С.В. Канаев, В.А. Шишов
ФГБУ «НМИЦ онкологии им. Н.Н. Петрова» Минздрава России, Санкт-Петербург
НИИЭФА им. Д.В. Ефремова, Санкт-Петербург
В настоящее время условно все методы дистанционной радиотерапии можно разделить следующим образом: конвенциальное облучение (conventional irradiation), конформное (conformal irradiation), интенсивно модулированная радиотерапия (intensity-modulated radiation therapy – IMRT), радиотерапия, корректируемая по изображениям (image guided radiation therapy – IGRT).
Конвенциальное лучевое лечение базируется, в основном, на использовании сравнительно простых методик облучения пациентов (прямоугольное поле облучения, прямоугольные блоки, болюсы, стандартизованные клинья и т.п.). Выбор центра и границ поля при топометрии может осуществляться на основе проекционного изображения, полученного под заданным углом. Планирование облучения проводится на основе одного или нескольких поперечных срезов. Срез строится на основе поперечных компьютерных томограмм пациентов или ортогональных проекционных снимков. План облучения проверяется на симуляторе и реализуется на линейном ускорителе электронов или дистанционном гамма-аппарате. Для дозиметрического обеспечения лечебного процесса используются водные фантомы с устройствами перемещения датчиков и простейшие тканеэквивалентные фантомы. Развитие технологических подходов к лечению больных с различными локализациями опухолей заставляет непрерывно совершенствовать оборудование для топометрии, облучения и верификации облучения.
При конформном радиационном воздействии для создания требуемой формы поля необходимы различные варианты фигурных блоков. Конформная лучевая терапия требует обязательного применения трехмерного планирования облучения. Обычный линейный ускоритель электронов (ЛУЭ) формирует прямоугольное радиационное поле тех или иных размеров при помощи металлических коллиматоров (иногда называемых «челюстями»- jaws), встроенных в аппарат. Дополнительное формирование пучка достигается использованием комбинации этих коллиматоров и специальных блоков (набор свинцовых блоков или блоков из сплава Вуда различных форм и размеров), присоединенных к ЛУЭ после коллиматоров. Блоки перекрывают части прямоугольного поля вне объема мишени и защищают ткани за границами мишени. Новейшие ЛУЭ позволяют осуществить больший контроль над тем, как позиционируются коллиматоры с помощью компьютерного управления ими. Положение коллиматоров для конкретного поля может быть извлечено из файла в компьютере. Логичным расширением такого подхода является перемещение формирующих поле блоков многолепестковым коллиматором (МЛК). Он имеет подвижные лепестки, способные блокировать некую часть радиационного пучка. Типичные МЛК имеют от 20 до 80 лепестков или более, расположенных парами. Компьютерное управление положением большого количества узких, плотно прилегающих друг к другу лепестков, дает возможность генерировать поле необходимой формы. Устанавливая лепестки в требуемую позицию, получают поле, наиболее соответствующее форме опухоли. Регулировка поля делается посредством изменений в компьютерном файле, содержащем установки для лепестков.
Существует три основных применения МЛК. Первое – альтернатива обычного ограничения поля при помощи блоков. Функции задания формы полей, представляющие собой знакомые и широко известные процедуры, полностью замещаются хранением в компьютерном файле установок для положений лепестков, образующих то или иное поле, аналогично блокам.
Вторая функция МЛК является расширением первой. Здесь имеет место непрерывная регулировка формы поля, чтобы следовать форме поля в проекции запланированного объема мишени в процессе вращения рентгеновского пучка по дуге, т.е. нужно менять положение лепестков в то время, когда осуществляется облучение.
Третье применение МЛК – использование его для реализации модуляции интенсивности пучка, т.е. интенсивно модулированной радиотерапии. В целях осуществления модуляции разработаны различные подходы, благодаря которым происходит движение лепестков МЛК во время облучения, что создает динамический компенсирующий фильтр, обеспечивающий облучение при нескольких фиксированных положениях консоли, либо в случае непрерывно вращающегося веерного пучка или конического. Лепестки обязаны давать приемлемый уровень ослабления, должны иметь оптимальные характеристики для задания формы поля при работе во всем диапазоне размеров полей и полностью вписываться в остальную коллимирующую систему. Выбор материалов и разработка формы лепестков, позиционирование аппаратуры, обеспечивающие достижение этих целей, представляют собой инженерную задачу.
