CC BY
13
УДК 616-08-035
doi: 10.21685/2072-3032-2023-2-4
Особенности планирования лучевой терапии при злокачественных опухолях органов малого таза у пациентов с эндопротезированием тазобедренных суставов
Р. А. Чернобай1, И. В. Горган2, А. Е. Майоров3, П. И. Скопин4, Ю. А. Скопина5
1,2'3Д5Национальный исследовательский Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарева, Саранск, Россия
1cherain@yandex.ru, 2irina.gorgan@yandex.ru, 3sasha.mayorow@yandex.ru, 4skopinpi@mail.ru, 5skopina@bk.ru
Аннотация. Актуальность и цели. Цель исследования: оценить различные виды планирования лучевой терапии при раке прямой кишки у пациента с ранее протезированным тазобедренным суставом. Материалы и методы. В настоящем анализе клинического случая для сравнения качества подведения и распределения дозы облучения при лучевой терапии использовались четыре индивидуальных плана, выполненные в различных методиках на основе РКТ-топометрических данных пациента с эн-допротезированным тазобедренным суставом и опухолью прямой кишки. В оценке использовался расчет по запланированному объему облучения (Planning Target Volume - PTV), который включал в себя прямую кишку, параректальную и преса-кральную клетчатку, а также внутренние подвздошные лимфоузлы. Результаты. Наихудшее качество дозы показал конвенциальный 2D-план лучевой терапии. Все многопольные режимы показали достаточное распределение дозы в запланированном объеме, высокую степень гомогенности и конформности, отмечается более высокая интегральная (объемная) доза на эндопротез. 3D-конформная лучевая терапия и IMRT показали схожие результаты, наилучшие показатели отмечаются в VMAT-плане. Выводы. При необходимости проведения лучевой терапии на органы малого таза у пациентов с наличием тазобедренного протеза предпочтительной является современная технология VMAT, как альтернатива - IMRT или 3D-конформная лучевая терапия.
Ключевые слова: лучевая терапия, план лечения, рак прямой кишки, коморбид-ность, эндопротезирование суставов, органы риска, клинический случай Для цитирования: Чернобай Р. А., Горган И. В., Майоров А. Е., Скопин П. И., Скопина Ю. А. Особенности планирования лучевой терапии при злокачественных опухолях органов малого таза у пациентов с эндопротезированием тазобедренных суставов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки. 2023. № 2. С. 30-38. doi: 10.21685/2072-3032-2023-2-4
Features of radiotherapy planning on pelvic organs cancer in patiens with hip joint endoproshetics
R.A. Chernobay1, I.V. Gorgan2, A.E. Mayorov3, P.I. Skopin4, Yu.A. Skopina5
i,2,3A5Ogarev Mordovia State University, Saransk, Russia
1cherain@yandex.ru, 2irina.gorgan@yandex.ru, 3sasha.mayorow@yandex.ru, 4skopinpi@mail.ru, 5skopina@bk.ru
© Чернобай Р. А., Горган И. В., Майоров А. Е., Скопин П. И., Скопина Ю. А., 2023. Контент доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 License / This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.
Abstract. Background. The purpose of the study is to evaluate different types of radiation therapy planning for rectal cancer in a patient with a previously prosthetic hip joint. Material and methods. In the present study, to compare the quality of delivery and distribution of the radiation dose during radiation therapy, four individual plans were used, performed in various methods on the basis of CT-topometric data of a patient with an arthroplasty of the hip joint and a tumor of the rectum. The evaluation used the calculation of the planned volume of exposure (Planning Target Volume - PTV), which included the rectum, pararectal and presacral tissue, as well as internal iliac lymph nodes. Results. The worst dose quality was shown by the conventional 2D radiotherapy plan. All multifield modes showed sufficient dose distribution in the planned volume, a high degree of homogeneity and conformity, a higher integral (volume) dose per endoprosthesis was noted. 3D conformal radiotherapy and IMRT showed similar results, the best results are noted in the VMAT plan. Conclusion. According to the results of our analysis, if radiotherapy to the pelvic organs is required in patients with a hip prosthesis, VMAT technology is preferable, and in its absence, IMRT or 3D-conformal radiotherapy.
