Климанов Радиобиологическое и дозиметрическое планиров. Ч.1 2011

Точный расчет доз вокруг небольших воздушных полостей возможен только с помощью метода Монте-Карло. При проведении приближенных расчетов будут полезны результаты эксперимен-

тального изучения поправочных факторов для небольших воздушных полостей, выполненного в работах [42,43].

6. Нерегулярные поверхности

Под нерегулярными (неправильными) поверхностями понимаются все неплоские поверхности. Они встречаются достаточно часто при облучении электронными пучками областей тела с сильной кривизной поверхности. В этом случае плоскость конца элек-

тронного тубуса не будет параллельна облучаемой поверхности

(рис. 7.28).

Рис. 7.28. Схематическая иллюстрация облучения нерегулярной поверхности (грудной клетки) пучком электронов. Справа показана стандартная геометрия нормального падения на плоскую поверхность без воздушного зазора (адаптировано из [20])

Рассматриваемая геометрия, с одной стороны, приводит в результате к появлению неравномерного воздушного зазора между

441

концом тубуса и поверхностью кожи. С другой стороны, появляется необходимость учета косого падения пучка. Учет обоих факторов можно выполнить, применяя корректирующий множитель к каждой точке дозового распределения, измеренного в стандартной геометрии водного фантома. Расчетное выражение в этом случае имеет следующий вид:

			SSDeff z		2
D(SSDeff	g, z) D0 (SSDeff	, z)			OF( , z), (7.27)
		SSDeff g z

где g – воздушный зазор (см. рис. 7.28), который измеряется для расчетной точки вдоль веерной линии, соединяющей виртуальный источник и расчетную точку; D0 – доза на глубине z при нормальном падении пучка на плоскую поверхность; OF – поправочный фактор на косое падение пучка (см. раздел 3.6).

Рис. 7.29. Сравнение экспериментальных и расчетных изодозовых распределений для пучка 12 МэВ электронов в цилиндрическом фантоме из полистирола при размере поля 10 10 см2. Оба распределения нормированы на Dmax в стандартной геометрии водного фантома (рис. 7.28) [20]

442

В виде примера на рис. 7.29 проводится сравнение экспериментальных и расчетных изодозовых распределений в цилиндрическом фантоме из полистирола в геометрии подобной рис. 7.28. При расчете широкий пучок электронов разбивался на отдельные тонкие лучи, дозовое распределение каждого из которых корректировалось в соответствии с формулой (7.27). Совпадение результатов вполне удовлетворительное за исключением 95 % изолинии.

Рис. 7.30. Влияние сильных нерегулярностей облучаемой поверхности на изодозовые распределения от электронных пучков [44]

Сложную задачу для расчета доз из-за рассеяния электронов представляют резкие нерегулярности облучаемой поверхности.

443

Примером таких поверхностей служат области носа, уха, глаза, а также хирургические иссечения. В этих зонах обычно вследствие нарушения электронного равновесия создаются горячие пятна в удаленной части области и холодные пятна вблизи поверхности. При сильных изломах поверхности с образованием резких впадин и выступов электроны рассеиваются преимущественно наружу из резких выпуклостей и, наоборот, внутрь резких впадин (рис. 7.30). На практике такие резкие края обычно сглаживаются с помощью различных болюсов.

7. Клиническое применение электронных пучков

7.1. Определение мишени

Так же как и в фотонной терапии первым шагом в электронной терапии является как можно более точное определение облучаемой мишени. Перед симуляцией и определением формы, размеров и расположения электронных полей необходимо установить все геометрические параметры планируемого объема облучения (PTV) и соответствующие ему границы. С этой целью детально анализируется вся доступная диагностическая, операционная и медицинская информация. Особенно полезными при решении этих вопросов, а также при выборе энергии пучков и оптимальном их размещения являются данные компьютерной томографии (КТ).

7.2. Терапевтический диапазон – выбор энергии пучка

Как правило, терапевтическая глубина электронной терапии простирается до глубины 90 %-ной изодозовой кривой (D90). Поэтому, если нет опасности переоблучения критической структуры, расположенной сразу за PTV, энергия электронов выбирается так, чтобы 90 %-ная изодозовая линия охватывала наиболее удаленный район PTV и еще добавочные 5 мм за областью мишени. Оценочное значение глубины R90 в сантиметрах можно определить, если энергию пучка в мегаэлектронвольтах поделить на четыре.

В некоторых случаях при определении терапевтического диапазона электронов используется также 80 %-ный изодозовый уровень

(D80). Так делается при облучении грудной клетки, где D80 распо-

444

ложен вблизи границы раздела грудной клетки с легкими. Тогда пучок не создает излишне высокой дозы в нижележащих тканях легких и сердца. Оценочное значение глубины R80 можно определить, если энергию пучка поделить на три.

