Т а б л и ц а и с х о д н ы х д а н н ы х

В В Е Д Е Н И Е

Одной из областей человеческой деятельности, в которой широко применяются источники ионизирующих излучений, является медицина. Ионизирующие излучения используются в медицине для диагностики и терапии различных заболеваний. Например, лучевая терапия служит методом лечения у ~75 % больных со злокачественными новообразованиями.

В лучевой терапии используют различные виды ионизирующих излучений: рентгеновское и гамма – излучение, электроны, нейтроны, а также тяжелые заряженные частицы. Выбор того или иного типа излучения проводят с учетом различных факторов. Например, необходимо учитывать характер радиобиологического воздействия выбранного типа излучения на опухолевые и нормальные клетки: нейтроны и тяжелые заряженные частицы эффективнее, чем электроны и фотоны, воздействуют на гипоксические клетки, то – есть на клетки, слабо насыщенные кислородом.

Применяемый тип излучения в каждом конкретном случае должен обеспечить возможность формирования оптимального пространственного распределения поглощенной дозы в области опухолевого очага. С этой точки зрения для радиационного воздействия на поверхностные и неглубоко расположенные новообразования предпочтение отдают рентгеновскому излучению с энергией до 100 кэВ и пучкам быстрых моноэнергетических электронов с энергией до 10 МэВ. Применение моноэнергетических электронных пучков в таких случаях особенно благоприятно. Высокое абсолютное значение градиента дозы на границе опухолевого очага и конечный пробег электронов обеспечивают максимальное поражение опухолевых клеток и предотвращают облучение здоровых тканей, находящихся по ходу пучка за опухолью. Гамма – излучение и высокоэнергетическое тормозное излучение ускорителей используют для воздействия на глубоко расположенные опухоли.

Из всех перечисленных типов излучений в отечественной онкологии в настоящее время чаще других применяется гамма – излучение радионуклида ⁶⁰Co. Радионуклид ⁶⁰Co служит источником излучения в нескольких разновидностях гамма - терапевтических аппаратов. Аппараты АГАТ - Р, АГАТ - С, РОКУС применяются для дистанционной, а модификации аппарата АГАТ - В – для внутриполостной терапии злокачественных опухолей.

Облучение опухолей в дистанционной гамма – терапии по отношению к взаимному расположению источника излучения и пациента может быть ротационным и статическим. При ротационном облучении источник перемещается по дуге окружности, центр которой совпадает с центром опухолевого очага или находится близко от него. Поскольку тело человека имеет сложную форму, а радиус вращения постоянен, то в процессе сеанса ротационного облучения расстояние между источником и облучаемой поверхностью тела (РИП) изменяется. При статическом облучении источник во время сеанса терапии не изменяет своего положения относительно тела пациента. Для того, чтобы при подведении необходимой дозы к опухоли уменьшить лучевую нагрузку на кожу, статическое облучение ведут с нескольких направлений (полей). При переходе от одного направления к другому РИП изменяется, если облучение ведут на гамма – аппарате РОКУС, и остается постоянным, если применяют гамма – аппарат АГАТ – С.

Цель и задачи лабораторной работы.

Цель данной работы состоит в том, чтобы познакомиться с основами дозиметрического компьютерного планирования дистанционной гамма - терапии при статических режимах облучения, когда РИП = const.

Ключевым условием, от выполнения которого зависит эффективность лечения онкологических заболеваний в лучевой терапии, является формирование в теле пациента распределения поглощенной дозы, адекватного конкретному злокачественному процессу. При облучении необходимо, с одной стороны, обеспечить гибель максимального числа опухолевых клеток, а с другой – сохранить жизнеспособность окружающих опухоль нормальных тканей и всего организма вцелом. Выполнение этого главного условия реализуется в процессе формирования дозового поля благодаря решению целого ряда задач, основные из которых состоят в следующем.

1. Опухолевый очаг должен находиться в пределах замкнутой 80 % – ой изодозы сформированного дозового поля.

2. Точка с максимальным значением дозы должна обязательно находиться в пределах контура опухоли.

