Принадлежности и системы модернизации аппаратов для лучевой терапии

Введение

Лучевая терапия — метод лечения злокачественных опухолей ионизирующим излучением. Наиболее часто применяют дистанционную терапию рентгеновскими лучами высокой энергии. Этот метод лечения разрабатывают на протяжении последних 100 лет, он значительно усовершенствован. Его применяют в лечении более чем 50% онкологических больных, он играет наиболее важную роль среди нехирургических методов лечения злокачественных опухолей.

1896 г. Открытие рентгеновских лучей.

1898 г. Открытие радия.

1899 г. Успешное лечение рака кожи рентгеновскими лучами. 1915 г. Лечение опухоли шеи радиевым имплантатом.

1922 г. Излечение рака гортани с помощью рентгенотерапии. 1928 г. Единицей радиоактивного облучения принят рентген. 1934 г. Разработан принцип фракционирования дозы облучения.

1950-е годы. Телетерапия радиоактивным кобальтом (энергия 1 MB).

1960-е годы. Получение мегавольтного рентгеновского излучения с помощью линейных ускорителей.

1990-е годы. Трехмерное планирование лучевой терапии. При прохождении рентгеновских лучей через живую ткань поглощение их энергии сопровождается ионизацией молекул и появлением быстрых электронов и свободных радикалов. Наиболее важный биологический эффект рентгеновских лучей — повреждение ДНК, в частности разрыв связей между двумя ее спирально закрученными цепочками.

Биологический эффект лучевой терапии зависит от дозы облучения и продолжительности терапии. Ранние клинические исследования результатов лучевой терапии показали, что ежедневное облучение относительно малыми дозами позволяет применять более высокую суммарную дозу, которая при одномоментном подведении к тканям оказывается небезопасной. Фракционирование дозы облучения позволяет значительно уменьшить лучевую нагрузку на нормальные ткани и добиться гибели клеток опухоли.

Фракционирование представляет собой деление суммарной дозы при дистанционной лучевой терапии на малые (обычно разовые) суточные дозы. Оно обеспечивает сохранение нормальных тканей и преимущественное повреждение опухолевых клеток и дает возможность использовать более высокую суммарную дозу, не повышая риск для больного.

Радиобиология нормальной ткани

Действие облучения на ткани обычно опосредовано одним из следующих двух механизмов:

  • утрата зрелых функционально активных клеток в результате апоптоза (запрограммированная гибель клетки, наступающая обычно в течение 24 ч после облучения);
  • утрата способности клеток к делению

Обычно эти эффекты зависят от дозы облучения: чем она выше, тем больше клеток гибнет. Однако радиочувствительность разных типов клеток неодинакова. Некоторые типы клеток отвечают на облучение преимущественно инициацией апоптоза, это гемопоэтические клетки и клетки слюнных желез. В большинстве тканей или органов есть значительный резерв функционально активных клеток, поэтому утрата пусть даже немалой части этих клеток в результате апоптоза клинически не проявляется.

  • Высокая: лимфоциты, половые клетки
  • Умеренная: эпителиальные клетки.
  • Резистентность, нервные клетки, клетки соединительной ткани.

В тех случаях, когда уменьшение количества клеток происходит в результате утраты их способности к пролиферации, темпы обновления клеток облученного органа определяют сроки, в течение которых проявляется повреждение ткани и которые способны колебаться от нескольких дней до года после облучения. Это послужило основанием для деления эффектов облучения на ранние, или острые, и поздние. Острыми считают изменения, развивающиеся в период проведения лучевой терапии вплоть до 8 нед. Такое деление следует считать произвольным.

Острые изменения затрагивают главным образом кожу, слизистую оболочку и систему кроветворения. Несмотря на то что потеря клеток при облучении сначала отчасти происходит вследствие апоптоза, основной эффект облучения проявляется в утрате репродуктивной способности клеток и нарушении процесса замещения погибших клеток. Поэтому наиболее ранние изменения появляются в тканях, характеризующихся почти нормальным процессом клеточного обновления.

Сроки проявления эффекта облучения зависят также от интенсивности облучения. После одномоментного облучения живота в дозе 10 Гр гибель и слущивание эпителия кишечника происходит в течение нескольких дней, в то время как при фракционировании этой дозы с подведением ежедневно по 2 Гр этот процесс растягивается на несколько недель.