7.3. Рекомендации Международной комиссии по радиационным единицам

7.3.1. Дозовое предписание – МКРЕ 71

Международная комиссия по радиационным единицам (ICRU или МКРЕ) опубликовала в 2004 году Доклад 71, детализирующий новые рекомендации «Предписание, регистрация и описание терапии пучками электронов» [45]. В этом документе предлагается для согласованности следовать такому же подходу к дозовым рекомендациям, какой был разработан ранее для фотонной терапии в Докладах 50 и 62 [46,47]. В докладе сохраняются понятия GTV (определяемый объем опухоли), CTV (клинический объем мишени), PTV (планируемый объем мишени), TV (облученный объем), органы риска (OAR) (см. также [48]).

Авторы [45] указывают на необходимость полного описания курса облучения, включая примененную схему фракционирования, и не делая корректировку на разность в относительной биологической эффективности для фотонов и электронов. Особо в докладе отмечается важность выбора ссылочной (опорной) точки, называемой «ссылочная точка МКРЕ» (для краткости будем далее называть ее просто ссылочной точкой). В отечественной литературе ее часто называют точкой дозирования. Эта точка должна всегда выбираться в центре (или в центральной части) PTV и ясно указываться. Как правило, энергия пучка выбирается так, чтобы максимум глубинной дозовой кривой на оси пучка находился в центре PTV. Если пик дозы не попадает в центр PTV, ссылочная точка (точка дозирования) по-прежнему выбирается в центре PTV, но при этом регистрируется (протоколируется) также величина максимальной дозы. Таким образом, для стандартных условий электронного облучения в Докладе 71 рекомендуется протоколировать следующие дозы:

• максимальную поглощенную дозу в воде;

445

•местоположение и величину дозы в ссылочной точке (точке дозирования), если она расположена не пике поглощенной дозы;

•максимальное и минимальное значения дозы в PTV и дозы в

органах риска, определенные из дозовых распределений или гистограмм доза-объем.

Для небольших пучков и пучков нерегулярной формы рекомендуется протоколировать также пиковое значение поглощенной дозы для ссылочных (референсных) условий. В случаях, когда применяется коррекция на косое падение и негомогенности, рекомендуется эти операции также регистрировать.

7.3.2.Рекомендации МКРЕ 71 при интраоперационной

лучевой терапии

Доклад 71 содержит также рекомендации относительно специальных электронных пучков, применяемых в интраоперационной лучевой терапии (ИОЛТ) и в методе тотального облучения кожи. В ИОЛТ электронный пучок используется для однократного облучения хорошо определенной мишени после хирургического вмешательства. При этом для более точного определении СTV в процессе операции участвуют и хирург, и радиационный онколог.

Необходимо протоколирование всех специфичных для ИОЛТ устройств, включая тип, форму, угол наклона поверхности тубуса и размер аппликатора. Ссылочная точка всегда выбирается в центре или в центральной части PTV, и по возможности в максимуме дозы на центральной оси. В соответствии со специальными рекомендациями МКРЕ для ИОЛТ, опубликованными в работе [45], следует протоколировать и публиковать следующие дозовые величины:

•пик поглощенной дозы в воде в ссылочных (референсных) условиях для каждого пучка, если ось пучка нормальна к поверхности ткани;

•для наклонных пучков максимальное значение поглощенной дозы в воде на «клинической оси» (т.е. оси, нормальной к поверхности ткани и проходящей через точку пересечения центральной оси пучка и поверхности ткани);

•положение и значение дозы в ссылочной точке (точке дозирования), если она отлична от выше указанных;

446

• максимальное и минимальное значения дозы в PTV (обычно условия облучения выбираются так, чтобы обеспечить во всем PTV не менее 90 % от дозы в ссылочной точке).

7.3.3. Рекомендации МКРЕ 71 при тотальном облучении кожи

При тотальном облучении кожи (ТОК) необходимо добиваться однородного распределения дозы по всей поверхности кожи. Для пациентов с неглубокой поверхностной локализацией болезни может использоваться одна энергия электронов. В других клинических ситуациях толщина повреждаемой области может изменяться в зависимости от стадии, патологии и локализации на поверхности тела. В таких случаях идентифицируются несколько CTV и, соответственно, несколько облучаемых глубин. Для каждой анатомической области выбирается ссылочная точка (точка дозирования) вблизи или в центре PTV/CTV. Клинически значимая ссылочная точка, расположенная внутри определенного PTV, может быть выбрана для всего PTV. При проведении ТОК рекомендуется протоколировать и публиковать следующие дозовые величины:

•пик поглощенной дозы в воде для каждого пучка;

•положение и значение дозы в ссылочной точке дозы (точке дозирования) для каждой анатомической области;

•минимальное и максимальное значениев каждой анатомической области;

•положение и поглощенную дозу в ссылочной точке дозы (точке дозирования) для полного PTV и значение минимальной и максимальной дозы для всего PTV.

