CC BY
49
УДК 519.6:519.23:577.3
A. В. Кленевский1, 2, аспирант,
Н. М. Богатов1, д-р физ.-мат. наук, профессор, заведующий кафедрой,
B. П. Скворцов2, эксперт физико-технической группы радиологического отделения,
1 ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный университет»
2 ГБУЗ «Клинический онкологический диспансер № 1», г. Краснодар
Компьютерное дозиметрическое 3D-планирование
дистанционной фотонной лучевой терапии злокачественных новообразований головного мозга
Ключевые слова: дозиметрия, 3D-планирование, дистанционная фотонная лучевая терапия, онкология, поглощенная доза.
Keywords: dosimetry, 3D planning, remote photon radiation therapy, Oncology, absorbed dose.
Рассматривается метод статического двухпольного облучения с клиньями, показавший более узкий и центрированный охват опухоли с равномерным распределением стопроцентной дозы по объему мишени и снижение облучаемых объемов здоровых тканей.
В настоящее время лучевая терапия является основным методом лечения онкологических заболеваний. Проведение дистанционной гамма- и рентгенотерапии злокачественных опухолей представляет сложную задачу, направленную на максимальное подавление клоногенного потенциала злокачественных клеток при минимальном лучевом повреждении здоровых тканей организма. Одновременное выполнение этих условий невозможно без предварительного трехмерного дозиметрического физико-математического планирования лучевой терапии, в ходе которого определяются оптимальная геометрия и расположение дозовых полей, экранирующих средств, рассчитывается дозовое распределение в пространстве, строятся гистограммы «доза—объем» и производится контроль лучевой нагрузки на критические органы с точки зрения толерантных пределов.
Основные факторы гарантии качества планирования лучевой терапии — использование корректных анатомо-топометрических данных, выбор адекватного объема облучения и эффективного алгоритма расчета доз. Цель планирования лучевой терапии —
включение в зону облучения минимально возможного объема тканей, но в то же время достаточного для воздействия на все опухолевые элементы.
На основе данных о размерах очага-мишени, ее расположении относительно наиболее важных с точки зрения распределения лучевой нагрузки анатомических структур и «критических» органов моделируется объемное распределение доз в облучаемом объеме; изодозные линии соединяют точки с одинаковым значением разовой очаговой дозы (РОД). Отмечают относительные значения — в процентах от максимальной поглощенной дозы, принимаемой за 100 %. В практике лучевой терапии в соответствии с принятой выше методикой дозовое распределение считают приемлемым, если вся опухоль заключается в дозе 90—100 %, зона субклинического распространения опухоли и регионарного метастазирования находится в пределах 80 % изодозы, а здоровые ткани составляют не более 30—50 % изодозы.
Часто необходимость в максимальном охвате опухолевого очага приводит к превышению дозовой нагрузки на здоровые органы и ткани организма, особенно при близкой синтопии здоровых органов относительно очага и при глубоком залегании опухоли. Примерами таких случаев являются онкологические заболевания позвоночника и головного мозга ввиду высокой радиочувствительности тканей, окружающих данные локализации.
Актуальность поиска наиболее эффективных способов дистанционного облучения злокачественных новообразований (ЗНО) подтверждается статистическим анализом динамики заболеваемости, который
проводится ГБУЗ КОД № 1 МЗ КК. Опухоли ЦНС являются одной из наиболее значимых патологий на территории Краснодарского края.
Случаи злокачественных новообразований головного мозга регистрируются в любом возрасте у обоих полов. Согласно статистическим данным, в России за 2001—2011 гг. абсолютное число впервые в жизни установленных диагнозов ЗНО головного мозга и других отделов ЦНС возросло.
Целью данной работы является расчет наиболее оптимального плана облучения головного мозга с применением коллимирующих средств.
