Исследование точности позиционирования пациентов при стереотаксической радиохирургии новообразований головного мозга

Филатов Петр Валерьевич; Пашковская Оксана Александровна; Аникеева Ольга Юрьевна; Половников Евгений Сергеевич; Бедный Игорь Витальевич

№ 6 - 2012 г.

14.00.00 медицинские и фармацевтические науки УДК 616.831-006:615.849.5

ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ПАЦИЕНТОВ ПРИ СТЕРЕОТАКСИЧЕСКОЙ РАДИОХИРУРГИИ НОВООБРАЗОВАНИЙ ГОЛОВНОГО

МОЗГА

П. В. Филатов1, О. А. Пашковская1, О. Ю. Аникеева1,2, Е. С. Половников1,2, И. В. Бедный1

1ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт патологии кровообращения имени академика Е.Н. Мешалкина» (г. Новосибирск)

2ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет» Минздравсоцразвития (г. Новосибирск)

В работе исследовалась точность позиционирования пациентов при стереотаксическом облучении новообразований головного мозга. Лечение проводилось на линейном ускорителе Elekta Axesse при использовании стереотаксической системы Leksell Frame G (23 пациента) и неинвазивной системы вакуумной фиксации HeadFIX (27 пациентов). Была проведена обработка измерений положения мишени, выполнен расчет стандартного отклонения, получена точность позиционирования, обеспечиваемая системами фиксации. Смещение мишени за время лечения является сравнимым для рассматриваемых способов фиксации и составляет < 0,3 мм по трем координатам и < 0,3 градуса вращения.

Ключевые слова: радиохирургия, лучевая терапия, линейный ускоритель, HeadFIX, Leksell Frame G, точность позиционирования пациента, новообразования головного мозга.

Филатов Петр Валерьевич — медицинский физик отделения радиотерапии ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт патологии кровообращения имени академика Е.Н. Мешалкина», рабочий телефон: 8 (383) 333-14-70, e-mail:

p_filatov@nricp.ru

Пашковская Оксана Александровна — медицинский физик отделения радиотерапии ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт патологии кровообращения имени академика Е.Н. Мешалкина», рабочий телефон: 8 (383) 333-14-70, e-mail: p_filatov@nricp.ru

Аникеева Ольга Юрьевна — кандидат медицинских наук, заведующий отделением радиотерапии ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт патологии кровообращения имени академика Е.Н. Мешалкина», ассистент кафедры онкологии ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», рабочий телефон: 8 (383) 333-14-70, e-mail: o_anikeeva@nricp.ru

Половников Евгений Сергеевич — кандидат медицинских наук, врач-радиолог отделения радиотерапии ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт патологии кровообращения имени академика Е.Н. Мешалкина», ассистент кафедры онкологии ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», рабочий телефон: 8 (383) 333-14-70, e-mail: e_polovnikov@nricp.ru

Бедный Игорь Витальевич — медицинский физик отделения радиотерапии ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт патологии кровообращения имени академика Е.Н. Мешалкина», рабочий телефон: 8 (383) 333-14-70, e-mail:

p_filatov@nricp.ru

Введение. Высокая конформность и прецизионность подведения дозы являются основными требованиями при проведении стереотаксического лечения. Данные факторы определяются механическими и радиационными параметрами аппарата, а также точностью позиционирования пациента [1, 2, 5, 6, 8]. Современные медицинские ускорители и другие аппараты для стереотаксического лучевого лечения (Гамма-нож) достигли точности в доставке дозы < 1 мм [5, 7]. Использование жёстких систем фиксации, таких как инвазивные стереотаксические рамы, позволило сравнять точность позиционирования мишени облучения с механической точностью стереотаксических аппаратов. Недостатками инвазивной рамы является необходимость длительной (до 5-6 часов) фиксации на голове пациента жесткой рамы. Поскольку невозможно повторно установить раму в одинаковое положение, лечения проводится только однократно подведением высокой дозы излучения. Альтернативным способом стереотаксической фиксации является неинвазивная вакуумная фиксация HeadFIX.

Цель данной работы состоит в исследовании точности позиционирования пациентов при проведении стереотаксической лучевой терапии новообразований головного мозга с использованием рамы Leksell Coordinate Frame G и системы вакуумной фиксации HeadFix, сравнении погрешностей позиционирования этих систем.

Материалы и методы. В Центре радиохирургии и лучевой терапии ННИИПК за период с октября 2010 по ноябрь 2012 года проведено радиохирургическое лечение 50-ти пациентов с доброкачественными и злокачественными опухолями центральной нервной системы (ЦНС). Основные показания к радиохирургическому лечению: максимальный диаметр новообразований составляет менее 35 мм, отсутствие прилегания к критическим структурам [2, 3, 6, 8]. Методика лечения (VMAT, статические поля, использование некомпланарных арок) и предписанная доза (12-18 Гр при однократном подведении) осуществлялись исходя из локализации опухоли, уровня толерантности прилегающих структур и органов риска. При лечении применялись два вида стереотаксической фиксации: инвазивная стереотаксическая рама Leksell Coordinate Frame G (Elekta, Великобритания) и неинвазивная стереотаксическая система HeadFix (Elekta, Великобритания).

