же, как и рассматриваемое. Поправочные факторы на наличие негомогенностей определяются в одномерном приближении.

Наиболее значимое отличие 3-МДП от 2-МДП состоит в его объемности. Мишень в облучаемой области задается 3-мерной. При изучении данных о пациенте целью является получение объемной, а не плоскостной информации. Геометрия пучков и регистрирующих портов основывается на облучении 3-мерного объема. Алгоритмы расчета дозы учитывают дивергенцию пучка во всех направлениях. Учет неоднородностей может включать геометрию

негомогенностей по всем направлениям (рис. 6.1).

.

Рис. 6.1. Сравнение задания негомогенностей в одномерной (1 D),

двухмерной (2D) и трехмерной (3D) геометриях

Данные о пучке в 2-МДП обычно состоят из центрально-осевых дозовых распределений и внеосевых профилей для набора полей. В

349

случае 3-МДП кроме этих данных (обычно существенно более детальных) требуются значения дозовых ядер (см. далее), спектр флюенса фотонов, а в некоторых случаях и геометрия головки ускорителя.

Идентификация и оконтуривание нормальных анатомических структур в 3-МДП существенно более трудозатратная и длительная операция, чем в 2-МДП. Это связано с тем, что при определении направлений облучения в 3-МДП ставится задача максимально уменьшить облучение нормальных тканей и органов.

Аналогичная ситуация имеет место при идентификации и оконтуривании мишеней. Для повышения точности оконтуривания нередко применяется совмещение и синтезирование изображений, получаемых от разных видов диагностических исследований.

Сильно отличаются в 3-МДП от 2-МДП также форма представления результатов планирования и документация процессов планирования и облучения.

2. Классификация алгоритмов расчета дозы, применяемых в 3-МДП

Алгоритмы расчета дозы в 3-МДП можно классифицировать по разным признакам. Одна из возможных классификаций состоит в разделении всех алгоритмов на два класса: алгоритмы, основанные на использовании экспериментальных данных; алгоритмы, основанные на использовании математических моделей. Для краткости будем называть первые «алгоритмы данных», а вторые «модельные алгоритмы». На практике в клиниках не применяются как «чистые» алгоритмы данных, так и «чистые» модельные алгоритмы. В реальности все алгоритмы можно представить в виде континуума, на одном конце которого находятся алгоритмы данных, а на другом – модельные алгоритмы.

В алгоритмах данных в память компьютера заносятся значения доз в каждой точке 3-мерной сетки. Промежуточные значения получают через интерполяцию. Очевидно, что такие алгоритмы требуют громадного объема экспериментального измерения доз. Однако как только условия облучения будут отличаться от геометрии измерений, так сразу возникает вопрос об адекватности результата

350