Keywords: radiation therapy, treatment plan, rectal cancer, comorbidity, joint replacement, risk organs, clinical case
For citation: Chernobay R.A., Gorgan I.V., Mayorov A.E., Skopin P.I., Skopina Yu.A. Features of radiotherapy planning on pelvic organs cancer in patiens with hip joint endo-proshetics. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Povolzhskiy region. Meditsinskie nauki = University proceedings. Volga region. Medical sciences. 2023;(2):30-38. (In Russ.). doi: 10.21685/2072-3032-2023-2-4
Введение
Значимое место в проведении лучевой терапии злокачественных новообразований занимает ее планирование, т.е. определение объема мишени (опухоль, зоны регионарного лимфооттока) и органов риска для расчета оптимального подведения дозы облучения. В 1980-е гг. с внедрением в практику компьютерной томографии в планировании лучевой терапии произошел переход от конвенциальной (2D) к конформной (3D) терапии, которая позволила точно определять направление пучка излучения на определяемую мишень с учетом ее формы и положения относительно здоровых тканей.
Еще более тонкую настройку лечения смогла предложить актуальная до наших дней технология Intensity-modulated radiation therapy (IMRT), которая стала возможна благодаря изобретению многолепестковых коллиматоров A. Brahme в 1987 г. Это устройство позволило изменять интенсивность излучения непосредственно в момент сеанса облучения, что открыло возможности для еще более точного распределении дозы на мишени, а также обеспечить безопасность органов риска для профилактики нежелательных побочных явлений. В 2007 г. был представлен дополненный метод с использованием вращающейся гантри, получивший название Volume-modulated arc therapy (VMAT) [1, 2].
Особое внимание привлекает планирование лучевой терапии у тех пациентов, которые имеют сопутствующую патологию, оказывающую влияние как на переносимость лечения, так и на качество его проведения. Это могут быть эндопротезы тазобедренных суставов у больных, получающих лучевое лечение при злокачественных новообразованиях малого таза [3], имплантированные электронные кардиоустройства при проведении лучевой терапии на органы грудной клетки [4], импланты молочных желез (что возможно в случае предшествующего хирургического лечения с немедленной реконструкцией), стоматологические вмешательства в виде протезирования зубов.
Головка и шейка бедренной кости являются одними из традиционно принятых органов риска, которые учитываются при расчете распределения дозы в плане облучения. Повышенные риски возникновения отдаленных последствий лечения, таких как асептический некроз кости, отмечаются при облучении малого таза после проведенной замены сустава, и в обратных случаях, когда замену сустава проводили после облучения (до 50 % в течение 5 лет) [5]. Помимо вышеописанного, за счет свойств материала, из которого изготовлен протез, он вызывает артефакты на использующихся для планирования изображениях при компьютерной томографии, а также отражает от себя излучение во время сеанса терапии, тем самым повышая дозу на смежные органы риска, такие как прямая кишка, мочевой пузырь [6].
В Республике Мордовия за 2021 г. было проведено около 420 операций по эндопротезированию тазобедренных суставов, и с каждый годом число пациентов, нуждающихся в данном виде медицинской помощи, возрастает. В большинстве случаев для проведения данной операции используются эн-допротезы американской фирмы Zimmer. Для своих изделий фирма использует биосовместимые материалы, такие как титан, кобальт-хромовые сплавы Metasul, керамический материал BILOX, полиэтилен и Trabecular Metal®. Материал Trabecular Metal® создан на основе металла тантал и имеет пространственную структуру, сходную по конфигурации с трабекулярной костью. Пористость данного материала достигает 80 % и соответствует природной костной ткани, что увеличивает скорость прорастания тканей по сравнению с кортикальными аллотрасплантатами.
Материалы и методы
В настоящем анализе клинического случая для сравнения качества подведения и распределения дозы облучения при лучевой терапии использовались четыре индивидуальных плана, выполненные в различных методиках на основе рентгеновской компьютерной томографии топометрических данных пациента с эндопротезированным тазобедренным суставом и опухолью прямой кишки.
Анамнез заболевания. Пациент Н., 77 лет, считает себя больным с лета 2021 г., когда отметил появление примеси алой крови и кровяных сгустков в кале. При фиброколоноскопии по месту жительства от 24.08.2021 выявлено эк-зофитное опухолевидное образование нижнеампулярного отдела прямой кишки. Гистологически верифицирована (темноклеточная аденокарцинома G2).
Дообследован в ГБУЗ РМ «Республиканский онкологический диспансер» в сентябре 2021 г. При ректальном осмотре ампулы на 6 см на границе задней и правой боковой стенки определяется экзофитная опухоль, верхний полюс достигается на 8-9 см. Также проведена повторная фиброколоноско-пия от 28.09.2021: в нижнеампулярном отделе прямой кишки по правой боковой стенке определяется экзофитное образование блюдцеобразной формы с изъязвлением в центре. Нижний край данного образования располагается на 2 см от внутренней части анального канала, верхний край - на 6 см от внутренней части анального канала. Поверхность данного образования гипереми-рована, микрорельеф разрушен, сосудистый рисунок нерегулярный - эндоскопическая картина данного образования соответствует заключению гистологии (умереннодифференцированная темноклеточная аденокарцинома). Остальная слизистая толстой кишки розовая, сосудистый рисунок четкий.
Проведена компьютерная томография органов грудной клетки, брюшной полости и малого таза 24.09.2021: прозрачность паренхимы легких не изменена, нижне-медиальные отделы правого легкого с фиброзной тяжисто-стью. Корни не расширены, структурные. Внутригрудные, периферические, забрюшинные лимфоузлы не увеличены. Паховые лимфоузлы слева до 7,9 х 9,5 мм, справа до 9,2 х 5,9 мм.
Органы малого таза четко не визуализируются из-за артефактов от эн-допротеза левого тазобедренного сустава. Предстательная железа не увеличена, неоднородной структуры за счет кальцинатов. Мочевой пузырь умеренного наполнения, стенка не утолщена, содержимое гомогенное. В просвете нижнеампулярного отдела прямой кишки определяется экзофитное образование размером 33,1 х 17,7 х 28,7 мм с четкими, ровными контурами, деформирующее и суживающее просвет нижнеампулярного отдела прямой кишки. Окружающая параректальная и пресакральная клетчатка четко не визуализируется из-за массивных артефактов. В позвоночнике умеренно выраженные дегенеративно-дистрофические изменения. Кости таза без деструктивных изменений. Головка левой бедренной кости с кистовидной перестройкой, размеры кист до 10,0 х 9,5 мм.
Консилиумом онкологов от 04.10.2021 выставлен основной диагноз: рак нижнеампулярного отдела прямой кишки II степени ^T2N0M0), II кл.гр. Сопутствующий диагноз: состояние после эндопротезирования левого тазобедренного сустава в 2011 г.
Рекомендовано: химиолучевое лечение (предоперационный курс дистанционной литотрипсии с радиомодификацией капецитабином) + 3 курса XELOX + брюшно-промежностная экстирпация.
Планы лечения рассчитаны на планирующей системе Eclipse для лучевых ускорителей Varían Clinac IX и Varían Halcyon, энергия излучения 6 МэВ, проведена дозиметрическая верификация. В оценке используется расчет по запланированному объему облучения (Planning Target Volume - PTV), которое включает в себя прямую кишку, параректальную и пресакральную клетчатку, внутренние подвздошные лимфоузлы с супероксиддисмутазой (СОД) = 46 Гр в режиме классического фракционирования.
В настоящем анализе задействованы планы со следующими параметрами:
1) 2D-конвенциальное облучение с двух полей размером 16 х 18,5 см, угол наклона гантри 0° и 180°, коллиматор 0°;
2) 3D-конформное облучение с четырех полей размерами: 18,2 х 18,9 см; 16,4 х 19,4 см; 17,4 х 18,9 см; 16,2 х 19,4 см, углы наклона гантри: 0°, 90°, 180° и 270° соответственно, коллиматор 0°;
3) IMRT с четырех полей в статике + MLC Dynamic, размерами: 18,3 х 18,6 см; 17,8 х 18,8 см; 18,5 х 18,3 см; 17,9 х 18,6 см, углы наклона гантри: 325,3°, 238,9°, 142,3° и 42,2° соответственно, коллиматор 0°;
4) VMAT облучение с трех арок, 19,7 х 19,8 см CW (движение по часовой стрелке); 19,7 х 19,8 см CCW (движение против часовой стрелки); 19,7 х 19,3 см CW; коллиматор 30°, 330°, 10° соответственно.