3. Значение суммарной поглощенной дозы в точке максимума не должно превышать заданное значение суммарной дозы в зоне опухоли более, чем на 5 - 8 %.

4. Суммарные поглощенные дозы на коже в зоне каждого поля при многопольном облучении не должны превышать 60 Гр.

5. Для обеспечения равномерного распределения лучевой нагрузки на кожу значения суммарных поглощенных доз в области полей облучения не должны отличаться более, чем на 10 % .

6. Суммарные значения поглощенных доз в области критических тканей и органов не должны превышать заданных допустимых значений.

7. Обеспечение всех перечисленных условий должно выполняться при возможно минимальных значениях длительностей процедуры облучения с каждого поля. Это означает, что процесс облучения необходимо стремиться вести с направлений, по которым пучок излучения в теле пациента от точки входа в тело до центра опухоли проходит минимально возможное расстояние.

Обеспечение всех перечисленных условий достигается в результате проводимого непосредственно перед облучением компьютерного моделирования дозовых полей для каждого конкретного пациента.

2. Общая характеристика и структура программы для дозиметрического планирования лучевой терапии в статическом режиме.

Основой выполнения данной лабораторной работы служит специальная компьютерная программа, предназначенная для дозиметрического планирования курсов лучевой терапии злокачественных опухолей на отечественных дистанционных гамма - аппаратах в статическом режиме.

Программа представляет собой пакет файлов, который обеспечивает следующие функциональные возможности:

1. Ввод исходных данных;

2.Запись исходных данных в память компьютера для долговременного хранения;

3.Редактирование исходных данных;

4.Обработку исходных данных;

5.Вывод информации, полученной при обработке исходных данных, на экран и принтер компьютера.

Программа позволяет выбрать один из следующих вариантов планирования облучения:

1. Вариант, включающий ввод контура тела и контура опухоли;

2. Расчет без ввода контура тела, но с контуром опухоли;

3. Расчет без ввода контура тела и контура опухоли.

При выполнении лабораторной работы следует использовать 2-ой вариант расчета.

Подготовка исходных данных

Для компьютерного моделирования дозовых полей.

Перед началом выполнения работы необходимо получить у преподавателя таблицу для исходных данных и топографоанатомическую карту пациента. Исходные данные для ввода в компьютер готовятся на основе топогра-фоанатомической карты, которая выполнена в масштабе 1 : 1. Топографо-анатомическая карта представляет собой изображение сечения тела пациента в плоскости, перпендикулярной продольной оси тела и проходящей через центр опухолевого очага, Рис. 1. На топографоанатомической карте нанесен контур тела, контур опухоли, органы и ткани, в которых необходимо определить значения суммарных поглощенных доз. Топографоанатомическую карту готовит врач – топометрист на основе компьютерной томограммы пациента, пример которой приведен на Рис. 2.

Для получения данных, необходимых для дозиметрического планирования, на топографоанатомической карте выполняют ряд последовательных операций, в результате которых с нее считывают необходимую информацию и последовательно заполняют таблицу, форма которой приведена ниже.

