Климанов Радиобиологическое и дозиметрическое планирование 2011

изоцентр, являющийся обычно геометрическим центром мишени. Пучки расставляются в пространстве как можно дальше друг от друга [40,41], не создавая при этом противоположно направленных пучков. Соблюдение максимальной удаленности обеспечивает наивысший градиент дозы снаружи мишени. Планировщик может расставить пучки вручную или использовать виртуальную симуляцию. В работе [41] предложена идея «букетов» пучков, напоминающая пространственное распределение цветов в букете. Размещая пучки внутри «букетов», планировщик должен стремиться к их максимальной удаленности друг от друга, но при этом должен избегать направлений на очень радиочувствительные структуры (РС).

С. Вебб предложил шаблоны, содержащие от трех до восьми пучков [42], которые генерируются методом Монте-Карло с максимальной угловой удаленностью. Однако выбор ориентации пучков только на принципе максимальной удаленности без учета вопроса передачи дозы и уменьшения облучения РС имеет ограниченную полезность. В работе [43] авторы развили шаблоны Вебба далее, предложив «букеты», состоящие из набора от 9 до 15 изотропных пучков. Эти шаблоны показаны на рис. 12.34 и в табл. 12.3 и 12.4. Их можно рассматривать как стартовую точку планирования.

Таблица 12.3

Векторы (направляющие косинусы по отношению к координатным осям), углы стола и гантри в системе координат Международной электротехнической комиссии (МЭК) для шаблона, состоящего из девяти изотропных пучков* [4]

* Каждый пучок отделен от ближайшего соседа в среднем на 47,6 ± 1,0 градуса

382

дой РС, попадающей в облучаемый пучком объем. Оптимизационный алгоритм итеративно вращает букет и рассчитывает оценку (ценность) каждого варианта расположения пучков, пока не будет найдена оптимальная ориентация. После завершения компьютерной оптимизации желательно, чтобы планировщик, не сильно нарушая изотропность «букета», вручную подстроил ориентацию некоторых пучков, чтобы еще более уменьшить облучение РС.

Таблица 12.4

Векторы (направляющие косинусы по отношению к координатным осям) и углы стола и гантри в системе координат Международной электротехнической комиссии (МЭК) для шаблона, состоящего из тринадцати изотропных пучков* [4]

* Каждый пучок отделен от ближайшего соседа в среднем на 39,8 ± 1,3градуса

В описанной методике остается неясным вопрос о количестве пучков в «букете». Планировщику рекомендуется попробовать несколько вариантов. Вообще говоря, увеличение количества пучков обычно приводит к улучшению градиента дозы для конкретной мишени. Кроме того, увеличение количества стационарных пучков понижает величину дозы, создаваемой каждым пучком, что способствует уменьшению риска осложнений от облучения. Вместе с тем, увеличение числа пучков увеличивает сложность и время реализации плана облучения. На практике чаще всего в клиниках применяют 7 – 9 пучков.

384

Стереотактическая радиохирургия с модулированной интенсивностью (МИСР, англ. IMRS)) руководствуется в общем теми же принципами, что и лучевая терапия пучками с модулированной интенсивностью (IMRT). Основное различие заключается в поперечных размерах полей. IMRS может успешно комбинировать со стационарными конформными полями. Модулирование интенсивности обычно улучшает дозовое распределение по сравнению с распределением, создаваемым конформными пучками. Однако IMRS дает лучшие результаты, если сначала проводится процедура выбора количества и направлений пучков, а затем проводится модулирование поперечного профиля интенсивности пучков.

Новейшие разработки в области IMRS комбинируют сразу не-

сколько аспектов, включая многоцентровую методику с упаковкой сфер, изотропный «букет» пучков и ―stop and shoot‖ (остановка

пучка и облучение) с использованием мини МЛК для модулирования интенсивности [44,45]. Преимущество такого подхода лежит в возможности сочетания очень точного относительно мишени расположения области высокой дозы и резкого градиента дозы снаружи мишени, что сильно улучшает эффективность лучевого лечения. Использование принципа ―stop and shoot‖ позволяет кроме того во многих случаях отказаться от длительного многоцентрового облучения, что существенно уменьшает общее время процедуры.

Последним достижением в планировании СР с мини-МЛК является динамическое дуговое облучение. В этом методе несколько сходящихся дуг обеспечивают дозу в мишени подобно тому, как происходит с одним круглым коллиматором. Однако здесь миниМЛК динамически изменяет апертуру радиационного поля, делая ее конформной по отношению к мишени. Данная техника обладает преимуществом существенно большей простоты планирования по сравнению с другими методами, так как наиболее важной степенью свободы, имеющейся в распоряжении планировщика, является выбор числа и ориентации дуг.

Контрольные вопросы к главе 12

1. В чем заключаются основные отличия стереотактических от традиционных способов лучевой терапии?

385

2.Почему в стереотактических способах лучевой терапии повышаютмя требования к точности и аккуратности визуализации мишени и органов риска?

3.Какую роль выполняет стереотактическая рама?

4.Что такое "гамма-нож"?

5.В чем отличие нового поколения ЛУЭ, предназначенного для проведения стереотаксиса?

6.С какой целью применяются стереотактические опорные системы?

7.Как достигается субмиллиметровая точность в наведении пуч-

ка?

8.Какие особенности имеют СДП для стереотаксиса?

9.Охарактеризуйте основные алгоритмы, используемые для дозиметрического планирования стереотактического облучения.

10.Какие проблемы существуют при измерении дозовых характеристик узких пучков?

11.Как можно провести аналитический расчет дозовых распределений для узких пучков?

12.Какие подходы применяются при расчете дозовых распределений для узких пучков методом Монте-Карло?

13.Назовите основные отличия между дозовыми распределениями (глубинными и профильными) для узких пучков и для пучков, применяемых в традиционной лучевой терапии.

14.Как проводится оценка дозиметрического плана облучения в стереотаксисе?

15.Как проводится планирование многодугового облучения с круглыми апертурами коллиматоров в стереотаксисе?

16.Как проводится планирование облучения с многолепестковыми коллиматорами в стереотаксисе?

Список литературы

1.Leksell L. The stereotaxic method and radiosurgery of the brain // Acta Chir Scand. 1951. V. 102. P. 316 – 319.

2.Stereotactic radiosurgery—An organized neurosurgery-sanctioned definition / H. Barnett, M.E Linskey., J.R. Adler. et al. // J. Neurosurg. 2007. V. 106. P. 1–5.

386

3. Stereotaxis apparatus for operation on human brain / E.A. Spiegel, H.T. Wycis, M. Marks et al. // Science. 1947. V. 106, P. 349 – 350.

4.Linac radiothurgery: system requirements, procedures, and testing

/F.J. Bova, S.L. Meeks., W.A. Friedman et al // In: Treatment planning in radiation oncology. Second edition / Edited by F.M. Khan. Filadelphia: Lippincott Williams & Wilkins, 2007.

5.Lesions in the depth of the brain produced by a beam of high energy protons / L. Leksell, B. Larsson, B. Andersson et al. / Acts Radiol. 1960. V. 54. P. 251 – 254.

6.Leksell L. Celebral radiosurgery. I. Gammathalanotomy in two cases of intractable pain // Acta Chir. Scand. 1968. V. 134. P. 585 – 595.

7.Sarby B. Cerebral radiation surgery with narrow gamma beams: physical experiments // Acta Radiol. Ther. Phys. Biol. 1974. V. 13, P. 425 – 445.

8.Anniversary Paper: The role of medical physicists in developing stereotactic radiosurgery / S.H. Benedict, F.J. Bova., B. Clark et al. // Med. Phys. 2008. V. 35 (9). P. 4264 – 4277.