Быстрота процессов восстановления после острых изменений зависит от степени уменьшения количества стволовых клеток.

Острые изменении при лучевой терапии:

  • развиваются в течение В нед после начала лучевой терапии;
  • страдают кожа. ЖКТ, костный мозг;
  • тяжесть изменений зависит от суммарной дозы облучения и длительности лучевой терапии;
  • терапевтические дозы подбирают таким образом, чтобы добиться полного восстановления нормальных тканей.

Поздние изменения происходят в основном в тканях и органах, клетки которых характеризуются медленной пролиферацией (например, легких, почках, сердце, печени и нервных клетках), но не ограничиваются ими. Например, в коже, помимо острой реакции эпидермиса, через несколько лет могут развиться поздние изменения.

Разграничение острых и поздних изменений важно с клинической точки зрения. Поскольку острые изменения возникают и при традиционной лучевой терапии с фракционированием дозы (приблизительно 2 Гр на одну фракцию 5 раз в неделю), при необходимости (развитие острой лучевой реакции) можно изменить режим фракционирования, распределив суммарную дозу на более длительный период, с тем чтобы сохранить большее количество стволовых клеток.

Выжившие стволовые клетки в результате пролиферации вновь заселят ткань и восстановят ее целостность. При сравнительно непродолжительной лучевой терапии острые изменения могут проявиться после ее завершения. Это не позволяет корректировать режим фракционирования с учетом тяжести острой реакции. Если интенсивное фракционирование вызывает уменьшение количества выживающих стволовых клеток ниже уровня, необходимого для эффективного восстановления ткани, острые изменения могут перейти в хронические.

Согласно определению, поздние лучевые реакции проявляются лишь спустя длительное время после облучения, причем острые изменения далеко не всегда позволяют предсказать хронические реакции. Хотя ведущую роль в развитии поздней лучевой реакции играет суммарная доза облучения, важное место принадлежит также дозе, соответствующей одной фракции.

Поздние изменения после лучевой терапии:

  • страдают легкие, почки, центральная нервная система (ЦНС), сердце, соединительная ткань;
  • тяже изменений зависит от суммарной дозы облучения и дозы облучения, соответствующей одной фракции;
  • восстановление происходит не всегда.

Кожа: острые изменения.

  • Эритема, напоминающая солнечный ожог: появляется на 2-3-й неделе; больные отмечают жжение, зуд, болезненность.
  • Десквамация: сначала отмечают сухость и слущивание эпидермиса; позднее появляется мокнутие и обнажается дерма; обычно в течение 6 нед после завершения лучевой терапии кожа заживает, остаточная пигментация в течение нескольких месяцев бледнеет.
  • При угнетении процессов заживления происходит изъязвление.

Кожа: поздние изменения.

  • Атрофия.
  • Фиброз.
  • Телеангиэктазия.

Слизистая оболочка полости рта.

  • Эритема.
  • Болезненные изъязвления.
  • Язвы обычно заживают в течение 4 нед после лучевой терапии.
  • Возможно появление сухости (в зависимости от дозы облучения и массы ткани слюнных желез, подвергшейся облучению).

Желудочно-кишечный тракт.

  • Острый мукозит, проявляющийся через 1—4 нед симптомами поражения отдела ЖКТ, подвергшегося облучению.
  • Эзофагит.
  • Тошнота и рвота (участие 5-НТ3-рецепторов) — при облучении желудка или тонкой кишки.
  • Диарея — при облучении толстой кишки и дистального отдела тонкой кишки.
  • Тенезмы, выделение слизи, кровотечение — при облучении прямой кишки.
  • Поздние изменения — изъязвление слизистой оболочки фиброз, кишечная непроходимость, некроз.

Центральная нервная система

  • Острой лучевой реакции нет.
  • Поздняя лучевая реакция развивается через 2-6 мес и проявляется симптомами, обусловленными демиелинизацией: головной мозг — сонливость; спинной мозг — синдром Лермитта (простреливающая боль в позвоночнике, отдающая в ноги, иногда провоцируемая сгибанием позвоночника).
  • Через 1-2 года после лучевой терапии возможно развитие некрозов, приводящих к необратимым неврологическим нарушениям.

Легкие.