Т а б л и ц а и с х о д н ы х д а н н ы х

1. Имя файла _________________________________________________________

2. Мощность поглощенной дозы гамма – аппарата

в воздухе на РИП = 75 см, Гр/мин_______________________________________

3. Время, прошедшее с момента измерения

мощности дозы, сут __________________________________________________

4. Число полей облучения: N =

5. Число сеансов облучения с каждого поля: К₁ = К₂ = К₃ = К₄ =

6. Ширина каждого поля облучения, см: B₁ = B₂ = B₃ = B₄ =

7. Площадь каждого поля облучения, см. кв.: S₁ = S₂ = S₃ = S₄ =

8. Координаты точек входа пучков в тело, см: X₁= X₂ = X₃ = X₄ =

Y₁ = Y₂ = Y₃ = Y₄ =

9. Углы падения пучков на тело, градусы: β₁ = β₂ = β₃ = β₄ =

10. Положение пучков в пространстве, градусы: α₁ = α₂ = α₃ = α₄ =

11. Координаты центра опухоли, см: X_CO= Y_CO=

12. Однократная очаговая доза, Гр: DOD =

13. Суммарная очаговая доза, Гр: SOD =

14. РИП, см: РИП =

15. Границы дозового поля, см: XN = XK = YN = YW =

16. Число критических точек: NKR =

17. Kоординаты критических точек: XKR₁ = YKR₁=

XKR₂ = YKR₂ =

18.Координаты контура тела

19. Координаты точек контура опухоли: XO₁ = YO₁ =

XO₂ = YO₂ =

XO₃ = YO₃ =

XO₄ = YO₄ =

При заполнении таблицы следует руководствоваться следующими рекомендациями.

1. Имя файла должно содержать не более восьми символов. Для назначения имени файла удобно использовать фамилию пациента, записанную латинскими буквами.

2. Мощность дозы гамма – аппарата на РИП = 75 см.Современные терапевтические гамма – аппараты оснащаются несколькими типами закрытых источников с радионуклидом ⁶⁰Co. Например, гамма – аппарат АГАТ – С, предназначенный для статического режима облучения, имеет источник типа ГИК – 8 - 4 с начальной активностью ~ 1.9×10¹⁴ Бк. Указанная активность обеспечивает в период эксплуатации аппарата мощность поглощенной дозы в воздухе на РИП = 75 см в пределах ~ (1 ÷ 0.7) Гр/мин. Если нет специальных указаний преподавателя, в указанном диапазоне и следует выбирать мощность дозы для ввода в компьютер.

3. Поправка на радиоактивный распад источника.Контроль за мощностью дозы гамма – аппарата ведут путем непосредственных измерений с помощью поверенных метрологической службой дозиметров. Измерение мощности дозы проводят при РИП = 75 см. В промежутках между моментами измерения для повышения точности в оценке мощности дозы вводят поправку, учитывающую снижение мощности дозы гамма – аппарата за счет радиоактивного распада источника. В данной лабораторной работе такая поправка автоматически учитывается после ввода в компьютер интервала времени, прошедшего с момента измерения мощности дозы до момента проведения процесса моделирования.

4. Выбор числа полей (N) и направлений облучения.Для снижения лучевой нагрузки на кожу при статических режимах гамма - терапии применяют многопольное облучение. При выполнении данной работы рекомендуется использовать два, три или четыре поля. Наиболее распространенные варианты двух – трех - и четырехпольного облучения показаны на Рис. 3.

Рис. 3. Наиболее распространенные варианты облучения злокачественных опухолей в статическом режиме (А и Б – двухпольное; В – трехпольное; Г – четырехпольное)

Оси пучков излучения проходят, как правило, через центр опухоли. Выбор направлений и точек входа пучков в тело производят, согласуя два противоречивых требования. С одной стороны, расстояние между центром опухоли и точкой входа пучка в тело должно быть минимальным, а с другой – поля облучения с различных направлений должны быть разнесены так, чтобы не образовывалась зона повышенного облучения здоровых тканей вне опухоли. Окончательный выбор оптимальных направлений облучения может быть осуществлен только после анализа результатов предварительного расчета.

Для первого варианта расчета угол между двумя любыми из всех возможных направлений не рекомендуется брать меньше 90^о. После выбора числа полей и направлений облучения их нумеруют в произвольном порядке. Все определяемые в дальнейшем параметры должны соответствовать избранному порядку нумерации полей облучения.

5. Число сеансов облучения с каждого поля (К_1, К_2, К_3, К₄). В данной работе рассматривается моделирование дозовых полей для стандартного радикального курса гамма – терапии, при котором суммарная очаговая доза (SOD) на опухоль за весь курс равна 60 Гри подводится за 30 сеансов. По этим данным при выбранном ранее значении Nможно предварительно определить число сеансов облучения с каждого поля при условии, что К₁ = К₂ =….= К_N. Если при выбранном Nуказанное условие невыполнимо, сохраняя общее число сеансов равным 30, большее число сеансов планируют, как правило, с полей, для которых расстояние от точки входа пучка в тело до центра опухоли меньшее. Более точное определение К₁, К₂ ,…К_N проводят на основе анализа первого варианта расчета, используя критерий равенства поглощенных доз на коже для всех полей облучения.

