Беляев Физика ядерной медицины Ч.2 Учебное пособие 2012

при тяжелых формах тиреотоксикоза у больных с большим риском оперативного лечения и непереносимости медикаментов, паллиативной терапии костных метастазов с выраженным болевым синдромом и др.

-РНТ имеет преимущества перед другими видами лучевой терапии за счет незначительных побочных эффектов и минимального повреждения нормальных тканей, возможности формирования в патологических очагах поглощенных доз, позволяющих добиться излечения отдаленных метастазов и диссеминированных опухолей.

-Простота технологии введения РФП, отсутствие необходимости использования дорогостоящего оборудования, существенное (в несколько раз) сокращение сроков госпитализации делают стоимость РНТ значительно ниже, чем стоимость традиционных технологий лучевого лечения. При амбулаторном лечении эта стоимость фактически определяется ценой приобретаемого радиофармпрепарата.

-Вместе с тем, в современном состоянии РНТ существует много нерешенных проблем.

-В отличие от радионуклидной диагностики и от традиционной лучевой терапии физико-математическое обеспечение РНТ значительно отстало от современных клинических требований и от разработки новых терапевтических радиофармпрепаратов.

Известные схемы дозиметрического планирования РНТ и контроля поглощенных доз отличаются избыточной сложностью и пока не обеспечивают необходимую точность определения терапевтической активности РФП.

-Эффективность РНТ сильно зависит от индивидуальной вариабельности радиочувствительности не только у разных больных, но и между различными патологическими очагами в организме одного и того же пациента. Поэтому особенно актуальна разработка простых технологий индивидуального дозиметрического планирования РНТ.

-Серьезного внимания требуют также вопросы улучшения радиационной безопасности персонала, так как пока имеет место вы-

сокая лучевая нагрузка на персонал стационарных подразделений РНТ с “активными” палатами, особенно при РНТ с 131I-

йодидом [3, 4].

191

-Дальнейшее развитие должны получить методы расчета доз, основанные не на типизированных фантомах человека, а на индивидуальных воксельных фантомах, формируемых на стадии диагностики и визуализации тела пациента. Как пример важности этого

направления можно привести сравнение результатов расчета S- факторов для девяти объектов, получающих 131I, выполненные для типового фантома по методу MIRD (код OLINDA/EXM) и методом Монте-Карло для воксельного фантома, полученного в процессе КТ-исследования. Расхождение между результатами в некоторых случаях достигло 140 %

Несмотря на отмеченные недостатки и проблемы в последние два десятилетия наблюдается заметное продвижение в клиническом применении РНТ. Этот прогресс побуждается, с одной стороны, производством широкой номенклатуры новых перспективных р/н и РФП, исследованиями в области новых таргетных медицинских веществ и, с другой стороны, неудачами и ограничениями других методов лечения. Успехи РНТ зависят от тщательного подбора РФП по пригодности их физических, химических и биологических свойств и решения конкретных клинических проблем. При лечении злокачественных образований определяющими факторами, влияющими на выбор РФП, служат тип опухоли, размер очага, доступность опухоли и наличие или отсутствие метастазов. В табл. 5.7 приводятся наиболее важные вопросы, требующие детального рассмотрения в связи с использованием этого уникального вида лучевого лечения.

Если таргетная терапия с применением открытых источников станет более успешной и получит достаточно широкое клиническое распространение, то возникнет потребность в различных комбинациях терапевтических средств и терапевтических модальностей дополнительно к существующим прямым путям введения препаратов. Ниже приводятся некоторые примеры таких комбинаций:

-β-эмиттеры с различными пробегами для облучения опухолей различных размеров;

-радионуклиды с различными периодами полураспада, например, для создания как быстрого отклика, так и пролонгированного облегчения костных болей в паллиативной терапии;

192

-радионуклиды с различными видами эмиссии, например, β- эмиттеры комбинируются с эмиттерами электронов Оже или α- эмиттерами;

-различные mAbs для улучшения таргетирования (нацеливания) в радиоиммунотерапии.

Таблица 5.7

Вопросы, требующие изучения, при выборе конкретного варианта радионуклидной терапии [6]

Контрольные вопросы

1. Назовите принципиальные отличия радионуклидной терапии от других видов лучевой терапии.

2.Какие критерии берутся в основу при выборе радионуклида для радионуклидной терапии?

3.Какие ядерно-физические свойства учитываются при выборе радионуклида для радионуклидной терапии?

4.Какой период полураспада нуклида считается оптимальным для радионуклидной терапии?

5.Как выбирается носитель радионуклида?

193

6.Обрисуйте сферы клинического применения радионуклидной терапии.

7.Как осуществляется дозиметрическое обеспечение радионуклидной терапии?

8.Что такое MIRD-формализм в применении к радионуклидной терапии?

9.Как определяется S-фактор?

10.Опишите схему дозиметрического планирования радионуклидной терапии.

11.Для каких заболеваний применяется радионуклидная тера-

пия?

12.Для чего применяется введение пациенту диагностической актовности?

13. Что собой представляют и как определяются p и np?

14.В каких случаях в РНТ целесообразно использовать эмиттеры электронов Оже?

15.Какую примерно поглощенную дозу создает одна α-частица 213B в ядре клетки размером 10 мкм?

16.Какой из р/н подходит для применения как для ПЭТдиагностики, так и для РНТ?

17.Что такое таргетная РНТ?

18.Почему РФП именно с 131I применяются для лечения щитовидной железы?

19.За счет каких механизмов осуществляется "нацеливание" и направленная доставка р/н на опухолевые клетки?

20.Какие подходы существуют в настоящее время для расчета поглощенных доз в РНТ?

21.Охарактеризуйте наиболее существенные недостатки формализма MIRD.

22.Сформулируйте сущность метода точечного ядра.

23.Чем отличаются индивидуальные расчеты дозы для конкретного пациента от формализма MIRD?

24.Какие радиобиологические особенности имеются у РНТ?

24.Какие технические средства и детекторы можно использовать в настоящее время для in-vivo дозиметрии?

25.Охарактеризуйте преимущества и недостатки РНТ по сравнению с другими технологиями лучевого лечения.

194

26. Какие нерешенные проблемы РНТ существуют в настоящее время?

Список литературы

1.Модников О.П., Новиков Г.А., Родионов В.В., /Костные метастазы рака молочной железы. М., 2001, С. 107 – 126,.

2.Pecher С., Univ. Caliform. Publ. Pharmacol., v. 11, p.117 –119

1942.

3.Наркевич Б.Я., Костылев В.А. Радионуклидная терапия и ее физико-техническое обеспечение.// Медицинская Физика., 2004. Т. 22(2). С. 64 – 71.

4.Ваганов Н.В., Важенин А.В., Смирнов В.Б. Радионуклидная терапия в онкологии: клинические и ядерно-физические аспекты применения, тенденции развития.// Медицинская Физика, 2005. Т.

27.С. 41 – 57.

5.Flower M., Zweit J. Dosimetry of unsealed sources // In: Handbook radiotherapy physics. Theory and practice. Eds. P. Mayles, A. Nahum, J-C. Rosenwald. P. 1205 – 1210. Taylor & Francis Group. 2007.

6.Flower M., Zweit J., Atthey M. Radionuclide selection for unsealed source therapy // In: Handbook radiotherapy physics. Theory and practice. Eds. P. Mayles, A. Nahum, J-C. Rosenwald. P. 1211 – 1218. Taylor & Francis Group. 2007.

7.Flower M., Zweit J. Radiopharmaceutical targeting for unsealed source therapy // In: Handbook radiotherapy physics. Theory and practice. Eds. P. Mayles, A. Nahum, J-C. Rosenwald. P. 1219 – 1233. Taylor & Francis Group. 2007.

8.ICRU. Radionuclide transformations. Energy and intensity of emissions // ICRU Publication 38. Annals ICRP. P. 11– 13. 1983.

9.Adelstein S., Kassis A.I. Radiobiologic implications of the microscopic distribution of energy from radionuclides // Nucl. Med. Biol. 1987. V. 14. P. 165 – 169.

10.Vaidyanathan G., Zalutsky M.R. Targeted therapy using alpha emitters // Phys. Med. Biol. 1996. V. 41. P. 1915 – 1931.

11.Radioimmunotherapy with alpha-emitting nuclides / M.R. Mc Devitt, G. Sgouras, R.D. Finn et al // Eur. J. Nucl. Med. 1998. V. 1341 – 1351.

195

12.Цыб А.Ф., Дроздовский Б.Я. Радионуклидная терапия: опыт, проблемы, песпективы.// Атомная стратегия, № 8, 2003.

13.Рабочая группа Совета по науке, технологиям и образованию при президенте Российской Федерации, “Концепция развития ядерной медицины и лучевой терапии на 2008 – 2015 г. (Аналитическая справка). Часть 4. Радионуклидная терапия. М.: 2007. С. 4,.

14.Loevinger R., Budinger T.F., Watson E.E. MIRD primer for absorbed dose calculation / Society of Nuclear Medicine. 1991. NewYork

15.MIRD. Absorbed fraction for photon dosimetry // MIRD Pamphlet 5. Society of Nuclear Medicine. 1969. New York.

16.MIRD. Absorbed dose per unit cumulated activity for selected radionuclides and organ // MIRD Pamphlet 11. Society of Nuclear Medicine. 1975. New York.

17.NCRP. Protection in nuclear medicine and ultrasound diagnostic procedures in children // NCRP Report No. 73. !983. Washington.

18.RADAR, http://www.doseinfo-radar.com.

19.MIRD cellular S-values. Self-absorbed dose per cumulated activity for selected radionuclides and monoenergetic electron and alfaparticle emitters incorporated into different cell compartment / S. Goddu, R.W. Howell, L.G. Bouchet et al. // Society of Nuclear Medicine. 1997. Reston, VA.

20.MIRD pamphlet number 17. The dosimetry of nonuniform activity distributions – Padionuclide S-values at voxel level / W.E. Bolch, L.G. Bouchet, J.S. Robertson et al. // J. Nucl. Med. 1999. V. 40. 11S – 36S.

21.Stabin M.G. MIRDOSE: Personal computer software for internal dose assessment in nuclear medicine // J. Nucl. Med. 1996. V. 37. P. 538 – 546.

22.Quantitative SPECT in radiation dosimetry / P.B. Zanzonico, R.E. Bigler, G. Sgouros // Semin. Nucl. Med. 1989. V. 19. P. 47 – 61.

23.Гусев Н.Г., Климанов В.А., Машкович В.П., Суворов А.П. Защита от ионизирующих излучений. Том 1. Физические основы защиты от излучений // М.: 1989. Энергоатомиздат.

24.Simkin D.P., Makie T.R. EGS4 Monte-Carlo determination of the beat dose kernel in water // Med. Phys. V. 17. 1990. P. 179 –186.

25.Климанов В.А., Зо Мин У. Учет негомогенностей при трехмерном дозиметрическом планировании дистанционного и кон-

196

тактного терапевтического фотонного облучения // Медицинская физика. Т. 2(22), 2004. С. 26 – 36.

26.Application of MINERVA Monte Carlo simulations to targeted radionuclide therapy / M.A. Descalle, C.L. Hartman, H. Siantar et al // Cancer Biother. Radiopharm. V. 18. 2003. P. 71 – 79.

27.Campion C., Zanott-Fregonara P., Hindie E. CELLDOSE: a Monte Carlo code no assess electron dose distribution – S-value for 131I in sphere for various sizes // J. Nucl. Med. V. 49. 2008. P. 151 –157.

28.Treatment planning for 131I-mIBG radiotherapy of neural crest tumours using 124I-mIBG positron emission tomography / R.J. Ott, D. Tait, M.A. Flower et al. // Br. J. Radiol. 1992. V. 65. P. 787 – 791.

29.Carlsson J. at al.Tumor therapy with radionuclides: assessment of progress and problems // Radiotherapy and Oncology. 2002. V. 66(2). P.

107– 118.

30.Цыб А.Ф. Большое будущее и трудное сегодня. Ядерная медицина и радиофармацевтика // http:/intergamma.ru.

31.ICRP Publication 53. Radiation dose to patients from radiopharmaceuticals // Oxford: Pergamon Press, 1988.

32.Boron marrow dosimetry and toxicity for radioimmunotherapy / J.A. Siegel, B.W. Wessels, E.E. Watson et al. // Antibody, Immunoconjutates, and Radiofarm. 1990. V. 3. P. 213 – 233.

33.Jonson T.K. MABDOS: A generalized program for internal radionuclide dosimetry // Computer Methods Programs Biomed. 1988. V.

27.P. 159 – 167.

34.Dosimetry from organ to cellular dimensions / H.M. Thierens, M.A. Monsieurs, B. Brans et al. // Comp. Med. Imaging Graph. 2001. V. 25. P. 187 – 193.

35.A dedicated package for I-131 SPECT quantification, registration, and patient specific dosimetry / M.J. Guy, G.D. Flux, P. Papavasileion et al. // Cancer Biother. Radiopharm. 2003. V. 18. P. 61 –

36.O’Donoghue J.A. Implications of nonuniform tumor doses for radioimmunotherapy // J. Nucl. Med. 1999. V. 40. P. 1337 – 1341.

37. Direct dose confirmation of quantitative autoradiogaphy with micro-TLD measurements for radioimmunotherapy / M.H. Griffith, E.D. Yorke, B.W. Wessels et al // J. Nucl. Med. 1988. V. 29. P. 1795 – 1809.

197

38.Mini-TL-dosimeters for in vivo measurements / S-E Strand, M. Strandh, M. Ljungher et al // J. Nucl. Med. 1994. V. 35. P. 78.

39.Production of new thermoluminescent mini-dosimeters / S, Martin, A. Lisbona, J. Richard et al // Phys. Med. Biol. V. 45. 2000. P. 479

–494.

40.Preliminary evaluation of implantable MOSFET radiation dosimeters / A.S. Beddar, M. Salehpour, T.M. Briere et al // Phys. Med. Biol. V. 50. 2005. P. 141 –149.

41.Optical degradation of CdSe/ZnS quantum dots upon gamma-ray irradiation / R.Z. Stodilka, J.L. Carson, K. Yu // J. Phys. Chem. C. V. 113. 2009. P. 451 – 459.

42.Pass B., Aldrich J.E. Dental enamel as an in vivo radiation dosimeter // Med. Phys. V. 12. 1985. P. 305 –307.

43.EPR dosimetry of cortical bone and tooth enamel irradiated with x and gamma rays: study of energy dependence // Radiat Res. V. 138. P. 1 –8.

44.Weldon T.E., O’Donoghue J.A. The radiobiology of targeted radiotherapy // Int. J. Radiat. Biol. 1990. V. 58. P. 1 – 21.

45.Климанов В.А. Радиобиологическое и дозиметрическое планирование лучевой и радионуклидной терапии. Часть 1// М.: Издво НИЯУ МИФИ. 2011

46.Effect of patient morphology on dosimetric calculations for internal irradiation as assessed by comparisons of Monte Carlo versus conventional methodologies / A. Divoli, S. Chiavassa, L. Ferrer et al // J. Nucl. Med. 2009. V. 50. P. 316 – 323.

198

Глава 6. Основы радиационной безопасности в ядерной медицине

Очень скоро после открытия явления радиоактивности обнаружилось, что излучения, испускаемые при ядерных превращениях, оказывают биологическое действие на человека. Последующие эксперименты на животных показали, что ионизирующее излучение при определенных уровнях воздействия может губительно отражаться на здоровье человека. Таким образом, перед учеными возникла очень важная проблема установления границ опасности радиационного фактора. Для решения этой задачи были предприняты широкомасштабные исследования влияния радиации на живые объекты, отдельные органы и системы организмы человека. Так начала создаваться новая прикладная область науки – радиационная безопасность (РБ). В задачи РБ входит:

•разработка критериев для оценки ионизирующего излучения как вредного фактора воздействия на отдельных людей, популяцию

вцелом и объекты окружающей среды;

•создание способов оценки, контроля и прогнозирования радиационной обстановки;

•определение путей приведения радиационной обстановки в соответствии с выработанными критериями безопасности с помощью комплекса технических, медико-санитарных и администра- тивно-организационных мероприятий.

Определяющее влияние на развитие и становления этой области науки оказало создание атомной промышленности. С течением времени ионизирующие излучения начали активно использоваться

ив других отраслях промышленности, сельском хозяйстве и в медицине. Как результат, в медицине сформировалось несколько направлений, в которых ионизирующие излучения стали основным средством диагностики и лечения различных заболеваний. К таковым относятся ядерная медицина, лучевая терапия и лучевая диагностика. Так как в ядерной медицине используются в основном открытые радиоактивные источники и облучению подвергаются не только пациенты, но и персонал, и часть населения, то проблема

199

обеспечения радиационной безопасности в этой области приобретает особенно актуальный характер.

1. Концептуальные основы нормирования в радиационной безопасности

В основе мероприятий по обеспечению РБ лежит нормирование уровней облучения, которое призвано минимизировать вредные последствия воздействия ионизирующих излучений на человека. Рекомендации по нормированию облучения разрабатываются Международной комиссией по радиационной защите (МКРЗ). Первая такая рекомендация появилась в 30-х годах прошлого века. С тех пор рекомендуемые нормы несколько раз пересматривались. Рассмотрим в этом разделе некоторые концептуальные вопросы, имеющие важное значение для проблемы нормирования.

1.1. Концепция беспорогового действия радиации

Действие ионизирующих излучений в определенных дозах может вызвать неблагоприятные для здоровья эффекты, которые могут проявиться у облученного человека или у его потомства. В первом случае их называют соматическими, а во втором – генетическими. Если вредные воздействия радиации начинают наблюдаться с каких-то определенных значений дозы, то их называют нестохастическими (детерминистскими) или пороговыми. Если же вероятность проявления неблагоприятного эффекта существует при любых малых дозах излучения и возрастает с увеличением дозы, то такие проявления называют стохастическими или беспроговыми.

В настоящее время отсутствуют доказательства вредного воздействия на организм ионизирующих излучений в малых дозах, но в то же время нельзя полностью отрицать возникновение стохастических канцерогенных эффектов или генетических повреждений. Поэтому МКРЗ при нормировании облучения приняла гипотезу об отсутствии порога для стохастических эффектов облучения [1]. Это

200