  • После одномоментного облучения в большой дозе (например, 8 Гр) возможна острая симптоматика обструкции дыхательных путей.
  • Через 2-6 мес развивается лучевой пневмонит: кашель, диспноэ, обратимые изменения на рентгенограммах грудной клетки; возможно улучшение при назначении глюкокортикоидной терапии.
  • Через 6-12 мес возможно развитие необратимого фиброза легких Почки.
  • Острой лучевой реакции нет.
  • Почки характеризуются значительным функциональным резервом, поэтому поздняя лучевая реакция может развиться и через 10 лет.
  • Лучевая нефропатия: протеинурия; артериальная гипертензия; почечная недостаточность.

Сердце.

  • Перикардит — через 6-24 мес.
  • Через 2 года и более возможно развитие кардиомиопатии и нарушение проводимости.

Исследования последних лет показали, что некоторые ткани и органы обладают выраженной способностью восстанавливаться после субклинического лучевого повреждения, что делает возможным при необходимости проводить повторную лучевую терапию. Значительные возможности регенерации, присущие ЦНС, позволяют повторно облучать одни и те же участки головного и спинного мозга и добиваться клинического улучшение при рецидиве опухолей, локализованных в критических зонах или около них.

Канцерогенез

Повреждение ДНК, вызываемое лучевой терапией, может стать причиной развития новой злокачественной опухоли. Она может появиться через 5-30 лет после облучения. Лейкоз обычно развивается через 6-8 лет, солидные опухоли — через 10-30 лет. Некоторые органы, в большей степени предрасположены к поражению вторичным раком, особенно если лучевую терапию проводили в детском или юном возрасте.

  • Индукция вторичного рака — редкое, но серьезное последствие облучения характеризующееся длительным латентным периодом.
  • У онкологических больных всегда следует взвесить риск индуцированного рецидива рака.

При некоторых повреждениях ДНК, вызванных облучением, возможна репарация. При подведении к тканям более одной фракционной дозы в день интервал между фракциями должен быть не менее 6-8 ч, в противном случае возможно массивное повреждение нормальных тканей. Существует ряд наследственных дефектов процесса репарации ДНК, и часть из них предрасполагает к развитию рака (например, при атаксии-телеангиэктазии). Лучевая терапия в обычных дозах, применяемая для лечения опухолей у этих больных, может вызвать тяжелые реакции в нормальных тканях.

Гипоксия

Гипоксия в 2-3 раза повышает радиочувствительность клеток, и во многих злокачественных опухолях существуют участки гипоксии, связанные с нарушенным кровоснабжением. Анемия усиливает эффект гипоксии. При фракционированной лучевой терапии реакция опухоли на облучение может проявиться к реоксигенации участков гипоксии, что может усилить ее губительное действие на опухолевые клетки.

Фракционированная лучевая терапия

Для оптимизации дистанционной лучевой терапии предстоит подобрать наиболее выгодное соотношение таких ее параметров:

  • суммарная доза облучение (Гр) для достижения желаемого лечебного эффекта;
  • количество фракций на которые распределяют суммарную дозу;
  • общая продолжительность лучевой терапии (определяемая количеством фракций в неделю).

При облучении в дозах, принятых в клинической практике, количество погибших клеток в опухолевой ткани и тканях с быстро делящимися клетками находится в линейной зависимости от дозы ионизирующего излучения (так называемый линейный, или α-компонент эффекта облучения). В тканях с минимальной скоростью обновления клеток эффект облучения в значительной степени пропорционален квадрату подведенной дозы (квадратичный, или β-компонент эффекта облучения).

Из линейно-квадратичной модели вытекает важное следствие: при фракционированном облучении пораженного органа небольшими дозами изменения в тканях с небольшой скоростью обновления клеток (поздно реагирующие ткани) будут минимальными, в нормальных тканях с быстро делящимися клетками повреждение окажется незначительным, а в опухолевой ткани оно будет наибольшим.

Обычно облучение опухоли проводят 1 раз в день с понедельника по пятницу Фракционирование осуществляют в основном в двух режимах.

Непродолжительная лучевая терапия большими фракционными дозами:

  • Достоинства: небольшое количество сеансов облучения; сбережение ресурсов; быстрое повреждение опухоли; меньшая вероятность репопуляции опухолевых клеток в период лечения;
  • Недостатки: ограниченная возможность увеличения безопасной суммарной дозы облучения; относительно высокий риск поздних повреждений в нормальных тканях; сниженная возможность реоксигенации опухолевой ткани.

Продолжительная лучевая терапия малыми фракционными дозами:

  • Достоинства: менее выраженные острые лучевые реакции (но большая продолжительность лечения); меньшая частота и тяжесть поздних повреждений в нормальных тканях; возможность максимального увеличения безопасной суммарной дозы; возможность максимальной реоксигенации опухолевой ткани;
  • Недостатки: большая обременительность для больного; большая вероятность репопуляции клеток быстро растущей опухоли в период лечения; большая продолжительность острой лучевой реакции.

Для лучевой терапии некоторых опухолей, в частности лимфомы и семиномы, достаточно облучения в суммарной дозе 30-40 Гр, что приблизительно в 2 раза меньше суммарной дозы, необходимой для лечения многих других опухолей (60— 70 Гр). Некоторые опухоли, включая глиомы и саркомы, могут оказаться резистентными к максимальным дозам, которые можно безопасно к ним подвести.

Некоторые ткани особенно чувствительны к облучению, поэтому дозы, подводимые к ним, должны быть сравнительно невысокими, чтобы не допустить поздних повреждений.

Если доза, соответствующая одной фракции, равна 2 Гр, то толерантные дозы для различных органов будут такими:

  • яички — 2 Гр;
  • хрусталик — 10 Гр;
  • почка — 20 Гр;
  • легкое — 20 Гр;
  • спинной мозг — 50 Гр;
  • головной мозг — 60 Гр.

При дозах, превышающих указанные, риск острых лучевых повреждений резко возрастает.

После лучевой терапии некоторые повреждения, вызванные ею, оказываются необратимыми, но часть подвергается обратному развитию. При облучении одной фракционной дозой в день процесс репарации до облучения следующей фракционной дозой почти полностью завершается. Если же к пораженному органу подводят более одной фракционной дозы в день, то интервал между ними должен быть не менее 6 ч, чтобы могло восстановиться по возможности больше поврежденных нормальных тканей.

При подведении нескольких фракционных доз меньше 2 Гр суммарную дозу облучения можно увеличить, не повышая риска поздних повреждений в нормальных тканях. Чтобы избежать увеличения общей продолжительности лучевой терапии, следует использовать также выходные дни или подводить более одной фракционной дозы в сутки.

По данным одного рандомизированного контролируемого исследования, про веденного у больных мелкоклеточным раком легкого, режим CHART (Continuous Hyperfractionated Accelerated Radio Therapy), при котором суммарную дозу 54 Гр под водили фракционированно по 1,5 Гр 3 раза в день в течение 12 последовательных дней, оказался более эффективным по сравнению с традиционной схемой лучевой терапии суммарной дозой 60 Гр, разделяемой на 30 фракций при продолжительности лечения 6 нед. Увеличения частоты поздних повреждений в нормальных тканях не было отмечено.

При выборе режима лучевой терапии руководствуются клиническими особенностями заболевания в каждом случае. Лучевую терапию в целом делят на радикальную и паллиативную.

Радикальная лучевая терапия.

  • Обычно проводят максимальной переносимой дозой для полного уничтожения опухолевых клеток.
  • Более низкие дозы используют для облучения опухолей, характеризующихся высокой радиочувствительностью, и для уничтожения клеток микроскопической резидуальной опухоли, обладающей умеренной радиочувствительностью.
  • Гиперфракционирование в суммарной суточной дозе до 2 Гр позволяет свести к минимуму риск поздних лучевых повреждений.
  • Выраженная острая токсическая реакция допустима, учитывая ожидаемое увеличение продолжительности жизни.
  • Обычно больные бывают в состоянии ежедневно проходить сеанс облучения в течение нескольких недель.

Паллиативная лучевая терапия.

  • Цель такой терапии — быстро облегчить состояние больного.
  • Продолжительность жизни не изменяется или незначительно увеличивается.
  • Предпочтительны наиболее низкие дозы и количество фракций для достижения желаемого эффекта.
  • Следует избегать затяжного острого лучевого повреждения нормальных тканей.
  • Поздние лучевые повреждения нормальных тканей клинического значения не имеют

Основные принципы

Лечение ионизирующим излучением, генерируемым внешним источником, известно как дистанционная лучевая терапия.

Поверхностно расположенные опухоли можно лечить низковольтным рентгеновским излучением (80-300 кВ). Электроны, испускаемые нагретым катодом, ускоряются в рентгеновской трубке и. ударяясь о вольфрамовый анод, вызывают тормозное рентгеновское излучение. Размеры пучка излучения подбирают с помощью металлических аппликаторов различных размеров.

При глубоко расположенных опухолях применяют мегавольтное рентгеновское излучение. Один из вариантов такой лучевой терапии подразумевает использование кобальта 60Со в качестве источника излучения, который испускает γ-лучи со средней энергией 1,25 МэВ. Для получения достаточно высокой дозы необходим источник излучения активностью приблизительно 350 ТБк

Однако гораздо чаще для получения мегавольтных рентгеновских лучей используют линейные ускорители, в их волноводе электроны ускоряются почти до скорости света и направляются на тонкую проницаемую мишень. Энергия возникающего в результате такой бомбардировки рентгеновского излучения колеблется в пределах 4-20 MB. В отличие от излучения 60Со, оно характеризуется большей проникающей способностью, большей мощностью доз и лучше коллимируется.

Устройство некоторых линейных ускорителей позволяет получить пучки электронов различной энергии (обычно в пределах 4-20 МэВ). С помощью рентгеновского излучения, получаемого в таких установках, можно равномерно воздействовать на кожу и расположенные под ней ткани на нужную глубину (в зависимости от энергии лучей), за пределами которой доза быстро уменьшается.

Основные недостатки низковольтной рентгенотерапии:

  • высокая доза излучения, приходящаяся на кожу;
  • относительно быстрое уменьшение дозы по мере проникновения вглубь;
  • более высокая доза, поглощаемая костями по сравнению с мягкими тканями.

Особенности мегавольтной рентгенотерапии:

  • распределение максимальной дозы в тканях, расположенных под кожей;
  • сравнительно небольшое повреждение кожи;
  • экспоненциальная зависимость между уменьшением поглощенной дозы и глубиной проникновения;
  • резкое уменьшение поглощенной дозы за пределами заданной глубины облучения (зона полутени, penumbra);
  • возможность изменять форму пучка с помощью металлических экранов или многолепестковых коллиматоров;
  • возможность создания градиента дозы по поперечному сечению пучка с помощью клиновидных металлических фильтров;
  • возможность облучения в любом направлении;
  • возможность подведения большей дозы к опухоли путем перекрестного облучения из 2-4 позиций.

Подготовка и проведение дистанционной лучевой терапии включает шесть основных этапов.

Дозиметрия пучка

Перед началом клинического применения линейных ускорителей следует установить их дозное распределение. Учитывая особенности поглощения излучений высоких энергий, дозиметрию можно выполнять с помощью маленьких дозиметров с ионизационной камерой, помещаемых в бак с водой. Важно также измерить калибровочные коэффициенты (известные как выходные коэффициенты), характеризующие время облучения для данной дозы поглощения.

Компьютерное планирование

При несложном планировании можно воспользоваться таблицами и графиками, построенными на основе результатов дозиметрии пучка. Но в большинстве случаев для дозиметрического планирования используют компьютеры со специальным программным обеспечением. Расчеты основываются на результатах дозиметрии пучка, но зависят также от алгоритмов, позволяющих учитывать ослабление и рассеяние рентгеновских лучей в тканях разной плотности.

Определение мишени

Наиболее важный этап в планировании лучевой терапии — определение мишени, т.е. объема ткани, подлежащего облучению. Это объем включает объем опухоли (определяемый визуально при клиническом обследовании или по результатам КТ) и объем примыкающих к ней тканей, в которых могут содержаться микроскопические включения опухолевой ткани.

Определить оптимальную границу мишени (планируемый объем мишени) нелегко, что связано с изменением положения больного, движением внутренних органов и необходимостью в связи с этим перекалибровывать аппарат. Важно определить также позицию критических органов, т.е. органов, характеризующихся низкой толерантностью к облучению (например, спинной мозг, глаза, почки).

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все про лучевую терапию
Adblock
detector