Число сеансов может быть введено в компьютер в абсолютных и относительных значениях. Последнее удобно в случаях, когда отношение между абсолютными значениями сеансов выражается целыми числами. Пример: пусть мы имеем три поля облучения, с каждого из которых за курс терапии необходимо провести по 10 сеансов облучения. В этом случае возможны варианты: 1) К₁ = 10, К₂ = 10, К₃ = 10; 2) К₁ = 1, К₂ = 1, К₃ = 1.

6. Ширина поля облучения– это размер радиационного поля облучения на входе пучка в тело в плоскости топографоанатомической карты. Правильный выбор ширины поля способствует равномерному облучению опухоли. Из – за рассеяния гамма – квантов ширина радиационного поля по мере проникновения пучка в ткань изменяется. Поэтому на первом этапе ширину поля выбирают приблизительно равной размеру опухоли в направлении, перпендикулярном оси пучка излучения. В общем случае при многопольном облучении размеры полей для различных направлений облучения могут быть различны. Однако в данной работе размеры полей рекомендуется выбирать одинаковыми.

7. Площадь поля облучения на входе пучка в тело. Для оценки площади поля необходимо знать размер опухоли в плоскости, перпендикулярной плоскости топографоанатомической карты, который определяет высоту поля. В первом приближении этот размер может быть принят равным ширине поля. Однако у каждого пациента размеры опухолевого очага индивидуальны, поэтому более точное значение высоты поля следует получить у преподавателя. Размеры полей облучения могут быть скорректированы после анализа результатов расчета по первому варианту.

8. Координаты точек входа пучков в тело. После того, как произведен выбор числа полей и направлений облучения, топографоанатомическую карту помещают в декартову систему координат так, чтобы все точки входа пучков излучения в тело находились в ее первом квадранте. Направления осей координат выбирают так, чтобы ось «Y» была параллельна оси симметрии контура тела пациента, Рис. 4. Построенную таким образом систему координат будем называть основной. На оси выбранной системы координат наносят линейные шкалы измерений в сантиметрах в масштабе 1 : 1. Под точками входа пучков излучения в тело понимают точки пересечения соответствующих центральных лучей с контуром тела пациента. В соответствии с выбранной основной системой координат для всех полей облучения определяют координаты (X и Y) точек входа пучков излучения в тело и полученные данные заносят в таблицу.

9. Углы падения пучков на тело. Чтобы определить угол падения пучка на тело в зоне каждого поля облучения, поступают следующим образом. Через точку входа центрального луча в тело проводят линию, перпендикулярную центральному лучу, и линию, касательную к контуру тела. При этом перпендикуляр к центральному лучу, проведенный через точку входа центрального луча в тело, образует ось ординат, а центральная ось пучка – ось абсцисс дополнительной системы координат.Направление центрального луча является положительным направлением оси абсциссдополнительной системы координат.

Очевидно, что число дополнительных систем координат равно числу полей N.Каждая дополнительная система координат в компьютерной программе служит для проведения расчета распределения поглощенной дозы для соответствующего ей пучка излучения. Затем топографоанатомическую карту располагают перед собой так, чтобы центральный луч пучка излучения (положительное направлением оси абсцисс дополнительной системы координат) был направлен вправо по отношению к наблюдателю. Угол падения пучка на тело будет равен углу, образованному положительным направлением оси ординат дополнительной системы и касательной к контуру. Отсчет угла в градусах необходимо производить от положительного направления оси ординат дополнительной системы. Угол будет положительным, если его отсчет производится по часовой стрелке и отрицательным, если отсчет произведен против часовой стрелки. Наиболее вероятное значение угла падения заключено в пределах от 45^о до (- 45^о).