7.4.Модификация формы поля и дозового распределения от электронных пучков

7.4.1.Создание специальной формы поля

Вэлектронной терапии нередко требуются поля нестандартной формы. Система фотонных коллиматоров обычно не применяется для этих целей, так как она, учитывая специфику взаимодействия электронов, расположена достаточно далеко от пациента. После

447

прохождения рассеивающей фольги электронный пучок испытывает добавочное рассеяние на других элементах конструкции головки и в воздухе между выходным окном и пациентом, что приводит к слишком размытой зоне полутени. Поэтому для создания электронных полей заданной формы почти всегда применяются навесные аппликаторы в виде тубусов, которые при необходимости дополняются защитными блоками или защитными фигурными пластинами. Будем называть последние плоскими аппликаторами.

Электронные тубусы прикрепляются к головке ускорителя таким образом, чтобы конец конуса находился на расстоянии не больше, чем 5 см от пациента, где, соответственно, определяется и размер поля. Стандартный набор тубусов-аппликаторов обеспечивает размеры полей в интервале от 5 × 5 см2 до 25 × 25 см2. Более сложная конфигурация полей создается с помощью добавочных свинцовых или церробендовых плоских аппликаторов. Иногда (при низких энергиях электронов) применяются пластины из пластика.

Для определения толщины свинцовых аппликаторов, ослабляющих дозу до значения <5 % от начальной, можно воспользоваться простым правилом: необходимая толщина равняется одной десятой практического пробега Rp. В табл. 7.6 приводятся толщины пластин из свинца с коэффициентами пропускания 50, 10 и 5 % для пучков с разными энергиями.

Таблица 7.6

Толщина свинца (мм), требуемая для обеспечения различных значений коэффициентов пропускания для поля электронов 12,5 x 12,5 см2 разных энергий

Энергия пучка,	6	8	10	12	14	17	20
МэВ
50 %	1,2	1,8	2,2	2,6	2,9	3,8	4,4
10 %	2,1	2,8	3,5	4,1	5,0	7,0	9,0
5 %	3,0	3,7	4,5	5,6	7,0	8,0	10,0

Плоские аппликаторы могут размещаться непосредственно на теле пациентов. В этом случае создается поле с резкими краями. Однако если пластины имеют значительный вес, то их также как и

448

защитные блоки закрепляют на головке ускорителя. В этом случае получаются несколько иные изодозовые распределения (рис. 7.31).

Рис. 7.31. Сравнение изодозовых распределений при разном расположении коллиматора: а –коллимационная пластина удалена на 10 см от кожи пациента; б – коллимационная пластина размещена непосредственно на коже пациента [49]

7.4.2. Влияние блокирования на фактор выхода

Частичное экранирование поля приводит к уменьшению мощности дозы и, следовательно, к уменьшению фактора выхода (ФВ). Экранирование также влияет и на дозовые распределения. Величина таких изменений зависит от степени экранирования, толщины блоков и энергии электронов. Данные на рис. 7.32 иллюстрируют эту особенность блокирования. Из рисунка видно, что уменьшение ФВ наиболее значимо для небольших полей, и когда в оставшейся открытой части поля в силу ее малости нарушается поперечное электронное равновесие. На рис. 7.33 показан этот эффект в зависимости от размера открытой части поля. Отметим, что степень уменьшения дозы при экранировании зависит также от глубины точки измерения.

В электронной терапии поля нерегулярной формы встречаются достаточно часто. Если один из поперечных размеров поля оказывается при этом меньше практического пробега электронов Rp, то необходимо иметь в виду отмеченную выше закономерность. В работе [52] предлагается простое правило для определения минимального диаметра поля в воде, начиная с которого наступает электронное равновесие: диаметр поля (см) равен энергии пучка (МэВ), деленной на 2,5.

449

Рис. 7.32. Зависимость отношения выходных факторов на глубине zmax для открытого и блокированного полей (входной фактор блокированного поля обратно пропорционален этому отношению) от энергии пучка электронов при разной степени блокировки [50]

Рис. 7.33. Зависимость отношения доз в центрах экранированного и открытого полей на глубине zmax от размера открытой части поля (адаптировано из [51])

450