CC BY
94
опыт работы онкологических учреждении
УДК: 616.5+615.849.12
малогабаритный бетатрон для тотального облучения всей поверхности кожи электронным пучком
дж. миллз1, г. Бо1, дж. маклеод2, в.л. чахлов3, о. хаас4, р. грив5
Отделение клинической физики и биоинжиниринга, Онкологический центр Ардена госпиталя университета Ковентри, г. Ковентри, Великобритания1 JME Engineering, электрон Хаус, г. Лоувестофт, Великобритания2 Институт интроскопии Томского политехнического университета, г. Томск, Россия3 Центр контроля применения теорий, Университет Ковентри, г. Ковентри, Великобритания4 Отделение радиотерапии, Госпиталь университета Ковентри, г. Ковентри, Великобритания5 University Hospital, Walsgrave, COVENTRY, UK, CV2 2DX, e-mail: [email protected] 634028, Россия, г. Томск, ул. Савиных, 7, e-mail: [email protected]
Создана и успешно применяется в клинической практике специализированная установка для тотальной электронной терапии кожи на базе малогабаритного бетатрона. В терапевтических целях используется энергия быстрых электронов равная 5 МэВ, что обеспечивает необходимое распределение дозы, при применении 4 косых полей. Распределение дозы сравнимо со стенфордской методикой ТЭТК. Курсовая доза - 24-30 Гр, полученные клинические результаты оказались успешными, с января 2006 г. лечение получили 14 больных, страдающих грибовидным микозом.
Ключевые слова: тотальная электронная терапия кожи, малогабаритный бетатрон, грибовидный микоз.
TOTAL SKIN ELECTRON BETATRON TREATMENT UNIT John Mills1, Gareth Baugh1, John Macleod2, Vladimir Chaklov3, Oliver Haas4, Robert Grieve5 Department of Clinical Physics and Bioengineering, University Hospital, Arden Cancer Center, Coventry, United Kindom1
JME Engineering Ltd, Electron House, Lowestoft2 Institute Introscopy, Tomsk Polytechnic University, Tomsk3 Control Theory Applications Centre, Coventry University, Coventry4 Radiotherapy Department, University Hospital, Coventry5 University Hospital, Walsgrave, COVENTRY, UK, CV2 2DX, e-mail: [email protected] 7, Savinykh Street, 634028-Tomsk, Russia e-mail: [email protected]
The compact betatron has been successfully used for the total skin electron therapy using the electron energy of 5 MeV and 4 oblique fields. The total dose is 24-30 Gy. The dose distribution is comparable to the Standard technique and all the clinical outcomes have been successful. Since January, 2006, 14 patients with mucosis fungoides have been treated with this technique.
Key words: total skin electron therapy, compact betatron, mycosis fungoides.
Тотальная электронная терапия кожи (ТЭТК) является широко признанным методом лечения грибовидного микоза. Методика рассчитана на облучение поверхностного слоя кожи глубиной до 5 мм с дополнительным использованием локального лучевого воздействия на отдельные очаги с более глубоким распространением в дерме, а также патологических областей, получивших малую дозу облучения. Были предприняты попытки лечения
различных кожных заболеваний с помощью малогабаритного бетатрона, но наибольший успех получен при терапии грибовидного микоза.
Методологически при ТЭТК применяют пучки электронов, позволяющие добиться необходимого охвата поверхности кожи пациента с достаточной степенью проникновения. Это неизбежно приводит к неравномерности дозы на поверхности кожи пациента, а также к из-
менению характеристик пучка. Тем не менее, несмотря на эти недостатки, методика получила широкое применение. Существующие способы ТЭТК основываются на использовании линейных ускорителей, с расстоянием между источником и поверхностью более 2 м. Первоначальная методика Стенфорда предполагает 6 положений пациента и 12 полей облучения. Она широко применяется с небольшими модификациями, обычно включающими деградацию пучка с помощью листа полиметилметакрилата для уменьшения энергии. Кроме того, предложена методика совмещения дугообразного пучка и неоднородного поля, которая может быть адаптирована к разновидностям кожного заболевания. Кроме того, для создания очень равномерного распределения дозы по телу пациента применяют установку, позволяющую вращать пациента во время сеанса лечения. В госпитале Кристи в Манчестере пациенты получают тотальную электронную терапию, лежа на кушетке. Все остальные методики на основе стенфордской вынуждают пациента стоять в течение определенного времени, что для некоторых больных может представлять сложность.