9.Warrington J. Stereotactic techniques // In: Handbook of radiotherapy physics. Theory and Practice. / Edited by P. Mayles, A. Nahum, J.C. Rosenwald. New York, London: Taylor & Francis, 2007.

10.External stereotactic irradiation by linear accelerator / F. Colombo, A. Benedetti, F. Pozza et al. // Neurosurgery. 1985. V.16 (2). P. 154 – 160.

11.A radiographic and tomographic imaging system integrated into a medical linear accelerator for localization of bone and soft-tissue targets / D.A. Jaffray, D.G. Drake, M. Moreau et al // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. – 1999. V. 45 (3). P. 773 – 789.

12.Tomotherapy: a new concept for delivery of dynamic conformal therapy / T.R. Mackie, T. Holmes, S. Swerdloff et al. // Med. Phys. 1993. V. 20 (6). P. 1709 – 1719.

13.The Cyberknife: a frameless robotic system for radiosurgery/ J.R. Adler, S.D. Chang, M.J. Murphy et al. // Stereotact. Funct. Neurosurg. 1997. V. 69 (1– 4 Pt 2). P. 124 – 128.

14.Clinical experience with image-gueded robotic radiosurgery (the Cyberknife) in treatment of brain and spinal cord tumors / S.D. Chang, M.J. Murphy, P. Geis et al. // Neurol. Med. Chir. (Tokyo). 1998. V. 38 (11). P. 3052 – 3060.

387

15.Yan H., Yin F.F., Kim J.H. A phantom study on positioning accuracy of the Novalis Body system // Med. Phys. 2003. V. 30 (12). P. 3052 – 3060.

16.Use of the BrainLab ExacTrac X-ray 6D system in image guided radiotherapy / J.Y. Jin, S.E. Tenn, P.M. Medin et al. / Med Dosim. 2007.

17.Simpson J.R., Drzymala R.E., Rich K.M. Stereotactic radiosurgery and radiotherapy. // In: Technical Basis of radiation therapy/ Edited by S.H. Levitt, J.A. Purdy, C.A. Perez, S. Vijayakumar.Verlag Berlin Heidelberg: Springer, 2006.

18.Analysis of photon beam data from multiple institution: an argument for reference data / S. Li, P.Medin, S. Pillai, T. Solberg // Med. Phys. 2006. V. 33, p. 1991.

19.Nizin P.S. On absorbed dose in narrow 60Co gamma-ray beams and dosimetry of Gamma Knife // Med. Phys. 1998. V. 25. P.2347– 2351.

20.Nizin P.S., Mooij R.B. An approximation of central-axis absorbed dose in narrow photon beams // Med. Phys. 1997. V. 24. P.1775

–1780.

21.Yang J.N., Pino R. Analytical calculation of central-axis dosimetric data for a dedicatet 6-MV radiosurgery linear accelerator. Med. Phys. 2008. V. 35 (10). P.4333 – 4341.

22.Bjangard B.E., Petti P.I. Description of scatter component in photon-beam data // Phys. Med. Biol. 1988. V. 33. P. 21 – 32.

23.Sheikh-Bagheri D., Rogers D.W.O. Monte Carlo calculation of nine megavoltage photon beam spectra using the Beam code // Med.

Phys. 2002. V. 29. P.391 – 402.

24.Nizin P.S. Phenomenological dose model for therapeutic photon beams: basic concepts and definition // Med. Phys. 1999. V. 26. P. 1893– 1900.

25.Comissioning 6 MV photon beams of stereotactic radiosurgery system for Monte Carlo treatment planning / J. Deng, C. Ma, J. Hai, R. Nath // Med. Phys. 2003. V. 30 (12). P. 3124– 3134.

26.A Monte Carlo multiple source model applied to radiosurgery photon beams / A. Chaves, M.C. Lopes, C.C. Alves et al. // Med. Phys. 2004. V. 31 (8). P. 2192 – 2204.

