Климанов Радиобиологическое и дозиметрическое планирование 2011

Eds.: D.D. Leavit, G. Starkschall. P. 231– 233, Medical Physics Publishing. Salt Lake City, 1997.

4.Bortfeld T. et al. Effects of intra-fraction motion on IMRT dose delivery: statistical analysis and simulation // Phys. Med. Biol. V. 47. 2002. P. 2203 – 2220.

5.Takahashi S. Conformation radiotherapy. Rotation techniques as applied to radiography and radiotherapy of cancer //ta Radiol. Diagh (Stockh) (Suppl). V. 242. 1965. P. 241.

6.Wright K.A. et al. Field shaping and protection in 2-million-volt rotational therapy // Radiology. V. 72. 1959. P. 101.

7.Proimos B.S. Synchronous field shaping in rotational megavolt therapy // Radiology. V. 71. 1960. P. 753 – 757.

8.Green A. Tracking cobalt project // Nature. V. 207. 1965. P. 1311.

9.Bjarngard B.E., Kijewski P.K. The potential of computer control to improve dose distributions in radiation therapy // Iin: Computer applications in radiation oncology. Ed. By E. Sternick. University Press, (Hanover, 1976).

10.Kijewski P.K., Chin L.M., Bjarngard B.E. Wedge-shaped dose distributions by computer-controlled collimator motion // Med. Phys. V.

5.1978. P. 426 – 429.

11.Leavitt D.D. et al. Dinamic wedge field techniques through com- puter-controlled collimator motion and dose delivery // Med. Phys. V.

17.1990. P. 87 – 91.

12.Boyer A. et al. Clinical dosimetry for implementation of a multileaf collimator // Med. Phys. V. 19. 1992. P. 1255 – 1261.

13.Brahme A. Design principles and clinical possibilities with a new generation of radiation therapy equipment. A review // Acta Oncol. V.

26.1987. P. 403 – 412.

14.Webb S. The physics of conformal radiotherapy. Advanced in technology / Institute of Physics Publishing (Bristol and Philadelphia, 1997).

15.Carol M.P. An automatic 3D treatment planning and implementa-

tion system for optimized conformal therapy by the NOMOS Corporation // In: Proc. 34th Ann. Meeting of the American Society for Therapeutic Radiology and Oncol. (San Diego, Ca, 1992).

16.Carol M.P. Peacock: a system for planning and rotational delivery of intensity-modulated fields // Int. J. Imaging Syst. Technol. (Special issue on ―Optimization of three-dimensional dose delivery and tomotherapy). 1995. V. 6, P. 56 – 61.

271

17.Mackie T.R. et al. Design of a tomotherapy // Med. Phys. V. 23. 1996. P. 1074.

18.Djordjevich A. et al. Optimal design of radiation compensators // Med. Phys. V. 17. 1990. P. 397 – 404.

19.Mageras G.S. et al. Compensators for three dimensional treatment planning // Med. Phys. V. 18. 1991. P. 133 – 140.

20.Bortfeld T.R. nDinamic and quasi-dinamic multileaf collimation (Proc. ESTRO Conf. (Gardone Rivera, 1995)) // Radiother. Oncol. V 37. Suppl. 1, S16.

21.Convery D.J., Rosenblum M.E. The generation of intensitymodulated fields for conformal radiotherapy by dynamic collimation // Phys.Med. Biol. V. 37. 1992. P. 1359 – 1374.

22.Svensson R., Källman P., Brahme A. Analytical solution for the dynamic control of multileaf collimators // Phys.Med. Biol. V. 39. 1994. P. 37 – 61.

23.Stein J. et al. Dynamic x-ray compensation for conformal radiotherapy by means of multileaf collimation // Radiother. Oncol. V. 32. 1994. P. 163 – 173.

24.Stein J. et al. X-ray intensity modulation by dynamic multileaf collimation // In: The use of Computers in Radiation Therapy: Proc. 11th Conf. Ed. E.R. Hounsel et al. P. 174 – 175 (Manchester: ICCR, 1994).

25.Spirou S.V., Chui C.S. Generation of arbitrary intensity profiles by dynamic jaws or multileaf collimators // Med. Phys. V. 21. 1994. P. 1031 – 1041.

26.Yu C.S., Wong J.W. Dynamic photon beam intensity modulation // In: The use of Computers in Radiation Therapy: Proc. 11th Conf. Ed. E.R. Hounsel et al. P. 182 – 183 (Manchester: ICCR, 1994).