Для определения расположения лепестков созданы различные типы датчиков. Наиболее часто в многолепестковых коллиматорных системах используются высокоточные потенциометры. Линейный диапазон детектирования и точность всегда находятся в конфликте. Такой конфликт может быть разрешен путем использования двух потенциометров с коррелированными сборами данных. Преимущества линейных датчиков положения включают в себя простой сбор информации, меньшую подверженность повреждениям от радиации, хорошую линейность и точность. Недостаток – много проводов в структуре головки и большое пространство, занятое в ней. Поскольку потенциометры с дефектом иногда трудно выявить, для обеспечения корректных измерений часто требуется их излишнее количество.
Для распознавания положения лепестка видеооптическая система использует тот же источник света, что и для позиционирования пациента. Обратный рефлектор монтируется вблизи конца каждого лепестка. Свет, проецирующийся на конец лепестка, отражается назад вдоль той же траектории, что и исходный свет. Расщепитель пучка и канал системы зеркал отражают свет на твердотельную камеру. Формируется изображение, демонстрирующее положение рефлекторов. При использовании открытой апертуры для создания узкой глубины поля и фокусируясь на плоскости верхних краев лепестков, изображение может быть построено так, чтобы камера показывала только рефлекторы. Видеосигнал оцифровывается и обрабатывается процессором изображений в контроллере МЛК. Поскольку все рефлекторы имеют одинаковую форму и размер, можно использовать простую технику распознавания позиции всех рефлекторов.
В МЛК, которые предусматривают двухмерное изменение формы поля, для перемещения лепестков используются моторы.
Американское общество терапевтической радиологии и онкологии (ASTRO) и Американская ассоциация медицинских физиков (ААРМ) считают (2004 г.), что интенсивно модулированная радиотерапия на сегодняшний день представляет собой самую перспективную технологию дистанционного облучения. ИМРТ дает возможность создавать не только радиационное поле любой требуемой формы, но и осуществлять облучение во время одного и того же сеанса с различной интенсивностью.
В принципе различаются следующие разновидности ИМРТ:
В соответствии с рекомендациями ASTRO и ААРМ (2004 г.) использование IMRT в клинике требует абсолютно обязательного выполнения ряда условий, к которым относятся:
В принципе для получения адекватного изображения, пригодного для дальнейшего трехмерного планирования, могут быть использованы четыре типа установок. Симулятор – прибор, необходимый для выбора контуров (границ) радиационного поля. Данная функция с успехом может быть осуществлена также с помощью КТ-симулятора и симулятора-КТ. Но качество компьютерных томограмм, совершенно необходимых для планирования, симулятора-КТ уступает таковому КТ-симулятора и КТ. Это происходит из-за того, что на симуляторе-КТ доступен меньший объем диагностической информации. Полным же набором требуемых функций обладает только КТ-симулятор. Однако, к сожалению, по цене он является очень дорогим. Такой КТ-симулятор имеет одну или несколько соединенных в сеть рабочих станций для трехмерной реконструкции и виртуальной симуляции, лазерную маркировочную систему.
Для иммобилизации на лечебном столе ЛУЭ используется ряд приспособлений. Обычно на стол накладывается специальная планка из карбонового волокна, которая в сочетании с применением термопластических материалов дает возможность сохранять одно и то же положение пациента в течение всего времени проведения радиотерапии.
К планированию IMRT предъявляются достаточно жесткие требования в соответствии с рекомендациями, сделанными в докладах №50 и №62 ICRU (International Comission on Radiation Units and Measurement). Прежде всего, это понятие о GTV (gross tumor volume) – большом опухолевом объеме, т.е. фактически самой опухоли. На нее необходимо подвести дозу, адекватную для достижения локального контроля. CTV (clinical target volume) – клинический объем мишени, включающий в себя зону субклинических проявлений заболевания, которые не могут быть определены существующими диагностическими методами. PTV (planning target volume) – планируемый объем мишени – геометрическая концепция, принятая для того, чтобы обеспечить доставку требуемой дозы к клиническому объему мишени. OAR (organ-at-risk) – орган риска. PRV (planning organ at risk volume) – планируемый объем органа риска. Все вышеупомянутые объемы и контуры кожи должны быть изображены на всех срезах для планирования, на которых каждая структура существует. Для перечисленных структур нужно обязательно сделать расчет DVHs (dose-volume histograms) гистограмм доза-объем. Кроме того, дозное распределение должно полностью соответствовать следующим критериям:
Дальнейший прогресс в развитии технологии IMRT неразрывно связан с интеграцией киловольтного рентгеновского источника и детектора большой (41х41 см²) площади в виде плоской панели в ЛУЭ для осуществления флюороскопии, радиографии и объемной компьютерной томографии на конусном пучке. Рентгеновская трубка питается высокочастотным рентгеновским генератором (45 Кв), работающим под контролем компьютера. Она монтируется на выдвижном кронштейне, который тянется от структуры барабана ускорителя. Фокусное пятно трубки располагается на 90о относительно мегавольтного источника и в 100 см (±0,2см) от поворотной оси ускорителя. Трубка имеет общую ось вращения с мегавольтным источником. Плоская панель рентгеновского детектора смонтирована напротив киловольтной трубки. Детектор обладает рядом характеристик, которые делают его идеально подходящим для компьютерной томографии на конусном пучке, включая поперечные сечения на интенсивном рентгеновском излучении и эффективный, не подверженный искажениям, сбор данных. Система получения изображения в целом работает под компьютерным управлением, засветка рентгеновским излучением и сбор информации с детекторов синхронизируется при помощи программного обеспечения, работающего в операционной системе Windows NT. Калибровка, сбор данных изображения, обработка и реконструкция компьютерной томограммы на конусном пучке происходит на персональном компьютере с процессором Pentium Xeon 500 MHz и 1 Gb RAM.
