Лучевая терапия история, современное состояние, физические основы

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ЛЕЧЕНИЯ ОНКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЙ
Согласно рекомендациям ВОЗ от 2018г. лучевая терапия в той или иной комбинации применяется для лечения 80% больных с онкологическими заболеваниями.

ИСТОРИЯ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ
Первым шагом к появлению радиологии и лучевой терапии можно считать открытие В.К. Рентгеном Х-лучей в 1895 году.
«…..8 ноября 1895 года, когда его ассистенты уже ушли домой, Рентген остался работать в своей лаборатории. Он снова включил ток в катодной трубке, закрытой со всех сторон плотной чёрной бумагой. Кристаллы платиноцианистого бария, лежавшие неподалёку, начали светиться зеленоватым цветом.»

ОТКРЫТИЕ Х-ЛУЧЕЙ В.К.РЕНТГЕНОМ
Рентгеновский снимок руки сделанный Рентгеном в 1895 г.

ОТКРЫТИЕ Х-ЛУЧЕЙ В.К.РЕНТГЕНОМ
Схема рентгеновской трубки:

ОТКРЫТИЕ Х-ЛУЧЕЙ В.К.РЕНТГЕНОМ
Рентгеновская трубка:

ИСТОРИЯ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ
Вторым шагом стало открытие А. Беккерелем в 1896 г. явлений естественной радиоактивности.
В 1896 г. Беккерель исследуя работы Рентгена, завернул флюоресцирующий материал — уранилсульфат калия в непрозрачный материал вместе с фотопластинками, с тем, чтобы приготовиться к эксперименту, требующему яркого солнечного света. Однако ещё до осуществления эксперимента Беккерель обнаружил, что фотопластинки были полностью засвечены

ОТКРЫТИЕ А. БЕККЕРЕЛЯ
Изображение фотопластинки Беккереля, которая была засвечена излучением солей урана. Ясно видна тень металлического мальтийского креста, помещённого между пластинкой и солью урана.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Радиотерапи́я, (лучевая терапия, радиационная терапия, радиационная онкология) —лечение ионизирующей радиацией (рентгеновским, гамма-излучением, бета-излучением, нейтронным излучением, пучками элементарных частиц из медицинского ускорителя).
Применяется в основном для лечения злокачественных опухолей.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ.
Для измерения энергии и массы микрочастиц используют внесистемную единицу энергии — электронвольт.
1 эВ — кинетическая энергия, которую приобретает частица, несущая один элементарный заряд, под действием разности потенциалов в 1В. Кратные единицы: 1 кэВ= 103 эВ; 1 МэВ = 106 эВ.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ.

В основе лечебного эффекта лучевой терапии лежит физический процесс ионизации.
Ионизация — эндотермический процесс образования ионов из нейтральных атомов или молекул.
Биологические основы лучевой терапии.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ.
Образующиеся свободные радикалы оказывают повреждающее действие на структуры клетки.

ПРАВИЛО КЛЕТОЧНОЙ РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ
В 1906 г. французские радиобиологи Ж. Бергонье и Л.Трибондо (J. Bergonie и L. Tribondeau) сформулировали фундаментальный закон (правило) клеточной радиочувствительности:
Ионизирующее излучение тем сильнее действует на клетки, чем интенсивнее они делятся и чем менее они дифференцированы.

РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ
Радиочувствительность — восприимчивость клеток, тканей, органов или организмов к воздействию ионизирующего излучения (для молекул используют термин радиопоражаемость). Мерой радиочувствительности служит доза излучения, вызывающая определённый уровень гибели облучаемых объектов.
Радиочуствительность опухолевых тканей необходимо учитывать для определения суммарной очаговой дозы «СОД» (Гр)

РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТОК

КЛИНИЧЕСКАЯ ДОЗИМЕТРИЯ.
Клиническая дозиметрия — раздел дозиметрии ионизирующего излучения, являющийся неотъемлемой частью лучевой терапии.
Основная задача клинической дозиметрии состоит в выборе и обосновании средств облучения, обеспечивающих оптимальное пространственно-временное распределение поглощенной энергии излучения в теле облучаемого больного и количественное описание этого распределения.

КЛИНИЧЕСКАЯ ДОЗИМЕТРИЯ.
Поглощенная доза — это основная дозиметрическая величина, которая равна отношению средней энергии, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе вещества в этом объеме:
D = Е/т,
где D — поглощенная доза,
Е — средняя энергия излучения,
т — масса вещества в единице объема.