388

27.Modeling 6 MV photon beams of a stereotactic radiosurgery system for Monte Carlo treatment planning / J. Deng, T. Guerro, C-M. Ma, R. Nath // Phys. Med. Biol. ……….

28.Treatment planning optimization for linear accelerator radiosurgery / S. Meeks, J.M. Buatti, F.J. Bova et al. // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 1998. V. 41 (1). P. 183 – 197.

29.Radiation therapy oncology group: radiosurgery quality assurance guidelines / E. Shaw, R. Kline, M. Gillin et al. // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 1993. V. 27 (5). P. 1231 – 1239.

30.Stereotactic plan evaluation tool, the ―UF index‖/ F.J. Bova,

S.L. Meeks, W.A. Friedman et al. // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 1999. V. 45 (3 suppl 1). P. 188.

31.Variables associated with the development of complications from radiosurgery of intracranial tumors / L.A. Nedzi, H. Kooy, A. Ed et al. // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 1991. V. 21 (3). P. 591 – 599.

32.What is the effect of dose inhomogeneity in radiosurgery? / J.C. Flickeger, D. Kondziolka, L.D. Lunsfold // In: Intrnational stereotactic radiosurgery society. 3rd meeting /Edited by D. Kondziolka. Madrid: 1997. P. 206 – 213.

33.Lunac radiosurgery: a practical guide / W.A. Friedman, F.J. Bova, J.M. Buatti. New York: 1998. P. 176.

34.Bova F.J., Meeks S.L., Friedman W.A. Linac radiothurgery: system requirements, procedures, and testing // In: Treatment planning in radiation oncology. Edited by F.M. Khan, R.A. Pottish. Baltimore: 1998. Williams & Wilkins, P. 215 – 241.

35.Treatment planning optimization for linear accelerator radiosurgery / S.L. Meeks, J.M. Buatti, F.J. Bova et al. // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 1998. V. 41 (1). P. 183 – 197.

36.Barns N. An inverse problem in radiation therapy // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 1990. V. 18. P. 425 – 430.

37.A geometrical based method for automated radiosurgery planning / T. Wagner, S. Meeks, J.M. Buatti // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 2000. V. 48 (5). P. 1599 – 1611.

38.Wu Q.J., Bourland J.D. Morphology-guided radiosurgery treatment planning and optimization for multiple isocenters // Med. Phys. 1999. V. 26 (10). P. 2151 – 2160.

39.Development of a rapid planning technique based on heuristic target shaping for stereotactic radiosurgery / S. Oh, T. Suh, J. Song et al.

//Med. Phys. 2004. V. 31 (2). P. 175 – 182.

389

40.Bourland J.D., McCollough K.P. Static field conformal stereotactic radioshurgery: physical techniques // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 1994. V. 28 (2). P. 471 – 479.

41.Conformal radiation therapy with fixed shaped coplanar or noncoplanar radiation beam bouquets: a possible alternative to radioshurgtry / L.B. Marks, G.W. Sherouse, S. Das et al. // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 1995. V. 33 (5). P. 1209 – 1219.

42.Webb S. The problem of isotropically orienting N converging vectors in space with application to radiotherapy planning // Phys. Med. Biol. 1995. V.40 (5). P. 945 – 954.

43.Isotropic beam bouquets for shaped beam linear accelerator radioshurgery / T. Wagner, S.L. Meeks, F.J. Bova et al. // Phys. Med. Biol. 2001. V.46 (10). P. 2571 – 2586.

44.A geometrically based method of step and shoot stereotactic radioshurgery with miniature multileaf collimator / T. St. John, T.H. Wagner, F.J. Bova et al. // Phys. Med. Biol. 2005. V.50. P. 3263 – 3276.

45.Intensity-modulated radioshurgery treatment planning by fluence mapping multi-isocenter plans / T. St. John, T.H. Wagner, L.G. Bouchet tn al. // Med. Phys. 2001. V. 28 (6). P. 1256.

390