Материалом для исследования был выбран случай интрацеребрального ЗНО 2-й стадии в верхней теменной доле головного мозга у пациента 1-го радиологического отделения ГБУЗ КОД № 1 г. Краснодара. Планирование дистанционной лучевой терапии проводилось с помощью трехмерной системы планирования терапии «Амфора» на основании серии КТ-топометрических снимков по алгоритму расчета «тонкий луч».
Врачом-радиологом была определена разовая очаговая доза для данной локализации в 3 Гр, первоначальная планируемая схема облучения состояла из подведения данной дозы в режиме ротационного облучения методом секторного качания 180 градусов (180—0°) полем размерами 5,5 х 7 см, облучение предполагалось проводить на линейном ускорителе электронов ЛУЭ СЛ-75-5-МТ, энергия 6 МэВ.
Метод ротационного облучения предполагает проведение подвижного облучения, при котором источник излучения (в данном случае рентгеновского) движется вокруг пациента по круговой траектории, оставаясь при этом «наведенным» на патологический очаг. Преимуществом этого метода является значительное снижение дозы в окружающих здоровых тканях и на поверхности тела по сравнению с облучением в статическом режиме. Однако общий объем облучаемых тканей, а следовательно, и интегральная поглощенная доза при подвижном облучении возрастают. Секторное облучение в рамках изучаемого плана лечения представляет собой такое облучение, в результате которого источник перемещается по дуге в пределах угла в 180°.
Расчет изодозного распределения показал достаточно широкий охват опухоли 100%-ной изодозы, однако сопровождаемый излишним облучением прилегающей ткани. Точка нормировки, соответствующая пролеганию 100%-ной изодозной кривой, выбрана по краю видимой мишени. Кривая, соответствующая 90%-ной изодозе, охватывает достаточно большой объем не только очаговой, но и здоровой ткани. Кроме того, очевидно, что распределение дозы даже в пределах мишени неравномерно, так как в определенном объеме мишени наблюдается 110%-ная изодозная кривая, соответствующая дозе, на 10 % выше назначенной врачом.
Для оценки эффективности данной схемы с точки зрения минимизации облучения здоровых и приле-
гающих к опухоли тканей, не являющихся зоной субклинического распространения, было рассмотрено распределение доз в критических органах и тканях. С учетом локализации в качестве критических объектов выбраны зрачок и зрительный нерв правого и левого глаза.
Важным для учета лучевых реакций является контроль значений разовой очаговой дозы. Выбраны критические точки 1', 2', расположенные на глубине 0,5 см от поверхности кожи. Это расстояние соответствует максимуму ионизации для гамма-излучения со средней энергией фотонов 2,5 МэВ и, не являясь максимумом ионизации для рентгеновского излучения с энергией 6 МэВ, может служить соотнесенной с гамма-излучением характеристикой рентгеновского излучения в целях сравнения терапевтической эффективности этих излучений.
Для осуществления контроля в программной среде системы «Амфора» рассчитаны значения РОД в выбранных критических точках: 0,02 Гр — зрачок правого, 0,02 Гр — зрачок левого глаза; 0,02 Гр — зрительный нерв правого, 0,03 Гр — зрительный нерв левого глаза; доза на глубине 0,5 см от поверхности кожи: 0,93 Гр — в точке 1'; 1,34 Гр — в точке 2'. В точке максимума значение РОД составляет 3,51 Гр.
При планировании подвижного секторного облучения было рассчитано среднее распределение доз по объемам критических органов в процентном отношении: левый и правый глаза по 0,6 %, головной мозг — 26,1 %, объем тела (по совокупности всей выполненной КТ-серии снимков для данной локализации) — 17,3 %, объем опухоли (планируемый облучаемый объем) — 106,1 %.
Наблюдаемая неравномерность распределения дозы в пределах объема самой мишени (наличие значительных областей, охватываемых 110%-изо-дозой) и повышенная нагрузка на прилегающие ткани мозга стали причиной оптимизации метода облучения. Результатом явился альтернативный метод облучения в статическом режиме (источник неподвижен относительно пациента) с двух полей размерами 4 х 7 см, расположенных под углом 90° одно относительно другого, с применением формирующих клиньев (вольфрам, угол клина 60°). Выполненный по этим параметрам расчет изодозно-го распределения показал значительно более узкий, локализованный охват очаговой зоны 100 и 90%-ных изодозных кривых. При этом 70, 50 и 30%-ные изодозные кривые охватывали значительно меньшую область головного мозга, тем самым хорошо сочетаясь с требованием минимализации облучения здоровых тканей.
Значения точек интереса при статическом двухпольном облучении: 0,04 Гр — правый, 0,02 Гр — левый зрачки; 0,03 Гр — правый, 0,03 Гр — левый зрительный нерв; 1,42 Гр — входная доза первого поля (точка 1, соответствующая 1'), 1,57 Гр — входная доза второго поля (точка 2, соответствующая 2').
биотехносфера
| № 3(33)72014
Входные дозы полей — значения РОД в точках на глубине 0,5 см. В точке максимума значение РОД — 3,52 Гр.
Дозы в критических точках и точках максимума в результате моделирования обеих схем облучения практически совпали, однако статический метод показал некоторое повышение входных доз, что является особенностью, присущей данному методу.
Относительно облучаемых объемов тканей в статическом режиме по сравнению с ротационным достигнуто заметное снижение степени облучения объема головного мозга с 26,1 % до 20,5 %, общего объема тела с 17,3 % до 13,6 %. Степень облучения
планируемого объема опухоли увеличилась с 106,1 % при секторном подвижном методе до 106,9 % при статическом методе.
Таким образом, метод статического двухпольного облучения с клиньями показал равную подвижному методу процентную эффективность облучения мишени, более узкий и центрированный охват опухоли с равномерным распределением стопроцентной дозы по объему мишени (в отличие от секторного качания), снижение облучаемых объемов здоровых тканей и при этом приблизительно эквивалентные подвижному методы значения разовых поглощенных доз в критических органах.
УДК 51-77
А. А. Рахманина, ассистент,
О. М. Шикульская, д-р техн. наук, профессор, заведующая кафедрой, Астраханский государственный университет
Модель адаптивного
управления качеством реабилитации
детей с нарушениями ЦНС
Ключевые слова: информационная система, интегрированная оценка, дети с нарушениями цНС, метод многомерного шкалирования.
Keywords: information system, integrated assessment, children with disorders of Central nervous system, method of multidimensional scaling.
Рассматривается информационная система интегрированной оценки состояния детей с нарушениями ЦНС, основанная на методе многомерного шкалирования.
В настоящее время остро стоит проблема реабилитации инвалидов как в России, так и за рубежом. Количество больных с заболеваниями центральной нервной системы возрастает с каждым годом, выявляются новые разновидности болезней. Повышение качества оказания медицинской помощи и адаптации пациентов невозможно без анализа медицинских данных. Однако их разнородность значительно усложняет анализ. На сегодняшний день достаточно часто применяются математические методы для анализа данных в медицине. Сложность состоит в том, что в качестве медицинских данных в настоящее время используются показатели трех типов (количественные, качественные и булевы), а также
в отсутствие полученных закономерностей — взаимосвязи между ними. Поэтому для проведения анализа они нуждаются в предварительной обработке.
Одним из направлений такой обработки является метод многомерного математико-статистического моделирования, под которым понимается преобразование первичных эмпирических данных о сложной системе в строгие математико-статистические объекты, которые и предстают моделями реальных сложных медицинских систем, подлежащими исследованию. Однако такая возможность используется недостаточно. Чаще всего прибегают к одно-мерныем методам математико-статистического описания объектов исследования и к доказательствам статистической значимости различий производных величин (средних арифметических значений и частот) и законов распределения случайных величин. Лишь в малой части работ выводы базируются на многомерных методах обработки данных исследования, адекватных цели, задачам и материалам исследования. Несмотря на это, характер первичных