Для оценки качества выполненного плана используются следующие показатели:
1) доля от планируемого объема облучения, которая получила как минимум 95 % от предписанной дозы (V95 %);
2) максимальная определяемая доза в ткани, «горячие точки» фтах);
3) индекс гомогенности (ИГ, Н1) - отношение разницы между дозами, полученными 5 и 95 % планируемого объема мишени, к дозе, которая была получена 50 % планируемого объема. Чем меньше индекс, тем распределение дозы в объеме более однородное;
4) индекс конформности (ИК, С1) - отношение объема по запланированной изодозе (95 %) к планируемому объему мишени. Чем выше конформность распределения дозы, тем значение индекса ближе к 1;
5) оценка размера поглощенной дозы в органах риска на примере мочевого пузыря (минимальная в долях от объема органа У15, У35, У50) и на эндопротезе тазобедеренного сустава (У15 и У50).
Результаты и обсуждение
После дозиметрической верификации плана были рассчитаны все необходимые показатели, которые приведены в табл. 1, 2.
Таблица 1
Сравнительные показатели качества планов лучевой терапии по распределению поглощенной дозы в планируемом объеме мишени
У95 % Бтах ИГ ИК
2D-план 92 % 119,9 % 0,096 3,5
3D-план 99 % 108,1 % 0,076 1,39
IMRT 96 % 109,0 % 0,077 1,21
VMAT 100 % 103,4 % 0,031 1,13
Таблица 2
Сравнительные показатели качества планов лучевой терапии по распределению поглощенной дозы в органах-мишенях
Мочевой пузырь Эндопротез
У15 %, Гр У35 %, Гр У50 %, Гр У15 %, Гр У50 %, Гр
2D-план 50,0 48,9 48,3 7,8 3,0
3D-план 46,1 45,8 44,9 32,9 30,3
IMRT 44,2 42,7 40,9 29,8 12,7
VMAT 45,9 45,3 37,8 19,7 11,0
Примечание. Оценка размера поглощенной дозы в органах риска на примере мочевого пузыря (минимальная в долях от объема органа У15, У35, У50) и на эндо-протез тазобедеренного сустава (У15 и У50).
Наихудшее качество дозы показал конвенциальный 2D-план лучевой терапии при удовлетворительном показателе распределения 95 % изодозы в объеме (92 %), отмечен высокий уровень максимальной достигнутой дозы в ткани (119,9 % или 55,2 Гр). В передней брюшной стенке определяется объем мягких тканей в размере 898 см3, который по плану получает 110 % от запланированной дозы (рис. 1). Индекс гомогенности составляет 0,096, индекс конформности - 3,5, что является неудовлетворительным результатом. Также отмечается наибольшее распределение поглощенной дозы в мочевом пузыре, наименьшее - в эндопротезе левого тазобедренного сустава.
5%
Рис. 1. Распределение дозы при 2D-raaH^OBa™^ «Горячей зоной» обозначен объем тканей, получивший более 110 % от запланированной дозы
(PTV - planning target volume, планируемый объем облучения)
Все многопольные режимы показали достаточное распределение дозы в запланированном объеме, высокую степень гомогенности и конформности, отмечается более высокая интегральная (объемная) доза на эндопротез. 3Б-конформная лучевая терапия и IMRT показали схожие результаты (ИГ 0,076 и 0,077 соответственно, ИК 1,39 и 1,21 соответственно). Наилучшие показатели отмечаются в VMAT-плане (рис. 2) (ИГ 0,031, ИК 1,13, V15 % = 19,73 Гр, V50 % = 11,02 Гр).
Рис. 2. Распределение дозы при использовании метода VMAT
Сравнение распределения поглощенной дозы на эндопротез в графическом виде представлено на рис. 3.
Рис. 3. Гистограммы распределения дозы в объеме эндопротеза для различных планов лучевой терапии
Интегральные дозы на органы во всех планах соответствуют стандартам QUANTEC по профилактике поздних лучевых осложнений в здоровых тканях [7].
Наиболее оптимальным планом лечения для данного пациента был выбран VMAT, проведен курс дистанционной лучевой терапии с СОД = 46 Гр на опухоль и зону регионарного лимфоттока с последующим бустом с СОД = 4 Гр в режиме классического фракционирования. Лечение перенесено удовлетворительно, пациент был выписан, для коррекции лучевых реакций назначены ме-тилурациловые суппозитории по 1 шт. на ночь per rectum в течение 10 дней.
Первый курс паллиативной химиотерапии по схеме XELOX согласно решению консилиума проведен 06.12.2021, химиотерапию перенес удовлетворительно. На дальнейшее лечение не явился, повторная явка летом 2022 г. с прежними жалобами. От дальнейшего лечения больной категорически отказывается, показано динамическое наблюдение.
Заключение
Лучевая терапия остается одним из наиболее важных методов лечения в онкологии, обеспечивая местный и регионарный контроль в рамках радикального лечения, а также предлагая варианты для симптоматического и паллиативного лечения. При необходимости проведения лучевой терапии на органы малого таза у пациентов с наличием тазобедренного протеза предпочтительной является современная технология VMAT, как альтернатива, в ее отсутствие - IMRT или 3D-конформная лучевая терапия.
Список литературы
1. Martins P. N. A brief history about radiotherapy // International Journal of Latest Research in Engineering and Technology. 2018. Vol. 4. P. 8-11. doi:10.5281/zenodo.3824294
2. Cho B. Intensity-modulated radiation therapy: a review with a physics perspective // Radiation oncology journal. 2018. Vol. 36 (1). P. 1-10. doi: 10.3857/roj.2018.00122
3. Klopp A. H., Yeung A. R., Gil K. [et al.]. Patient-reported toxicity during pelvic intensity-modulated radiation therapy: NRG Oncology-RTOG 1203 // Journal of Clinical Oncology. 2018. Vol. 36 (24). P. 2538-2544. doi:10.1200/JC0.2017.77.4273
4. Курзюкова А., Одложиликова А., Сэпши М., Поспишил Д., Шлампа П. Влияние лучевой терапии на имплантируемые электронные кардиоустройства при фракционном облучении до 200 гр // Физика. Технологии. Инновации : сб. материалов III Междунар. молодежной науч. конф. (Екатеринбург, 16-20 мая 2016 г.). Екатеринбург, 2016. С. 47-50.
5. Novikov D., Cohen D. A., Swanson D. R. [et al.]. A meta-analysis of outcomes in total hip arthroplasty recipients following pelvic irradiation // The Journal of arthroplasty. 2019. Vol. 34 (7). P. 1546-1552. doi: 10.1016/j.arth.2019.02.047
6. Ng W. L., Brunt J., Temple S. [et al.]. Volumetric modulated arc therapy in prostate cancer patients with metallic hip prostheses in a UK centre // Reports of practical Oncology and Radiotherapy. 2015. Vol. 20 (4). P. 273-277. doi: 10.1016/j.rpor.2015.03.006
7. Bentzen S. M., Constine L. S., Deasy J. O. [et al.]. Quantitative Analyses of Normal Tissue Effects in the Clinic (QUANTEC): an introduction to the scientific issues // International Journal of Radiation Oncology* Biology* Physics. 2010. Vol. 76 (3). P. 3-9. doi: 10.1016/j.ijrobp.2009.09.040
1. Martins P.N. A brief history about radiotherapy. International Journal of Latest Research in Engineering and Technology. 2018;4:8-11. Available at: https://www.researchgate. net/profile/Paulo-Martins-18/pubhcation/329802870_A_brief_Mstory_about_radiotherapy doi:10.5281/zenodo.3824294
2. Cho B. Intensity-modulated radiation therapy: a review with a physics perspective. Radiation oncology journal. 2018;36(1):1-10. doi: 10.3857/roj.2018.00122
3. Klopp A.H. et al. Patient-reported toxicity during pelvic intensity-modulated radiation therapy: NRG Oncology-RTOG 1203. Journal of Clinical Oncology. 2018 Aug 20;36(24):2538-2544. doi: 10.1200/Jc0.2017.77.4273
4. Kurzyukova A., Odlozhilikova A., Sepshi M., Pospishil D., Shlampa P. The effect of radiation therapy on implantable electronic cardiac devices with fractional irradiation up to 200 g. Fizika. Tekhnologii. Innovatsii: sb. Materialov III Mezhdunar. molodezhnoy nauch. konf. (Ekaterinburg, 16-20 maya 2016 g.) = Physics. Technologies. Innovation: proceedings of the 3rd International youth scientific conference (Ekaterinburg, May 1620, 2016). Ekaterinburg, 2016:47-50. (In Russ.)
5. Novikov D., Cohen D.A., Swanson D.R. et al. A meta-analysis of outcomes in total hip arthroplasty recipients following pelvic irradiation. The Journal of arthroplasty. 2019 Jul;34(7):1546-1552. doi: 10.1016/j.arth.2019.02.047
6. Ng W.L., Brunt J., Temple S. et al. Volumetric modulated arc therapy in prostate cancer patients with metallic hip prostheses in a UK centre. Reports of practical Oncology and Radiotherapy. 2015;20(4):273-277. doi: 10.1016/j.rpor.2015.03.006
7. Bentzen S.M., Constine L.S., Deasy J.O. et al. Quantitative Analyses of Normal Tissue Effects in the Clinic (QUANTEC): an introduction to the scientific issues. International Journal of Radiation Oncology* Biology* Physics. 2010;76(3):3-9. doi: 10.1016/j.ijrobp.2009.09.040
References
Информация об авторах / Information about the authors
Роман Александрович Чернобай аспирант, Медицинский институт, Национальный исследовательский Мордовский государственный
Roman A. Chernobay
Postgraduate student, Medical Institute,
Ogarev Mordovia State University
(68 Bolshevistskaya street, Saransk, Russia)
университет имени Н. П. Огарева (Россия, г. Саранск,
ул. Большевистская, б8)
E-mail: cherain@yandex.ru
Ирина Владимировна Горган инженер-исследователь кафедры онкологии с курсом лучевой диагностики и лучевой терапии, Медицинский институт, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарева (Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, 68)
E-mail: irina.gorgan@yandex.ru
Александр Евгеньевич Майоров клинический ординатор кафедры онкологии с курсом лучевой диагностики и лучевой терапии, Медицинский институт, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарева (Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, 68)
E-mail: sasha.mayorow@yandex.ru
Павел Игоревич Скопин
доктор медицинских наук, профессор, доцент кафедры онкологии с курсом лучевой диагностики и лучевой терапии, Медицинский институт, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарева (Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, 68)
E-mail: skopinpi@mail.ru
Юлия Алексеевна Скопина кандидат медицинских наук, доцент кафедры амбулаторно-поликлинической терапии, Медицинский институт, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарева (Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, 68)
E-mail: skopina@bk.ru
Irina V. Gorgan
Research engineer of the sub-department of oncology with a course of radiation diagnostics and radiation therapy, Medical Institute, Ogarev Mordovia State University (68 Bolshevistskaya street, Saransk, Russia)
Aleksandr E. Mayorov Clinical resident of the sub-department of oncology with a course of radiation diagnostics and radiation therapy, Medical Institute, Ogarev Mordovia State University (68 Bolshevistskaya street, Saransk, Russia)
Pavel I. Skopin
Doctor of medical sciences, professor, associate professor of the sub-department of oncology with a course of radiation diagnostics and radiation therapy, Medical Institute, Ogarev Mordovia State University (68 Bolshevistskaya street, Saransk, Russia)
Yuliya A. Skopina
Candidate of medical sciences, associate professor of the sub-department of outpatient and polyclinic therapy, Medical Institute, Ogarev Mordovia State University (68 Bolshevistskaya street, Saransk, Russia)
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов / The authors declare no conflicts of interests.
Поступила в редакцию / Received 05.12.2022
Поступила после рецензирования и доработки / Revised 02.03.2023 Принята к публикации / Accepted 19.04.2023