Малогабаритный медицинский бетатрон имеет ускоритель, который может поступательно перемещаться относительно больного. Данная статья описывает методику ТЭТК, разработанную в Ковентри.
1. Бетатрон
Малогабаритный медицинский бетатрон с энергией электронов 10 МэВ был поставлен компанией JME Ltd г. Лоувестофта, Великобритания. Аппарат был создан Институтом интроскопии Томского политехнического университета (Россия). Изначально ускоритель был поставлен для интраоперационного применения в Госпитале Святого Бартоломея в Лондоне, однако по непредвиденным причинам он никогда не использовался для этой цели. При установке энергии 10 МэВ машина создавала мощность дозы в 200 сГр/мин на расстоянии 1 м от источника и могла обеспечить размеры плоского поля до 20х20 см2. Энергия пучка на поверхности кожи пациента была 8,5 МэВ. Компания JME Ltd предоставила малогабаритный бетатрон в госпиталь Ковентри в 1998 г. для доработки и
выполнения электронной терапии поверхности кожи.
В Ковентри было установлено, что для применения методики ТЭТК у больных с поражением кожи требуемая энергия должна быть примерно равна 5 МэВ. Это обеспечивает необходимое распределение дозы быстрых электронов при применении 4 косых полей вокруг тела пациента (рис. 1). При использовании методики ТЭТК, для сокращения времени лечения, возникают две противоречащие задачи. Во-первых, нужно увеличить до максимума размер поля облучения, во-вторых, мощность дозы. Противоречие заключается в том, что решение первой проблемы требует максимума дистанции от источника до пациента, тогда как для второй - необходимо уменьшение этого расстояния. Размер поля был увеличен за счет введения системы рассеивания электронов. Однако это потребовало очень тщательного планирования, чтобы максимизировать разброс пучка, а следовательно, увеличить размер поля облучения и в то же время уменьшить потери мощности дозы.
Наконец, после основательной работы был найден компромисс, включающий систему рассеивания, энергию пучка, начальную мощность дозы, расстояние от источника до пациента и объем облучаемой площади кожи пациента. Специально для этого в Томске была настроена машина для обеспечения требуемой энергии 5 МэВ с максимальной мощностью
Беат 1 Веат 2
/-Ід
Beam 4 Beam З
Рис. 1. Конфигурация пучков электронов, используемых при методике ТВПО в Ковентри
дозы. Конечная мощность дозы на поверхности кожи пациента составила 500 сГр/мин. Блок управления и операционная система бетатрона были спроектированы Институтом интроскопии в соответствии с требованиями документа IEC60601-2-1: 1998 Международной электротехнической Комиссии.
В 2009 г. компанией JNE была поставлена и установлена новая ускорительная камера. После замены и настройки ускорителя была изменена система наведения и восстановления первоначальных характеристик пучка. Это был первый случай замены трубки в бетатроне с момента его поставки в 1998 г.
2. Платформа (Gantry)
и система перемещения
Система поддержки платформы с крановым механизмом была разработана и построена представителями фирмы Роллс Ройса (промышленной и морской). Этот вклад явился огромным преимуществом проекта, а также предоставил молодым инженерам и техникам возможность реализовать себя в интересной области. Первоначальный план показан на рис. 2, а строящаяся платформа - на рис. 3.
Система перемещения, на которой помещался бетатрон, двигалась с помощью зубчатой ленты, приводимой в движение шаговым двигателем. Шаговый двигатель управлялся системой контроллера TrioMotion, программируемой с компьютера. Программу для оператора разработал Центр контроля применения теорий Университета Ковентри. Главное внимание уделялось безопасности лечения пациента, и программное обеспечение всегда создавалось с учетом этого момента. В систему была встроена блокировка для того, чтобы машина могла использоваться для физических и инженерных испытаний, без полного движения установки. Система блокировки была построена при взаимодействии с программой контроллера, чтобы при лечении она могла использоваться только при движении системы перемещения.
3. Блокировки безопасности
Безопасность пациента рассматривалась в тесной связи с разработкой программы для оператора, и с этой целью было внедрено устройство сигнализации о непредвиденных
Рис. 2. Проект платформы и системы перемещения
Рис. 3. Создание платформы и системы перемещения
ситуациях. Тем не менее дополнительно была создана независимая встроенная блокировка безопасности для защиты пациента при выходе из строя бетатрона. Были предусмотрены два режима неисправностей: остановка аппарата при продолжающемся облучении пациента и прекращение облучения при движущемся аппарате. Из дискретных компонентов была создана независимая система детектирования, которая постоянно осуществляла контроль за движением и излучением. При возникновении какого-либо режима неисправности или обоих сразу система прерывала лечение. Прерывание лечения требовало от оператора немедленных действий, а именно разобраться в проблеме и продолжить лечение, если это не представляло опасности.
Рис. 4. Фантом для оценки проникновения дозы по пациенту
4. Шум
Во время облучения бетатрон создавал сильный шум, его величина, по результатам измерений, выполненных службой по мониторингу за уровнем шумов и вибраций в конструкторском центре Jaguar Cars, достигала 84 ДбА. Оперируя полученными данными, Jaguar спроектировал и создал шумоподавляющий корпус, который позволил уменьшить уровень шума до 69 ДбА, что соответствует требованиям для стандартной промышленной радиотерапевтической установки и равняется 65 ДбА. Это был значительный вклад в проект, который улучшил условия лечения для пациентов.
5. Характеристики дозы
В прошлом в Ковентри проводились измерения распределения дозы при использовании ТЭТК на линейном ускорителе у больных с поражением кожных покровов. Вариация степени распределения дозы в теле пациента всегда представляет особый интерес. На рис. 4 показан фантом, который использовался для оценки распределения дозы. Данная методика позволяет проводить измерения в нескольких положениях вокруг фантома для всего процесса лечения.
Распределение поглощенной дозы показано на рис. 5, а для сравнения на рис. 6 представлено распределение дозы по стандартнаой стенфордской методике. Можно увидеть, что стенфордская методика обеспечивает более подходящую глубину проникновения поглощенной дозы. Это происходит благодаря большей интенсивности облучаемого поля, которой можно добиться при более высокой выходной мощности бетатрона.
140
0 5 10 15 20 25 30 35
Depth (mm)
Рис. 5. Распределение поглощенной дозы электронного пучка
140
0 5 10 15 20 25 30 35
Depth (mm)
Рис. 6. Распределение поглощенной дозы по стенфордской методике
Рис. 7. Лечение первого пациента на установке для ТЭТК
Рис. 8. Процедурная для проведения тотальной электронной терапии кожи в Ковентри
6. Лечение пациентов
Бетатронная установка для ТЭТК была закончена, и первый пациент пролечен 19 февраля 2004 г. (рис. 7). Лечение было проведено в тот период времени, когда возникли планы по переносу Онкологического центра в новую больницу. После того как тотальную электронную терапию получили еще 5 пациентов, в 2005 г. установку разобрали, перевезли и реинсталлировали в новом Онкологическом центре в Ковентри. Переезд дал возможность модернизировать некоторые детали помещения (рис. 8). После реинсталляции бетатрона были вновь измерены характеристики пучка, эти показатели оказались
идентичными исходным значениям до переезда, что не потребовало дополнительной настройки излучателя.
В Ковентри лечение было возобновлено в январе 2006 г., с тех пор терапию получили еще 14 больных. В каждом случае проводились измерения дозы на поверхности тела больного, курсовая доза составляла 24 Гр в трех фракциях. Для полного охвата пациента обрабатывалось четыре квадранта (рис. 1). Лечение проводилось 4 раза в неделю, во время каждого сеанса облучался новый квадрант. С июня 2007 г. при проведении ТЭТК мы руководствовались предписанием UK Lymphoma Group о величине суммарной дозы, равной 30 Гр за 20 фракций в 5 нед. За каждый сеанс облучалась вся поверхность тела пациента. Однако это увеличило общее время лечения на две недели.
На протяжении всего лечения согласно регламенту пациентам надевалась защита на глаза и ногтевое ложе. Однако в дополнение к этому было принято решение о защите других областей. Например, в Ковентри высокая доза сбоку от пациента снижается за счет использования специальной свинцовой защиты в последнюю неделю лечения.
7. Заключение
Таким образом, малогабаритный бетатрон успешно эксплуатируется в составе специализированной установки для ТЭТК. Имеется возможность для улучшения равномерности распределения дозы на бетатроне на 5 МэВ с большей мощностью дозы. Специальное размещение данной установки позволяет продолжать стандартное лечение на линейных ускорителях без прерывания ТВПО, и это обеспечивает постоянный поток пациентов. Распределение дозы сравнимо со стенфордской методикой, и все клинические результаты оказались успешными. Бетатрон зарекомендовал себя как надежный ускоритель, обеспечивающий требуемую дозу и характеристики пучка с минимальными настройками.
Поступила 31.03.10