Оценка описываемой системы выполнялась на антропоморфном (The Phantom Laboratory, Salem, N.Y.) и контрастном фантомах. Выяснилось, что система характеризуется субмиллиметровым пространственным разрешением, имеет возможность визуализации мягких тканей. По сравнению с обычным рентгеновским компьютерным сканированием сканирование на конусном пучке продемонстрировало лучшую разрешающую способность.
Геометрическая перекрестная калибровка систем получения изображения и приложения дозы позволяет создать объемное изображение в рамках координатной системы лечебного аппарата. Такой подход дает гибкость при разработке стратегии снятия изображения в зависимости от специфики лучевой процедуры – будь то флюороскопия в реальном времени, рентгенография, компьютерная томография на конусном пучке, либо комбинация всех трех перечисленных вариантов. Метод конусного пучка позволяет реконструировать компьютерно-томографическое изображение на основе данных, собранных за один поворот консоли. В такой ситуации мы фактически имеем дело с высоко интегрированной моделью, в которой система управления ЛУЭ гармонично сочетает взаимодействие компонента для получения изображения и реализации лучевого воздействия на едином радиотерапевтическом аппарате, предоставляющем возможность проводить высокопрецизионное лучевое лечение, корректируемое по изображениям (IGRT). Следовательно, в данном случае речь идет об использовании в клинической практике ЛУЭ, позволяющем осуществлять неразрывный процесс идентификации мишени, мониторинга в реальном времени и эффективного приложения дозы.
При современных технологиях радиотерапии, когда применяются большие суммарные очаговые зоны (СОД), ключевую роль играет корректность подведения дозы к облучаемому объему. В то же время известно, что в процессе радиационного воздействия происходит смещение ряда опухолей, которое может резко менять величину СОД, получаемой опухолью. Для исключения возможности выхода опухоли из облучаемой зоны предложены различные приспособления. В частности, аппаратура для активного контроля за дыханием (Real-Time Position Management – RPM respiratory gating), система задержки дыхания (Active Breathing Coordinator) и другие.
Из радиобиологических расчетов, выполненных в Memorial Sloan-Kettering Cancer Center (MSKCC) в Нью-Йорке, следует, что 2-летняя вероятность локального контроля для первичного немелкоклеточного рака легкого (НМРЛ) Т1-2 составляет 76-83%, для Т3 – 40-57% при СОД 80 Гр и 90 Гр, соответственно. Используя системы активного контроля за дыханием и задержки дыхания, подведение такой дозы становится вполне реальным. В Мичиганском Университете было установлено, что если радиационная нагрузка на опухоль у больных НМРЛ находится в пределах 92,4-102,9 Гр, 2-летняя частота локального контроля равняется 82%, 3-летнего – 68%. В MSKCC также обобщили данные по химиолучевому лечению 72 больных НМРЛ III стадии. 89% из них получили 2-4 цикла цисплатин-содержащей химиотерапии за 4-6 недель до начала конформного облучения. У одной части пациентов (37 человек) СОД на опухоль составляла меньше 64 Гр, у другой (35 больных) – 64 Гр и более. Медианы выживаемости равнялись 15 мес. и 20 мес., соответственно (р=0,068). Однако если большой опухолевый объем находился в пределах 100 см³ при СОД<70 Гр 2-летняя частота местных рецидивов составила 75% (53 человека), а при СОД>70 Гр (19 пациентов) – 64%. Когда же большой опухолевый объем достигал 200 см³ при СОД<70 Гр (31 больной) 2-летняя частота местных рецидивов составила 92%, а при СОД>70 Гр (11 человек) – 49% (р=0,02). По мнению специалистов MSKCC, повышение СОД на 10 Гр сокращает частоту локальных рецидивов на 36,4%. Учитывая изложенное, вполне оправданы надежды на то, что высокие радиационные нагрузки на опухоль, которые можно дать, используя современные технологии облучения, способны резко улучшить локальный контроль при НМРЛ III стадии.
Как показал метаанализ (20000 женщин), сделанный Early Breаst Cancer Trialist Collaborative Group, к 20-летнему периоду смертность от рака молочной железы у пациенток, подвергнутых облучению, по сравнению с теми, кто не получал его, уменьшается на 4,8% (log-rank=0,0001), но увеличивается на 4,3% число смертей от сосудистой патологии (log-rank=0,0003). Именно поэтому принципиальное значение IMRT имеет у больных раком молочной железы, ибо благодаря использованию этой методики совместно с системами контроля за дыханием происходит резкое уменьшение радиационной нагрузки на сердце и легкие, и при этом обеспечивается необходимая СОД на сохраненную молочную железу. В принципе такой подход может дать повышение 20-летней выживаемости на 2-4%. Причем, наиболее выраженным эффект будет у молодых женщин.
В MSKCC у больных раком предстательной железы (более 1000 человек) IMRT применяется довольно широко. «Стандартная» СОД в этом центре – 82 Гр. Однако, уже есть опыт (40 пациентов) подведения с помощью IMRT к предстательной железе СОД 86,4 Гр.
В настоящее время большое значение придается интраоперационному облучению (ИОП). Учитывая потребность клиник в оборудовании такого рода, ряд фирм сделали в этом направлении весьма интересные разработки. В частности, Inraop Medical создала специально для ИОП аппарат «MOBETRON», генерирующий пучки электронов 4 МэВ, 6 МэВ, 9 МэВ и 12 МэВ, оснащенный рядом аппликаторов, болюсов и других приспособлений. Компания «Карл Цейсс» (Германия) предлагает применять при ИОП установку «INTRABEAM PRS», снабженную рядом аппликаторов сферической формы диаметром от 1,5 до 5 см. Прибор представляет собой миниатюрный линейный ускоритель, в котором пучок электронов направляется на золотую пластинку диаметром 3 мм, находящуюся внутри сферического аппликатора. В результате получается вторичное низкоэнергетическое (30-50 кВ) рентгеновское излучение. Благодаря соответствующей форме аппликаторов оно становится сферическим, изотропным. Особенно удобно использование данного прибора в целях ИОП во время выполнения органосохраняющих вмешательств у больных раком молочной железы, но с его помощью можно проводить ИОП и при колоректальном раке, раке поджелудочной железы, кожи, опухолях головы и шеи. В случае комплектации аппарата специальной стереотаксической рамкой, он может применяться и в интракраниальной хирургии при опухолях головного мозга и метастазах рака в головной мозг.
Современные лучевые технологии невозможно представить без брахитерапии (облучение злокачественных опухолей с применением радиоактивных источников, расположенных непосредственно рядом или внутри мишени). В настоящее время наибольшую популярность получили брахитерапевтические установки с шагающим источником 192-иридия активностью 5-10 кюри. Основное преимущество его – низкая средняя энергия гамма-излучения (0,412 МэВ), благодаря чему удается резко снизить массу сейфа-хранилища и создать различные теневые экраны для эффективной локальной защиты жизненно важных органов и тканей. Наиболее широко распространены брахитерапевтические аппараты фирмы «Нуклетрон» (Нидерланды), которые установлены в 1500 радиологических отделений по всему миру. Аппарат «microSelectron HDR» высокой мощности дозы (ВМД) интенсивно используется в онкогинекологии, при опухолях полости рта, предстательной железы, мочевого пузыря, саркомах мягких тканей. Внутрипросветное облучение проводится при раке легкого, трахеи, пищевода. Большой интерес представляет «microSelectron-PDR» («Нуклетрон», Нидерланды), где введение источника 192-иридия низкой активности повторяется импульсами (длительность 10-15 минут каждый час с мощностью 0,5 Гр/час). Биологический эффект подобного радиационного воздействия аналогичен таковому с низкой мощностью дозы.
Внедрение радиоактивных источников 125-йода при раке предстательной железы непосредственно в железу делается с помощью различных методик. В частности, используется аппарат «seedSelectron» («Нуклетерон», Нидерланды) совместно с соответствующей ультразвуковой аппаратурой, что дает возможность оценить в системе реального времени позицию источников и изодозное распределение в предстательной железе благодаря планирующей системе «SPOT PRO». Однако наряду с этим, применяется и способ введения источников 125-йода в предстательную железу под контролем компьютерной томографии (Медицинский радиологический научный центр РАМН).