Leksell Coordinate Frame G — минимально инвазивная система для стереотаксической радиохирургии. Жесткая рама фиксируется под местной анестезией к голове пациента четырьмя титановыми винтами, которые предотвращают ее интраоперационное смещение в процессе сканирования и облучения. При помощи специальных креплений рама может жестко фиксироваться как к лечебному столу медицинского ускорителя, так и к столам аппаратов компьютерной (КТ) и магнитно-резонансной томографии (МРТ). При использовании данной системы фиксации на цифровых линейных ускорителях Elekta

можно облучать участки в любой части головного мозга и головы выше уровня твердого неба.

HeadFIX — это рама для головы с вакуумной фиксацией, которая используется для неинвазивной высокоточной фиксации. На первом этапе создается индивидуальный слепок верхней челюсти пациента в специальной форме, жестко прикрепляемой к лечебному столу. Фиксация пациента осуществляется созданием вакуумного разряжения между слепком и верхней челюстью пациента. После изготовления индивидуального фиксирующего устройства проводится КТ-исследование пациента в раме. За счет изготовления индивидуальных фиксирующих устройств рама дает хорошую точность позиционирования при повторных укладках пациента, что позволяет разделять по времени КТ-исследование и процедуру лечения пациента, а так же проводить терапию за несколько отдельных фракций.

Для контроля положения мишени, а также для определения точности позиционирования лечение проводилось с использованием технологии контроля по изображению (IGRT). Контроль осуществляется установленной на медицинском ускорителе малодозной системой рентгеновской объемной визуализации. Таким образом, с применением автоматических алгоритмов совмещения по плотностным характеристикам выполняется сопоставление текущего положения мишени и критических структур со снимками, по которым выполнялось планирование лучевого лечения. При наличии отклонений более

0,1 мм от исходных (планируемых) значений проводилась коррекция положения пациента по шести степеням свободы с последующей повторной проверкой. Такая точность позиционирования осуществляется при помощи роботизированного лечебного стола. После проведения лечения проводились контрольные измерения положения мишени (рис. 1), что позволило оценить точность позиционирования и адекватность систем фиксации.

Рис. 1. Контрольное измерение положения пациента

Результаты. В данном исследовании приняли участие 50 пациентов, которым проводилось лечение по поводу новообразований головного мозга методом стереотаксической радиохирургии. Среди них для 23-х пациентов использовалась фиксация с помощью стереотаксической рамы Leksell Coordinate Frame G, а для 27-ми — вакуумная фиксация HeadFix. Проведена обработка значений положения мишени,

полученных при помощи системы рентгеновской визуализации. Смещение мишени определялось из сопоставления положения до и после процедуры облучения с исходными (планируемыми) значениями.

На основе полученных данных были созданы статистические выборки смещений пациентов во время лечения по шести координатам (рис. 2) и проведен статистический анализ (рис. 3).

Рис. 2. Система координат линейного ускорителя Elekta Axesse

О

-0.5

Рис. 3. Анализ смещения пациентов, пример для смещения по оси Z для рамы Leksell

Frame G, мм

Значения стандартного отклонения по каждой выборке приведено в табл. 1, где Ох, Су, oz — стандартное отклонение по выборке для смещения по осям X, Y, Z; orx, ory, orz — стандартное отклонение для вращения относительно соответствующих осей.

Таблица 1

Стандартное отклонение смещения пациентов (мм для смещения и градусы для вращения)

Тип фиксации ox, мм oy, мм oz, мм orx, град. Ory, град. Orz, град.

Leksell Frame G 0,25 0,37 0,20 0,28 0,30 0,45

HeadFix 0,30 0,27 0,35 0,24 0,24 0,43

Для определения точности позиционирования пациента используется величина А = 0,7а [4], данные по которой приведены в табл. 2.

Таблица 2

Точность укладки пациента с различными типами фиксации (мм для смещения и градусы для вращения)

Тип фиксации Ax, мм Ay, мм Az, мм Дга, град. Лгу, град. Arz, град.

Leksell Frame G 0,18 0,26 0,14 0,20 0,21 0,32

HeadFix 0,21 0,19 0,25 0,17 0,17 0,30

Получено, что ошибка в положении мишени для рассматриваемых типов фиксации составляет < 0,3 мм по смещению и < 0,3 градуса по вращению.