10. Положение терапевтических пучков в пространстве. Поскольку облучение пациента ведется с нескольких направлений, для проведения расчета необходимо задать пространственное положение каждого пучка относительно тела пациента. В данном случае пространственное положение пучков задается углом поворота дополнительной системы координат, связанной с соответствующим пучком излучения, относительно основной системы координат. Отсчет угла поворота дополнительной системы относительно основной производится от положительного направления оси абсцисс основной системы до положительного направления оси абсцисс дополнительной системы координат. Отсчет ведется против часовой стрелки. Значения углов всегда положительны и лежат в пределах от 0^о до 360^о.

11. Координаты центра опухоли.Центр опухоли – это точка, к которой подводится планируемая суммарная очаговая доза SOD = 60 Гр. Как правило, эта точка соответствует геометрическому центру заданного контура опухоли. Однако в отдельных случаях для достижения более равномерного распределения дозы в области опухоли точку, к которой подводят дозу 60 Гр, не идентифицируют с геометрическим центром опухоли. Такие случаи чаще всего возможны для вариантов “Б” и “В” рисунка 3. По этой причине положение точки, к которой подводят заданную дозу 60 Гр, может быть скорректировано в результате анализа результатов расчета для варианта, соответствующего совпадению указанных точек.

12. Однократная очаговая доза (DOD).Однократную очаговую дозу задают, как правило, равной 2 Гр.

13. Суммарная очаговая доза (SOD) принимается равной 60 Гр.

14. Расстояние источник – облучаемая поверхность (РИП).В статическом режиме многопольное облучение проводят при постоянном для всех направлений облучения РИП. В данной работе это правило выполняется, а рекомендуемое значение РИП находится в пределах 70 – 75 см.

15. Границы рассчитываемого дозового поля. Программа моделирования обеспечивает расчет суммарного распределения поглощенной дозы, создаваемого при облучении со всех выбранных полей. Расчет массива доз производится в пределах некоторого заданного поля. Границы поля выбирают так, чтобы в них попадали зоны тела больного, в которых распределение поглощенной дозы представляет наибольший интерес. Это, прежде всего, область опухолевого очага и прилегающие области жизненно важных органов. Размер рассчитываемого дозового поля по оси Xрекомендуется выбирать не более 16 см, а по оси Y –не более 17 см. В приведенной выше таблице, которую необходимо заполнить при подготовке информации для расчета, обозначено: XN - левая граница поля (X начальное); XK – правая граница поля (X конечное); YN – нижняя граница поля (Y нижнее); YW– верхняя граница поля (Y верхнее). В результате моделирования дозовое распределение в пределах выбранного поля будет представлено в виде изодозных линий.

16. Число критических точек. Часто в жизненно важных тканях и органах (критических) недостаточно иметь информацию в виде изодозных линий, а необходимо знать точное значение дозы. С этой целью на этапе дозиметрического планирования на топографоанатомической карте задают критические точки, в которых необходимо знать точное значение дозы. Число таких точек может быть не более 6. В качестве органов и тканей, для которых такая информация необходима, могут быть мозг, сердечная мышца, глаз и т. д. Критические точки могут лежать как в заданных выше границах рассчитываемого дозового поля, так и за его пределами.

17. Координатывыбранных критических точек заносят в таблицу.

18. Контур тела.При проведении данной лабораторной работы контур тела не вводят.

19. Контур опухоли. Одним из критериев, по которому можно судить о степени благоприятности формируемого дозового распределения, является положение опухоли относительно изодозных линий. По этой причине в компьютер вводится информация о положении контура опухоли на топографоанатомической карте. Программа дозиметрического моделирования допускает введение 20 точек контура опухоли. Минимальное число точек, по которому можно достоверно судить о положении опухоли относительно изодоз, равночетырем. Однако при введении минимально возможного числа точек их координаты необходимо выбрать так, чтобы они обеспечивали определение максимальных размеров опухоли по осям X и Y. За точку номер ”1" может быть принята любая из выбранных точек, но порядок нумерации рекомендуется выполнить против часовой стрелки. В данной работе рекомендуемое число точек контура опухоли – 4 ÷ 8.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: