Климанов Радиобиологическое и дозиметрическое планиров. Ч.1 2011

7.4.3. Внутренняя защита

При облучении некоторых видов опухолей для защиты нижележащих радиочувствительных структур целесообразно применение ―внутренней защиты‖. Под этим термином подразумевается помещение защитных экранов в полости, расположенные за облучаемой мишенью. К таким случаям относятся облучения опухолей губы, глазных век, слизистой оболочки щеки и др. Внутреннюю защиту применяют также при интраоперационном облучении. Для изготовления внутренней защиты обычно применяют свинцовые пластины. Требуемая толщина свинца зависит от средней энергии электронного пучка в месте предполагаемого размещения защиты. Для оценки толщины экрана можно принять, что средние потери энергии электроном в мягкой ткани равны 2 МэВ/см, а в свинце 2 МэВ/мм.

Вместе с тем необходимо учитывать не только уменьшение дозы за внутренней свинцовой защитой, но и увеличение дозы в слоях ткани, расположенных перед защитой. Это увеличение обусловлено тем, что свинец имеет значительно больший коэффициент обратного рассеяния, чем ткань или вода. К чему это может привести, наглядно иллюстрирует рис. 7.34. Там показано, как кардинально изменяется дозовое распределение, создаваемое электронным пучком в полистироле, если на пути пучка на разных глубинах помещается свинцовая пластина.

Степень увеличения дозы на границе ткани и металла зависит от энергии пучка вблизи поверхности и атомного номера металла. Для границы раздела между тканью и свинцом поправочный фактор на увеличение дозы (EBF) можно рассчитать по следующей эмпирической формуле:

EBF 1 0,735 exp( 0,052		z ),	(7.28)
	E

где Ez – средняя энергия электронов вблизи границы раздела.

С целью уменьшения возможного негативного последствия увеличения дозы перед свинцовой защитой применяется покрытие свинца дополнительным слоем материала с низким атомным номером, например, алюминием, воском, пластиком и др.

451

Рис. 7.34. Влияние на глубинное дозовое распределение, создаваемое 10 МэВ электронным пучком в воде, свинцовой пластины толщиной 1,7 мм, которая располагается на разных глубинах на пути пучка[51]

7.4.4. Болюс

Болюсом в лучевой терапии называют некоторый объем тканеэквивалентного материала, размещаемый непосредственно на облучаемой поверхности тела пациента вплотную к ней. Прилегающая к телу поверхность болюса повторяет форму тела. Наружная поверхность болюса обычно делается плоской и располагается нормально к геометрической оси пучка. Раньше болюсы изготовлялись из парафина или воска методом плавления, в последние годы их чаще изготовляют на специальных копировальных автоматах из специальных материалов типа плотного пенопласта, а также из слоев термопластика. Последний материал особенно удобен тем, что он прозрачный, поэтому под ним остаются видными все кожные метки.

Использование болюсов в электронной терапии преследует следующие цели: а) превращение нерегулярной облучаемой поверхности пациента в плоскую; б) уменьшение проникновения электронов в некоторые части поля; в) увеличение поверхностной дозы; г) улучшение объемного дозового распределения для получе-

452

ния большей конформности с объемом мишени и уменьшения облучения критических органов.

7.5. Смежные поля

Проблема стыковки полей возникает в тех случаях, когда необходимо облучить большую площадь, чем позволяют технические возможности конкретного ускорителя, или когда требуется облучить отдельный участок поля электронами с другой энергией. В некоторых ситуациях полезно применить стыковку электронного и фотонного полей. Во всех случаях целью стыковки является лучшее покрытие мишенного объема. Так как при облучении электронами мишени расположены на поверхности или близко к ней, то нельзя допускать разрывов между полями на облучаемой поверхности. Но в этом варианте ниже поверхности образуются горячие пятна, приемлемость которых по степени превышения дозы, их размеров и локализации требует отдельного анализа.

На рис. 7.35 показано результирующее дозовое распределение для двух смежных полей электронов с одинаковыми энергиями и параллельными осями при разных промежутках между полями на поверхности. Как видно из рисунка, при промежутке в 0,5 см возникает область высокой дозы (140 – 150 %). С увеличением промежутка величина высокой дозы уменьшается до более приемлемого уровня, однако вблизи поверхности создается район с низкой дозой. Параметры последнего могут оказаться неприемлемыми с клинической точки зрения.

На рис. 7.36 показан эффект стыковки полей с разной энергией электронов. Значение дозы в области перекрытия полей заметно меньше, чем получилось для полей с одинаковой энергией электронов (рис. 7.35).

Параметры горячих и холодных пятен существенно зависят также от взаимной ориентации стыкуемых пучков. На рис. 7.37 приводятся три варианта стыковочной конфигурации. Минимальная протяженность и амплитуда области высокой дозы получается в геометрии, когда геометрические оси пучков ориентированы так, что внутренняя граница полей становится общей для обоих пучков (рис. 7.37,а). Максимальные значения этих параметров об-

453

разуются при пересечении геометрических осей пучков (рис.

7.37,c).

Рис. 7.35. Изодозовое распределение для двух смежных полей электронов при разных промежутках между краями полей на поверхности [22]

454

Втех случаях, когда электронное поле граничит на поверхности

сфотонным полем, горячее пятно образуется на стороне фотонного поля, а холодное пятно на стороне электронного поля (рис. 7.38). Причиной является утечка электронов вследствие рассеяния из области электронного облучения в область фотонного облучения.

Рис. 7.36. Изодозовое распределение для двух смежных полей электронов с разной энергией (адаптировано из [19])

455

7.6. Электронная дуговая терапия

Электронная дуговая терапия (ЭДТ) или арктерапия представляет собой особый радиотерапевтический метод облучения поверхностных (или близких к поверхности) опухолей, локализованных на кривых поверхностях, с помощью движущегося пучка электронов. Впервые она была описана в работе [54]. Несмотря на то, что данная методика давно известна и клинически полезна при лечении некоторых опухолей (например, при облучении грудной стенки после хирургического удаления молочной железы), она не получила пока широкого распространения. Причина заключается в относительной сложности и недостаточной изученности физических особенностей метода ЭДТ.

Дозовое распределение сложным образом зависит от энергии электронов, ширины поля, глубины расположения изоцентра, расстояния источник-ось, кривизны поверхности тела пациента и системы коллимации. Важнейшей особенностью глубинного дозового распределения ЭДТ является существенное уменьшение дозы вблизи кожной поверхности по сравнению со стационарным электронным пучком (см. раздел 7.6.2). Эта особенность связана с так называемым «эффектом скорости», смысл которого в том, что, чем глубже расположена расчетная точка, тем дольше она облучается пучком электронов. Поэтому, если требуется высокая поверхностная доза, то при проведении ЭДТ применяются дополнительные болюсы.

Хорошие клинические результаты, достигнутые рядом энтузиастов этого направления за последние два десятилетия, стимулировали повышение интереса к данному методу электронной терапии как для куративного, так и для паллиативного облучения. В настоящее время многие фирмы предлагают ускорители с возможностью реализации электронной дуговой терапии. Однако кроме такого ускорителя необходима определенная модификация электронных коллиматоров. Например, требуются апертурные коллиматоры, имеющие адекватный клиренс до пациента, и дополнительная коллимация в непосредственной близости от поверхности пациента, усиливающая спад дозы за пределом дуги. Подробное

описание основных аспектов рассматриваемого метода дается в работе [55].

456

Рис.7.37. Пример различных вариантов взаимной ориентации геометрических осей пучков: а – геометрические оси пучков отклонены наружу так, что создается общая граница пучков; b – оси параллельны; c – оси пересекаются на глубине облучаемого объекта [4]

Рис. 7.38. Изодозовое распределение, создаваемое при стыковке электронного поля (9 МэВ) с фотонным полем (6 МВ). Размер обоих полей 10 10 см2, SSD=100

см [53]

457

Ускорители, не имеющие опции вращающегося электронного пучка, тем не менее, могут применяться для так называемой «псевдодуговой» терапии. В этом методе поле определяется Х- пластинами фотонного коллиматора и электронной коллимацией непосредственно на поверхности пациента. Пучки направляются изоцентрически через одинаковые угловые интервалы. Поля перекрываются так, чтобы центр следующего поля ложился на край предыдущего поля. При достаточно большом количестве полей полученный результат является дискретной моделью непрерывного дугового поля.

Рис. 7.39. Интегрирование суммарной дуговой дозы в точке P. Сплошная линия представляет нерегулярный контур пациента, а пунктирная линия является круговой аппроксимацией контура [56]

7.6.1. Калибровка дугового пучка электронов

Калибровочные процедуры в ЭДТ имеют существенные отличия от калибровки стационарных пучков. Суммарная дуговая доза определяется двумя способами [20]: интегрированием профилей стационарных пучков; прямым измерением. Первый способ требу-

458

ет как знания дозового распределения, так и калибровки мощности дозы (в стандартных условиях) для поля, используемого в ЭДТ. Методика интегрирования иллюстрируется на рис. 7.39.

Из изоцентра через равные угловые интервалы (например, 10o) проводят радиусы. Вдоль каждого i радиуса помещают изодозовые карты для одиночного пучка, и доза в точке P (Di(P)) определяется как доля от максимальной дозы на центральной оси пучка вдоль i направления (рис. 7.39,б). Суммарная дуговая доза рассчитывается из следующего выражения, приводимого в работе [56]:

D N

Darc (P) 0 Di (P) Inv(i) , (7.29)

2 n i 1

где D0 – мощность дозы в минуту для стационарного поля на глу-

бине zmax ; n – скорость вращения (число оборотов в минуту); Inv(i)

– поправка закона обратных квадратов на воздушный зазор между пунктирным кругом и точкой входа пучка.

Прямые измерения суммарной дуговой дозы можно выполнить в цилиндрическом фантоме из тканеэквивалентного материала со специальными отверстиями для детекторов, которые располагаются на глубине zmax. Радиус фантома должен приближенно соответ-

ствовать радиусу кривизны поверхности пациента, глубина изоцентра должна равняться той, которая применяется при облучении.

7.6.2. Полуэмпирический метод

Для планирования ЭДТ определенное распространение получил полуэмпирический метод, называемый «угловая β-концепция» [28]. В этом методе вводится понятие характерного угла β для произвольной точки A, находящейся на облучаемой поверхности пациента (рис. 7.40). Этот угол измеряется между центральными осями двух ротационных пучков электронов, расположенных относительно точки А так, что передний край одного пучка пересекается в точке А с задним краем другого пучка.

Угол β однозначно определяется тремя параметрами: расстоянием источник – ось вращения f; глубиной изоцентра di; шириной поля w. Электронные пучки, имеющие при различных комбинациях этих параметров одинаковое значение угла β, создают близкое

459

распределение глубинной процентной дозы даже при значительных отличиях в индивидуальных значениях di и w (рис. 7.41). Таким образом, в этом методе глубинное дозовое распределение для ротационных пучков электронов зависит только от энергии электронов и значения характерного угла β. Отметим также, что уменьшение угла β приводит к смещению на большие глубины положения максимума в дозовом распределении (рис. 7.41).

Рис. 7.40. Схематическое представление геометрии ЭДТ: f – расстояние источникось вращения; di – глубина изоцентра; α – дуговой угол или угол облучения; β – характерный угол для индивидуальной геометрии облучения [28]

Существенное значение в ЭДТ имеет фотонное загрязнение дозы, так как в изоцентре суммируется вклад от всех пучков, в то же время доза от электронов на глубине изоцентра может быть сильно ослабленной в отличие от фотонной дозы. Уменьшение угла β приводит к увеличению в изоцентре дозы от загрязняющих фотонов.

7.6.3. Форма поля

Одна из технических трудностей ЭДТ заключается в формировании с помощью вторичных коллиматоров оптимальной формы вращающегося электронного пучка. При облучении частей тела, которые приближенно аппроксимируются цилиндрической геометрией (например, грудная клетка), ширину поля можно устанав-

460