27.Yu C.S. Intensity modulated arc therapy with dynamic multileaf collimation: an alternative to tomotherapy // Phys.Med. Biol. V. 40. 1995. P. 1435 – 1439.

28.Yu C.S. et al. Intensity modulated arc therapy: dosimetric verification with clinical examples // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. V. 32. Suppl. 1. P. 186 (ASTRO Meeting, 1995).

29.Yu C.S. et al. Intensity modulated arc therapy: a new method for delivering conformal treatments // Radiother. Oncol. V. 37. Suppl. 1, S16 (Proc. ESTRO Meeting (Gardone, Riviera, 1995)).

30.Yu С.X, Wong J.W. Comparison of two dynamic approaches for conformal therapy treatments // Med. Phys. V. 23. 1996. P. 1073.

272

31.Bortfeld T.R. et al. X-ray field compensation with multileaf collimators // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. V. 28. 1994. P. 723 – 730.

32.Boyer A.L. Use of MLC for intensity modulation // Med. Phys. V. 21, 1994. P. 1007.

33.Boyer A.L. et al. MLC modulation of x-ray beams in discrete step

//In: [26]. P. 178 – 179.

34.Evans P.M., Hansen V.N., Swindell W. The optimum intensities for multileaf collimator field compensation // Med. Phys. V. 24 (7). 1997. P. 1147 – 1155.

35.Xia P., Verhey L.J. Multileaf collimator leaf sequencing for intensity modulated beams with static segments // Med. Phys. V. 25 (8). 1997. P. 1424 – 1434.

36.Galvin J.M., Chen X.G., Smith R.M. Combining multileaf field to modulate fluence distribution // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. V. 27. 1993. P. 697 – 705.

37.Mackie T.R. Private communication / (lecture on visit to the Royal Marsden NHS Trust, Sutton; 13 July 1993).

38.Carol M.P. Private communication / (letter to S. Webb, 23 November 1992).

39.Carol M.P. An automatic 3D treatment planning and implementa-

tion system for optimased conformal therapy by NOMOS Corporation // In:Proc. 34th Ann. Meeting of the American Society for Therapeutic Radiology and Oncol. (San Diego, CA, 1992).

40.Swerdloff S., Mackie T.R., Holmes T. Method and apparatus for radiation therapy // US Patent 5,317,616, 1994.

41.Swerdloff S., Mackie T.R., Holmes T. Multi-leaf radiation attenuator for radiation therapy // US Patent 5,351,280, 1994.

42.Mackie T.R. et al. Image guidance for precise conformal radiotherapy // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. V. 56. 2003. P. 89– 105.

43.Fiorino C. et al. Dinamic beam modulation by using a single computer controlled absorber // Phys. Med. Biol. V.40. 1995. P. 221 – 240.

44.Calandrino R. et al. Methods to achieve conformal therapy and therapeutic perspectives (Proc. ESTRO Conf. (Gardone Riviera, 1995))

//Radiother. Oncol. V. 37. Suppl. 1 S15.

45.Lind B., Brahme A. Development of treatment techniques for radiotherapy optimization // Int. J. Imaging Syst. Technol. V. 6. P. 33 –

42. (special issue on ―Optimization of three-dimensional dose delivery

and tomotherapy.‖), 1995.

273

46.Chui C., LoSasso T., Spirou S. Dose calculation for photon beams with intensity modulation, generated by dynamic jaw or multileaf collimations // Med. Phys. V. 21(8). 1994. P. 1237 – 1244.

47.Chui C., Mohan R. Off-center ratios for three dimensional dose calculations // Med. Phys. V. 13. 1986. P.70 – 77.

48.Boyer A.L. Intensity-modulated radiation therapy // In: Treatment planning radiation oncology. Second edition. Ed. F.M. Khan. P. 142 – 165, (Lippencott Williams & Wilkins, 2007).

49.Boyer A.L., Li S. Geometric analysis of light-field position of a multileaf collimator with curved ends // Med. Phys. V. 24. 1997. P. 757

–762.

50.Balog J.P. et al. Multleaf collimator interleaf transmission // Med. Phys. V. 26 (2). 1999. P. 176 –186.

51.Matt L. et al. An optimized leaf-setting algorithm for beam intensity modulation using dynamic multileaf collimator // Phys. Med. Biol. V. 43. 1998. P. 1629 –1643.

52.Webb S. et al. The effect of stair-step leaf transmission on the "tongue-and-groove effect" in dynamic radiotherapy with multileaf collimator // Phys. Med. Biol. V. 42. 1997. P. 595 – 602.

274

Глава 11. Брахитерапия

1. Особенности брахитерапии

Термин «брахитерапия» используется для описания специального вида лучевой терапии (ЛТ), при котором облучение мишени проводится с короткого расстояния с помощью небольших герметично упакованных источников. В России этот вид лучевой терапии часто называют еще «контактной лучевой терапией». Вообще говоря, российский вариант лучше подходит для описания специфики данного способа лучевого лечения, однако в международной практике и литературе закрепился термин «брахитерапия», и мы будем его придерживаться. При проведении брахитерапии источники либо размещаются в непосредственной близости от опухоли, либо вводятся непосредственно в опухоль, либо перемещаются в область опухоли с помощью специальных инструментов (аппликаторов), которые предварительно вводятся в полости тела пациента.

Брахитерапия применяется как единственный способ лучевого лечения, например, в случае ранних стадий рака простаты и молочной железы, так и в сочетании с дистанционной терапией. В последнем случае ее используют как ―бустовое‖ (англ. boost) облучение (гинекологические опухоли, поздние стадии рака простаты, опухоли головы и шеи). После хирургического удаления самой опухоли брахитерапия может применяться для лучевой обработки ложа опухоли с целью подавления возможных метастазов. В последнее время брахитерапию начали включать в процесс лечения некоторых сосудистых заболеваний.

Физическое преимущество брахитерапии перед дистанционным облучением заключается в улучшении дозового распределения. Изза быстрого спада дозы вследствие геометрического ослабления при удалении от небольших по размерам (почти точечных) источников можно подвести более высокую дозу к опухоли при одновременном непревышении толерантных доз на окружающие ткани по сравнению с дистанционной терапией. В отличие от хирургии брахитерапия не связана с удалением тканей, что приводит к лучшим косметическим результатам. Недостатком брахитерапии является то, что дозовое распределение, в принципе, не может быть однородным, поэтому она применяется только для относительно не-

275

больших, хорошо локализованных опухолей. В типичном радиотерапевтическом отделении курс радиотерапии получают 10 – 20 % пациентов.

2. Классификация брахитерапии

Отдельные варианты брахитерапии можно классифицировать по различным критериям, в частности, по типу и продолжительности облучения, способу введения источников в пациента, техники загрузки источников, мощности дозы в мишени и др. Такая классификация имеет значение не только как медицинская терминология, но и как основание для выбора конкретных источников. Некоторые из этих вариантов представлены в табл. 11.1– 11.4 [1].

276

На практике постоянная имплантация применяется для ЛТ рака простаты, головы, шеи и легких. Для уменьшения облучения людей, находящихся в близком контакте с пациентами, источники для постоянной имплантации должны быть низкоэнергетическими и иметь небольшой период полураспада. В настоящее время для этого обычно используются источники 125I и 103Pd.

Сеанс облучения при использовании временной имплантации продолжается от нескольких минут, когда применяется техника афтелодинга с высокой мощностью дозы, до нескольких дней при облучении с низкой мощностью дозы. В этом случае важное значение имеют меры по уменьшению облучения персонала.

При внутритканевой брахитерапии источники с помощью специальных игл и катетеров небольшого диаметра вводятся в ткань, поэтому они также должны иметь небольшие размеры. При внутриполостной брахитерапии источники помещаются в специальные аппликаторы, которые предварительно вводятся в полости тела, близко примыкающие к мишени. Конструкция таких аппликаторов

277

зависит от локализации опухоли. После окончания сеанса облучения аппликаторы удаляются.

«Горячее введение» источников в настоящее время по понятным причинам используется редко. В основном оно ограничено областью постоянной имплантации. Для других видов брахитерапии промышленность выпускает достаточный набор автоматизированных установок, позволяющих реализовать режим афтелодинга.

Биологическая эффективность брахитерапии существенно зависит от мощности дозы, создаваемой в мишени во время облучения. Современные аппараты для HDR облучения позволяют набрать требуемую суммарную дозу в мишени за минуты. В то же время большая часть клинического опыта применения брахитерапии была

следние десятилетия много усилий было приложено для изучения биологического эффекта при облучении с высокой мощностью дозы (HDR), одной из целей которого являлось определение дозового биологического эквивалента HDR по отношению к LDR. Дело в том, что при высоких мощностях дозы теряется преимущество в репарационном процессе нормальных тканей по сравнению с опухолевыми, присущее режиму LDR. Поэтому появилась потребность во фракционировании режима HDR, что привело к разработке метода облучения с «импульсной мощностью дозы» (PDR). В этом режиме полное время облучения становится примерно таким же, как и в режиме LDR, т.е. 40 – 80 часов. При этом источники вводятся в пациента на минуты в течение каждого часа облучения, создавая высокую мгновенную мощность дозы. В результате полученная в течение часа доза оказывается равной дозе, получаемой за это же время в непрерывном режиме LDR. Биологическая эквивалентность режимов PDR и LDR была продемонстрирована в девяностые годы в ряде работ, например [2, 3].

3. Источники ионизирующего излучения для брахитерапии

Как правило, источники для брахитерапии помещаются в капсулы, которые, придавая источникам необходимую герметичность и жесткость, поглощают также α- и β-частицы в тех случаях, когда

278

они образуются при радиоактивном распаде. «Полезное» излучение, испускаемое такими источниками, включает:

•гамма-излучение, представляющее обычно наиболее важную компоненту эмиссии;

•характеристическое излучение, образующееся в случаях захвата электронов или в событиях внутренней конверсии электронов;

•характеристическое излучение, образующееся в капсуле источника;

•тормозное излучение, образующееся в источнике и его капсу-

ле.

Ниже рассматриваются наиболее важные, с точки зрения клинического применения, источники для брахитерапии.

3.1. Физические характеристики и конструктивные особенности источников

Из полутора десятков радионуклидов, которые применялись в

брахитерапии за ее историю, в настоящее время активно используются только шесть. К таковым относятся 60Со, 137Сs, 192Ir, 125I, 103Pd,

90Sr/90It. Относительно редко применяются радионуклиды 198Au, 106Ru и 252Cf. Использование 226Ra и 222Rn практически прекращено

по соображениям радиационной безопасности, но длинная история их применения оказывает влияние на современные концепции брахитерапии. Некоторые физические характеристики первой группы радионуклидов приведены в табл. 11.5 [1].

Сделаем несколько замечаний по табл. 11.5. Включенные в таблицу величины AKR и представляют собой константу мощности воздушной кермы и константу мощности дозы соответственно (подробнее см. ниже). Данные по средней энергии фотонов и слоям половинного ослабления (СПО) являются приближенными, так как они зависят от конструкции источников. Значения AKR и относятся к моделям точечных изотропных источников и их применение для расчета дозы от низкоэнергетических источников 125I и 103Pd могло бы привести к заметным погрешностям по причине зависимости действующих значений AKR и от конструкции реальных источников. Поэтому для этих изотопов они в таблице не приводятся.

279

Таблица 11.5

Характеристики некоторых радионуклидов, используемых в брахитерании

Источники в зависимости от специфики применения изготовляют в форме игл, трубок, гранул, проволоки, таблеток. Обычно они имеют двойные капсулы. По энергии испускаемых фотонов их обычно делят на высокоэнергетические и низкоэнергетические.

3.1.1.Высокоэнергетические источники

Квысокоэнергетическим источникам относят:

Радий-226: 226Ra был первым изотопом, который начал исполь-

зоваться для контактного облучения. Он имеет период полураспада 1620 лет ( T1/ 2 ) и испускает фотоны с энергией от 0,05 до 2,4 МэВ

со средней энергией 0,8 МэВ без фильтрации (0,83 МэВ после фильтра из платины толщиной 0,5 мм). Обычно 226Ra в виде сульфата радия помещается в герметичные ячейки из золотой фольги длиной 1 см и диаметром 1 мм. Толщина фольги 0,1 – 0,2 мм. Эти ячейки, в свою очередь, помещаются в платиновые цилиндрические оболочки. Источники изготовляются в форме трубок и иголок различной длины и активности. Типичная трубка имеет толщину стенки оболочки 0,5 мм, длину 22 мм, активную длину 15 мм и содержит от 0,5 до 25 мг радия.

Радон-222: 222Rn является газом, образующимся в результате распада радия. Период полураспада 222Rn 3,83 дня и средняя энергия фотонов 1,2 МэВ. Радон герметически капсулируется в золотые гранулы, которые использовали для постоянной имплантации.

280