КЛИНИЧЕСКАЯ ДОЗИМЕТРИЯ.
1 Гр равен поглощенной дозе ионизирующего излучения, при которой веществу массой в 1 кг передается энергия ионизирующего излучения, равная 1 Дж.
В практике распространена также внесистемная единица поглощенной дозы — рад (radiation absorbed dose). 1 Гр = 100 рад.
В качестве единицы поглощенной дозы излучения в СИ принят Грей (Гр/Gy) в честь английского ученого Грея Льюиса Харольда (L. Н. Gray), известного своими трудами в области радиационной дозиметрии.

КЛИНИЧЕСКАЯ ДОЗИМЕТРИЯ.
ЗОНЫ ИНТЕРЕСА.
PTV
CTV
GTV
планируемый объем мишени (PTV - planning target volume) - объем облучения, который больше клинического объема мишени и который дает гарантию облучения всего объема мишени. Он получается в связи с тем, что планирующая система на каждом скане автоматически добавляет заданный радиологом отступ, обычно 1-1,5 см, учитывающий подвижность опухоли при дыхании и различные погрешности, а иногда и 2-3 см, например при большой дыхательной подвижности
клинический объем мишени (CTV - clinical target volume) - объем, который включает в себя не только опухоль, но и зоны субклинического распространения опухолевого процесса
большой опухолевый объем (GTV - gross tumor volume) - объем, который включает в себя визуализируемую опухоль. К этому объему подводят необходимую для данной опухоли туморицидную дозу

КЛИНИЧЕСКАЯ ДОЗИМЕТРИЯ.
Дозное распределение при одно- и многопольной программе.
Учитывая принцип многопольного облучения следует уточнить, что чем больше полей используется, тем меньше дозная нагрузка на окружающие ткани.
При планировании дозы учитывают, что максимальная доза (95-107 %) должна быть подведена к планируемому объему мишени, при этом ≥ 95 % этого объема получает ≥ 95 % от планируемой дозы. Другое необходимое условие - только 5 % объема органов риска могут получать ≥ 60 % от планируемой дозы.

Цели:
Уменьшение опухоли для расширения границ операбельности,
Подавление пролиферативной активности, Воздействие на регионарные ЛУ
Воздействие на возможные местные микрометастазы

РОД (разовая очаговая доза) - Доза облучения, которая дается за один сеанс лучевой терапии.
СОД (суммарная очаговая доза) - Доза облучения, которая дается за весь курс лучевой терапии.

ВИДЫ ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ
Обычное (классическое) фракционирование 1.8-2 Гр в день 5 раз в неделю.
Среднее (гипофракционирование) фракционирование 4.0 – 5.0 3 раза в неделю
Крупное фракционирование РОД 8 – 12 Гр в день 1-2 раза в неделю
Ускоренное фракционирование (гиперфракционирование): облучение 2-3 раза в сутки с РОД до 1,6Гр с уменьшенной СОД на весь курс лечения.
Тотальное облучение всего тела от РОД 1-2 Гр до 7-8 Гр суммарно.
Радиохирургия заключается в однократном облучении патологического очага высокой дозой ионизирующего излучения

ДИСТАНЦИОННАЯ ЛУЧЕВАЯ ТЕРАПИЯ (ДЛТ) ЭТО:
Дистанционной лучевой терапией называют лучевую терапию, получаемую от внешнего источника излучения, находящегося на некотором расстоянии от тела человека.
Это наиболее распространенный вид лучевой терапии, используемой при лечении рака.
В свою очередь дистанционная ЛТ подразделяется на -
Конвенциальную (2D),
Конформную (3D)

КОНВЕНЦИАЛЬНАЯ ДЛТ
При конвенциальной лучевой терапии это методика при которой используются простые методики облучения больных
прямоугольные поля облучения с применением стандартных свинцовых блоков.

ТОПОМЕТРИЧЕСКАЯ РАЗМЕТКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЬЮТЕРНОГО СИМУЛЯТОРА.
Общий вид установки
Проекция будущего поля.

ТОПОМЕТРИЧЕСКАЯ РАЗМЕТКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЬЮТЕРНОГО СИМУЛЯТОРА.
Проекция будущего поля.
Томограмма на уровне изоцентра
Рентгено-контрастная метка

ПРИМЕРЫ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ЛТ.
ДИСТАНЦИОННАЯ ЛУЧЕВАЯ ТЕРАПИЯ.
Топометрическая разметка при РПЖ.
Рентгено-контрастная метка или маркер
1
2
3

КОНВЕНЦИАЛЬНАЯ ЛТ
Дозиметрическое планирование РПЖ 2D.

МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ.
Гамма-аппарт
Источники 60Со или 136Cs

ГАММА-АППАРАТ
Источник ионизирующего излучения установленный в головке аппарата
Вольфрамовые заслонки
Свинцовый корпус
Диафрагма

КОНВЕНЦИАЛЬНАЯ ЛТ
Режим фракционирования – стандартный. 5 дней 1 фракция 2 Гр. Перерыв 2 дня.
Дистанционная лучевая терапия РПЖ. Лечение на медицинском линейном ускорителе. 6 МэВ

КОНВЕНЦИАЛЬНАЯ ЛТ

КОНФОРМНАЯ ДЛТ

Конформная ДЛТ- методика основанная на определении трехмерного объема опухоли и анатомии критических органов.
Под конформным облучением (3D-конформное облучение или 3D-CRT) понимают такое облучение, когда форма облучаемого объема максимально приближена к форме (конфигурации) опухоли. С одной стороны, выполняется прецизионность (точность) облучения – когда в облучаемый объем попадают все части опухоли, которая может иметь неправильную форму, а с другой – селективность – когда ограничено (минимизировано) облучение окружающих опухоль нормальных тканей и критических органов.
КРИТИЧЕСКИЙ ОРГАН — ткань, орган или часть тела, облучение которых в условиях неравномерного облучения организма может причинить наибольший ущерб здоровью человека или его потомства.

КОНФОРМНАЯ ДЛТ
Линейный ускоритель. Многолепестковый коллиматор.
Необходим для проведения конформного облучения. При помощи установленных лепестков (толщиной 1-5мм) можно сформировать поле облучения по краю опухоли с необходимыми отступами и тем самым минимизировать облучение окружающих тканей, полностью или частично закрывая их.

АЛГОРИТМ ДЕЙСТВИЙ ЛУЧЕВОГО ТЕРАПЕВТА.

ЛТ С ФИКСАЦИЕЙ ПАЦИЕНТА.
Фиксирующее устройство и индивидуальная фиксирующая маска.

ЛТ С ФИКСАЦИЕЙ ПАЦИЕНТА.

ЛТ С ФИКСАЦИЕЙ ПАЦИЕНТА.
Пациент уложен на фиксирующее устройство

ЛТ С ФИКСАЦИЕЙ ПАЦИЕНТА.

ЛТ С ФИКСАЦИЕЙ ПАЦИЕНТА.

ЛТ С ФИКСАЦИЕЙ ПАЦИЕНТА.
КТ РАЗМЕТКА

ЛТ С ФИКСАЦИЕЙ ПАЦИЕНТА.
КТ РАЗМЕТКА

ЛТ С ФИКСАЦИЕЙ ПАЦИЕНТА.
КТ РАЗМЕТКА

ЛТ С ФИКСАЦИЕЙ ПАЦИЕНТА.
КТ РАЗМЕТКА

3D – планирование ЛТ
CTV
GTV
Компьютерная томограмма

3D планирование ЛТ
Облучаемая область вводится послойно на каждом КТ скане
(GTV + CTV)

3D – планирование ЛТ (Fusion)
МРТ – исследование + Разметка
CTV
GTV

3D – планирование ЛТ (Fusion)
МРТ – исследование +КТ
CTV
GTV

3D – планирование ЛТ (Fusion)
МРТ – исследование +КТ
CTV
Левый глаз
Правый глаз

3D – планирование ЛТ. Изодозное распределение
Выбор «активного» поля

3D – планирование ЛТ. Изодозное распределение
Контроль «критических» зон.
Левый глаз
Правый глаз

3D – планирование ЛТ. 3D реконструкция.
CTV
Левый глаз
Правый глаз

3D – планирование ЛТ. Гистограмма Доза-Объем.

3D – планирование ЛТ. При РПЖ.
PTV
Мочевой пузырь
Прямая кишка

3D – планирование ЛТ. 3D реконструкция.
3D – планирование ЛТ. 3D реконструкция.
PTV
Мочевой пузырь
Прямая кишка

3D – планирование ЛТ. Изодозное распределение

3D – планирование ЛТ. План лечения.

ДЛТ. Конформное облучение.

IMRT многольный метод лучевой терапии
Rapidarc (Динамическая арка) метод лучевой терапии

СТРОЕНИЕ ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ ЭЛЕКТРОНОВ
В отличии от гамма аппаратов, в головке медицинского ускорителя электронов нет источника ионизирующего излучения

ВИДЫ ЛИНЕЙНЫХ УСКОРИТЕЛЕЙ
Линейные медицинские ускорители.

КОНТАКТНАЯ ЛУЧЕВАЯ ТЕРАПИЯ ЭТО
Контактная лучевая терапия - Контактное воздействие производится при непосредственном приложении источника излучения к ткани опухоли, производится интраоперативно или при поверхностно расположенных новообразованиях.

БРАХИТЕРАПИЯ ЭТО:
Брахитерапия — вид радиотерапии, когда источник излучения (Ra-226, Ir-192, I-125, Cs-137, Co-60) вводится внутрь поражённого органа. Преимущество метода заключается в возможности подведения максимальных доз лучевой терапии непосредственно на опухолевый очаг и в зону интереса при минимизации воздействия на критические органы и смежные ткани.

БРАХИТЕРАПИЯ
Для лечения рака предстательной железы используются различные методы лечения и их комбинации:
Дистанционная лучевая терапия
Хирургическое лечение
Брахитерапия
Гормональная терапия.
Выбор методики осуществляется на основе оценки анамнестических данных: стадия по TNM, инициальный уровень ПСА, Индекс Глисона, Объем предстательной железы.
На примере лечечния рака предстательной железы рассмотрим контактный метод лучевой терапии (брахитерапия)

БРАХИТЕРАПИЯ
Проведение брахитерапии рака предстательной железы проводят под контролем и планированием ТРУЗИ.
По отношению к другим методам лечения РПЖ, брахитерапия имеет преимущество в виде низкого процента развития импотенции после проведенного лечения.

Брахитерапия I-125 (LDR). Станок для снаряжения интрастатов.

Брахитерапия I-125. Станок для снаряжения интрастатов.
Установлена кассета с микроисточниками I-125
Смотровое «окно»

Брахитерапия I-125 (LDR). Станок для снаряжения интрастатов.
Микроисточники I-125 на фиксирующей нити

Брахитерапия I-125 (LDR). Станок для снаряжения интрастатов.
Мандрены и
Интрастаты со шкалой, шаг 5 мм
Фиксатор для мандрена на станке

Брахитерапия I-125 (LDR). Планирующая система.
Аппарат УЗИ
Ноутбук с программой дозиметрического планирования

БРАХИТЕРАПИЯ I-125 (LDR). ДОЗИМЕТРИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ.

Брахитерапия I-125 (LDR). План лечения.

Брахитерапия I-125 (LDR). Контейнер для интарстатов.

Координатная направляющая решетка
Ректальный
УЗ датчик
Брахитерапия I-125(LDR). Методика.

Ректальный
УЗ датчик
Координатная направляющая решетка
Брахитерапия I-125. Методика.
Интарстаты с микроисточниками I-125

Верификация имплантированных источников

Брахитерапия Ir-192 (HDR). Планирующая система.
Аппарат УЗИ
Компьютер с программой дозиметрического планирования

Брахитерапия Ir-192 (HDR). Методика.
Ректальный
УЗ датчик
Координатная направляющая решетка
Интарстаты для введения микроисточника Ir-192

Брахитерапия Ir-192 (HDR). Методика.
Дозиметрическое планирование.

Брахитерапия Ir-192 (HDR). Методика.
Дозиметрическое планирование.

Брахитерапия Ir-192 (HDR). Методика.
План лечения.
Установленные интрастаты

Брахитерапия Ir-192 (HDR). Контейнер с источником .

Брахитерапия Ir-192 (HDR). Методика.
Интрастаты подключены к контейнеру с микроисточниками Ir-192. Лучевая терапия проходит за 1 сеанс далее источники возвращаются в контейнер.

БРАХИТЕРАПИИ
Планирование и распределение дозы как и при малой так и при высокой мощности дозы проводится непосредственно перед сеансом брахитерапии. «Конформность» при брахитерапии достигается за счет мощности источников и месте их установки.

ПРИМЕР АПЛИКАЦИОННОЙ КОНТАКТНОЙ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ

АПЛИКАЦИОННАЯ ЛУЧЕВАЯ ТЕРАПИЯ
Этапы подготовки и проведение апликационной ЛТ схожи с этапами брахитерапии, за исключением того что источник находится снаружи тела в специализированном апликаторе. Чаще всего в виде источника используется 192-Ir

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ.
Уменьшение размеров опухоли по данным УЗИ, R-графии, КТ, МРТ, ПЭТ.
Снижение уровня специфических онкомаркеров в крови.
Положительные изменения в формуле крови.
Купирование симптомов при паллиативной ЛТ

ЛУЧЕВЫЕ РЕАКЦИИ И ПОВРЕЖДЕНИЯ
Лучевые реакции и повреждения – патологические изменения, возникающие в результате воздействия ионизирующей радиации при проведении лучевой терапии в ходе лечения онкологических заболеваний.
Возникают эти реакции как правило через 2 иногда 3 недели после начала проведения ЛТ.

ОСТРЫЕ РАДИАЦИОННЫЙ ПОВРЕЖДЕНИЯ.
ШКАЛА RTOG