Заключение. Проведено исследование погрешности в позиционировании пациентов при стереотаксической лучевой терапии новообразований головного мозга с использованием стереотаксической рамы Leksell Coordinate Frame G и системы вакуумной фиксации HeadFix. Установлено, что для рассматриваемых типов фиксации точность позиционирования является сравнимой и составляет < 0,3 мм по смещению и < 0,3 градуса по вращению. Таким образом, можно заключить, что ввиду незначительной разницы результатов выбор системы фиксации определяется индивидуальными особенностями пациента и не оказывает влияния на точность подведения ионизирующего облучения. На основе полученных данных ведется разработка протокола по определению клинических объемов облучения при стереотаксическом лечении.

Список литературы

1. Guidelines for the Verification of IMRT : Estro booklet / M. Alber [et al.]. — Brussels, Belgium, 2008.

2. Chin L. S. Principles and Practice of Stereotactic Radiosurgery / L. S. Chin, W. F. Regine (eds). — New York, 2008. — 721 p.

3. van Herk M., Errors and margins in radiotherapy / M. van Herk // Semin. Radiat. Oncol.

— 2004. — N 14. — Р. 52-64.

4. Kaye Andrew H. Brain tumors: an encyclopedic approach [текст] / Andrew H. Kaye, Edward R. Laws. — 3rd ed. — Elsevier Limited, 2012. — 918 p.

5. Task group 142 report: Quality assurance of medical accelerators / E. E. Klein [et al.] // Med. Phys. — 2009. — N 9. — P. 4197-4212.

6. Prescribing, recording and reporting : The International commission on radiation units and measurements : ICRU report N 83. — ICRU, Washington DC, USA, 2010

7. Stereotactic radiosurgery : AAPM report N 54/ M. C. Schell [et al.]. — American Institute of Physics Inc., 1995. — 50 p.

8. Radiotherapy for Non-Malignant Disorders / M. H. Seegenschmiedt [et al.]. — Springer, 2008. — 746 p.

RESEARCH OF ACCURACY OF PATIENT POSITIONING AT STEREOTAXIC RADIOSURGERY OF BRAIN NEOPLASMS

P. V. Filatov1, О. А. Pashkovskya1, O. Y. Anikeeva1’2, E. S. Polovnikov1,2,I. V. Bedny1

1FSBE «Novosibirsk scientific research institute of circulation pathology n.a. academician E. N. Meshalkin» Minhealthsocdevelopment (Novosibirsk c.)

SEIHPE «Novosibirsk State Medical University Minhealthsocdevelopment» (Novosibirsk c.)

The accuracy of patient positioning at stereotaxic radiation of brain neoplasms was investigated in work. Treatment was performed on Elekta Axesse accelerator linear with using stereotaxic Leksell Frame G system (23 patients) and non-invasive system of HeadFIX vacuum bracing (27 patients). Measurement processing of target provision was carried out, calculation of standard deviation is executed, and accuracy of positioning provided with restraint harness was received. Target shift during treatment is comparable for surveyed ways of restraint and makes <0,3 mm on three coordinates and < 0,3 degrees of rotation.

Keywords: radiosurgery, radial therapy, linear accelerator, HeadFIX, Leksell Frame G, accuracy of positioning of the patient, brain neoplasm.

About authors:

Pashkovskaya Oksana Aleksandrovna — medical physicist of radiotherapy unit at FSBE «Novosibirsk scientific research institute of circulation pathology n.a. academician E. N. Meshalkin» Minhealthsocdevelopment, office phone: 8 (383) 333-14-70, e-mail:

oxana.pashkovskaya@gmail.com

Filatov Petr Valerievich — medical physicist of radiotherapy unit at FSBE «Novosibirsk scientific research institute of circulation pathology n.a. academician E. N. Meshalkin» Minhealthsocdevelopment, phone: 8 (383) 333-14-70, e-mail: p_filatov@nricp.ru

Anikeeva Olga Yurievna — candidate of medical sciences, head of radiotherapy unit at FSBE «Novosibirsk scientific research institute of circulation pathology n.a. academician E. N. Meshalkin» Minhealthsocdevelopment, assistant of oncology chair at SEI HPE «Novosibirsk

State Medical University Minhealthsocdevelopment», phone: 8 (383) 333-14-70, e-mail: o_anikeeva@nricp.ru

Polovnikov Evgeny Sergeevich — candidate of medical sciences, radiologist at radiotherapy unit at FSBE «Novosibirsk scientific research institute of circulation pathology n.a. academician E. N. Meshalkin» Minhealthsocdevelopment, assistant of oncology chair at SEI HPE «Novosibirsk State Medical University Minhealthsocdevelopment», office phone: (383) 333-1470, e-mail: e_polovnikov@nricp.ru

Bedny Igor Vitalyevich — medical physicist of radiotherapy unit at FSBE «Novosibirsk scientific research institute of circulation pathology n.a. academician E. N. Meshalkin» Minhealthsocdevelopment, office phone: 8 (383) 333-14-70, e-mail: igor.bedny@nricp.ru

List of the Literature: