Первостепенной задачей лучевой терапии на протяжении всего периода ее применения является соблюдение основного радиотерапевтического принципа: максимальное повреждающее действие на опухоль и уменьшение лучевой нагрузки на окружающие здоровые ткани.

Согласно заключению экспертов ВОЗ, успех лучевой терапии примерно на 50% зависит от радиочувствительности опухоли, на 25% — от аппаратного оснащения и на 25% — от выбора рационального плана лечения и точности его воспроизведения от сеанса к сеансу облучения [1].

Появление в последние годы современного радиотерапевтического оборудования, развитие диагностической и радиотерапевтической техники, все более широкое внедрение рентгеновских компьютерных томографов в практику дозиметрического планирования, применение современных высокопродуктивных алгоритмов расчета доз привели к развитию новой методики облучения — конформной лучевой терапии.

В настоящее время термин «конформная лучевая терапия» применяется для условий облучения, при которых изоповерхность высокой дозы соответствует заданной мишени [6]. Для достижения конформности лечебные центры используют разные методы в зависимости от имеющихся у них технических средств.

При подготовке к конформной лучевой терапии используется объемное (трехмерное) планирование (3D), позволяющее перейти от применявшихся ранее расчетов распределения доз по одноплоскостным сечениям-срезам тела на уровне середины мишени — двухмерного планирования (2D) — к объемному, что дает возможность создать необходимое распределение дозы по всему объему мишени с максимумом в зоне опухоли и снизить до минимума дозовые нагрузки в зоне окружающих здоровых тканей.

При двухмерном планировании предполагается, что опухоль имеет цилиндрическую геометрию, т.е. в сечениях, отличных от сечения, проходящего через середину опухоли, она имеет приблизительно такую же форму, как и в центральном сечении. При таком подходе достаточно выбрать ширину прямоугольного пучка в сечении, проходящем через середину опухоли. При 2D-планировании такой параметр, как высота поля облучения, касающийся объема опухоли, назначается исходя из предыдущего опыта либо на основе некоторых стандартов, выработанных в лечебном учреждении. При 3D-планировании учитываются индивидуальные особенности больного в каждом сечении. Это позволяет рассчитать не только точные значения ширины и высоты пучка, но и положение коллиматора, а также использовать блоки и клиновидные фильтры для формирования пучка излучения. В отличие от трехмерного планирования, при двухмерном невозможно учесть индивидуальные особенности пространственного распространения опухоли и расположения жизненно важных органов.

В процессе диагностики и подготовки к лучевому лечению большое значение имеет максимально точное определение распространенности опухолевого процесса: локализации, размеров и конфигурации опухолевых очагов, являющихся мишенью радиотерапевтического воздействия, а также оценка состояния находящихся рядом критических органов. При этом обязательно использование максимально возможной информации, получаемой при применении современных диагностических (рентгенологических, ультразвуковых, радиоизотопных) методов исследования.

Предлучевая подготовка пациента для трехмерного планирования должна осуществляться с помощью компьютерного томографа. Для получения данных, необходимых для планирования лучевой терапии, следует соблюдать условия, идентичные условиям проведения в дальнейшем лучевой терапии. Компьютерная томография для планирования лучевой терапии проводится с использованием всех приспособлений (подголовники, фиксирующие приспособления), необходимых для укладки больного. Обязательным является получение в качестве исходной топометрической информации набора компьютерных томограмм по всей высоте распространенности процесса и зон профилактического облучения. Шаг сканирования определяется в зависимости от конкретной клинической ситуации. На каждой полученной таким образом томограмме проводится обрисовка объемов мишени и критических органов [4, 5, 7].

Основные концепции, связанные с выделением объемов облучения, описаны в докладах Международной комиссии по радиационным единицам и измерениям N 50 и N 62 [2, 3]; схема объемов облучения представлена на рис. 1 (см. бумажную версию журнала).

GTV (Gross Tumor Volume) — макроскопический объем опухоли — представляет собой пальпируемый или визуализируемый инструментально объем опухоли. Макроскопический объем может состоять из первичной опухоли, метастазов в лимфатических узлах или других метастазов. Обычно он соответствует той части опухоли, где концентрация опухолевых клеток наибольшая. Если опухоль была удалена хирургически, определить данный объем невозможно.

CTV (Clinical Target Volume) — клинический объем мишени — включает все объемы, в которых необходимо ликвидировать макроскопические и/или микроскопические проявления злокачественной опухоли: макроскопический объем опухоли и ткани, в которых имеется вероятность микроскопической опухолевой инвазии (часто толщина такой области составляет 1 см). Если проводится послеоперационный курс лучевой терапии, то может быть задан только объем CTV.

PTV (Planning Target Volume) — планируемый объем мишени — включает клинический объем с добавлением (для надежности) дополнительного отступа, что связано с возможным изменением положения органов при дыхании больного, подвижностью определенных органов (желудок и др.), особенностями оборудования (в частности, отсутствием возможности жесткой фиксации больного) и с учетом погрешностей при укладках пациента. Это геометрическое понятие определяется для того, чтобы, приняв во внимание суммарный эффект всех возможных геометрических неточностей, выбрать наиболее подходящие размеры и конфигурацию полей облучения и быть уверенным в том, что назначенная доза действительно поглотилась в объеме клинической мишени.

TV (Treated Volume) — объем, подвергаемый лечебному воздействию, — определяется как объем, ограниченный изодозной кривой, выбранной лучевым терапевтом как наиболее подходящей для достижения цели лечения. В идеале TV должен быть идентичен PTV.

IV (Irradiated Volume) — облучаемый объем — объем тканей, к которому подводится доза, которая может повлиять на толерантность нормальных тканей. Расчет дозного распределения в объеме тканей, подвергаемых облучению, необходим для определения дозы, получаемой в процессе лечения окружающими опухоль здоровыми тканями и критическими органами. Выбор параметров облучения проводится с учетом уровней толерантности окружающих нормальных тканей.

Важнейшей целью объемного планирования является достижение такого дозного распределения, при котором PTV был бы охвачен высокой, однородной дозой. Геометрия лечебной изодозы при этом должна повторять форму PTV. Необходимо отметить, что конформная лучевая терапия не предполагает применения маленьких, узких полей облучения, а лишь подчеркивает, что доза точно повторяет контуры PTV.

Расчет планов облучения осуществляется с использованием специальных программ. Современные системы планирования лучевой терапии работают на быстродействующих компьютерах, позволяющих осуществлять быстрый расчет математических операций, а также работать с трехмерной графикой. Для ввода исходной информации о пациентах, полученной с помощью рентгеновских или магнитно-резонансных компьютерных томографов, применяется широкий набор носителей, используемых на томографах: магнитооптические диски, флоппи-дискеты, магнитные ленты. Наиболее быстрым и надежным способом передачи информации от томографа к системе планирования является использование компьютерной сети. Если указанные способы передачи данных применять нельзя, имеется возможность считывать информацию непосредственно с фотопленок при помощи устройства сканирования пленок. Кроме того, в некоторых (старых) системах планирования используются дигитайзеры для ввода информации со срезов. Для документирования рассчитанных планов лечения применяют принтеры (текстовая информация) и плоттеры (графическая информация).

В НИИ онкологии и медицинской радиологии им. Н.Н. Александрова на начальном этапе исследования имелись две системы трехмерного планирования лучевой терапии: система PLATO, разработанная компанией «Nucletron» (Нидерланды), и система HELAX, разработанная одноименной компанией (Швеция) и поставленная вместе с ускорителем «Mevatron-KD2» компанией «Siemens» (Германия). В марте 2005 г. в НИИ установлен и готовится к использованию современный радиотерапевтический комплекс фирмы «Varian», в состав которого входит планирующая система ECLIPSE.

Для реализации правильного и точного распределения дозы в объекте необходимо иметь в системе планирования модель источника излучения. Она создается путем введения в систему данных о параметрах полей облучения в радиотерапевтическом аппарате. Такие данные получают с помощью автоматизированных водных фантомов и клинических дозиметров.

В настоящее время передача информации с компьютерного томографа в трехмерные системы планирования PLATO и HELAX осуществляется через локальную сеть института, объединяющую топометрические устройства (томографы), системы планирования (как правило, несколько рабочих мест), симуляторы, аппараты для лучевой терапии (ускорители, гамма-терапевтические установки) и т. п.

Процесс планирования начинается с генерирования трехмерной модели пациента. При этом используется серия параллельных компьютерных томографических сканов. Анатомические структуры и планируемый объем мишени определяются на каждом из сканов вручную или с помощью автоматической процедуры, основанной на знании диапазона чисел Хаунсфилда для каждого из критических органов и других анатомических структур (объемов интереса). В подсистеме обработки изображений (IPS) системы планирования PLATO пользователь может определить диапазон чисел Хаунсфилда для каждого из типов тканей выбранного объема либо использовать рекомендуемый в качестве исходного диапазон. Если сгенерированный автоматически контур зоны интереса не устраивает пользователя, его можно отредактировать вручную. Построение контуров, соответствующих объему первичной опухоли, клиническому и планируемому объему мишени, должно осуществляться с учетом не только компьютерной томографической информации, но и всех данных, имеющихся в истории болезни.

Чтобы обеспечить расчет распределения дозы, данные, имеющиеся в серии изображений, необходимо преобразовать в трехмерное распределение электронной плотности, что обычно выполняется путем преобразования чисел Хаунсфилда в единицы относительной электронной плотности.

Процедура планирования состоит из выбора возможного набора пучков облучения (полей) с учетом веса каждого из полей, использования клиновидных фильтров, устройств формирования полей (блоков, мантий и т. п.). Распределение дозы рассчитывается и отображается на экране дисплея совместно с анатомическими структурами (рис. 2, см. бумажную версию журнала).

Важным положительным свойством системы планирования является возможность построения реконструированного цифровым способом снимка пациента для каждого из полей облучения. Такой снимок необходим для дальнейшего сравнения с изображением, полученным на симуляторе, с целью верификации плана облучения, индивидуального для каждого пациента (рис. 3, см. бумажную версию журнала). При этом конечный результат можно оценивать путем сравнения получающегося распределения дозы с формой планируемого объема мишени и критических органов. Дополнительным средством оценки качества плана облучения является использование гистограмм доза—объем (DVH — Dose Volume Histogram). DVH представляет собой график распределения дозы в облучаемом объеме. Для идеального распределения дозы по отношению к планируемому объему мишени гистограмма доза—объем имеет форму прямоугольника. С помощью гистограмм можно определить следующие характеристики дозовых распределений: стандартные отклонения дозы на опухоль, минимальные и максимальные дозы, средние дозы, медианные дозы на критические органы.

Проводится расчет нескольких планов облучения, строятся гистограммы доза—объем для каждого плана: PTV и каждого критического органа. На основе анализа DVH выбирается оптимальный план из созданных. При этом оптимальным считается тот план, для которого доза на опухоль максимальна (на PTV должно прийтись не менее 95% дозы), а на критические органы минимальна.

Целью исследования было сравнение результатов трехмерного и двухмерного планирования лучевой терапии, а также определение тех условий, при которых трехмерное планирование даст улучшенные планы облучения по сравнению с двухмерным.

Улучшенные планы облучения можно охарактеризовать следующими вариантами сравнения:

а) значительно лучшие показатели равномерности облучения опухоли при сохранении одного и того же уровня облучения жизненно важных органов;

б) значительное снижение лучевых нагрузок на жизненно важные органы при одних и тех же показателях равномерности облучения опухоли;

в) значительно лучшие показатели по равномерности облучения опухоли и по снижению лучевых нагрузок на жизненно важные органы и ткани.

Очевидно, что для сравнения двухмерного плана облучения с трехмерным необходимо воспроизвести двухмерный план в трехмерной среде, а именно в той среде, в которой был создан трехмерный план. Для этого выбирается изображение в трехмерной среде на уровне середины опухоли. Выбор параметров пучков, их количества, направления облучения осуществляется таким же образом, как и при двухмерном планировании. Следует заметить, что при этом угол коллиматора остается фиксированным, не используются формирующие блоки и клиновидные фильтры. Рассчитываются гистограммы доза—объем для опухоли и жизненно важных органов, расположенных вблизи опухоли, для трехмерного и двухмерного планов и проводится сравнение этих гистограмм.

Основной задачей облучения любых злокачественных опухолей является облучение опухоли одинаковой дозой по всему объему и максимальная защита жизненно важных органов и тканей, поэтому важнейшим показателем для опухоли является стандартное отклонение дозы от заданного уровня. При защите жизненно важного органа часть его объема, расположенного близко к опухоли, может получить большую дозу, сравнимую с дозой в опухоли, остальная часть органа получит небольшую дозу, поэтому основными показателями для сравнения доз на жизненно важные органы являются величины средних доз и величина объема органа, получившего дозы выше его толерантного уровня.

В рамках исследования проведена предлучевая подготовка с использованием 3D-планирования у 60 больных с опухолями различных локализаций (лимфогранулематоз — 16, опухоли головного мозга — 14, рак легкого — 11, предстательной железы — 5, прямой кишки — 3, молочной железы — 1, забрюшинного пространства — 2, поджелудочной железы — 2, верхней челюсти — 2, носоглотки — 2, мягких тканей — 1, тела матки — 1).

При объемном планировании лучевого лечения можно создать уникальные условия для подведения лучевого воздействия, однако надо принимать во внимание реальные возможности воспроизведения разработанных планов с учетом имеющихся технических средств.

Было проведено сравнение двухмерных и трехмерных планов облучения на линейном ускорителе электронов «Mevatron-KD2» фирмы «Siemens» для нескольких опухолевых локализаций по двум показателям: стандартное отклонение дозы от заданного 100% уровня в мишени и средняя доза для критических органов (табл. 1—5, см. бумажную версию журнала). Выполнено также сравнение гистограмм для объемного и плоскостного планирования у каждого больного.

Сравнение результатов 2D- и 3D-планирования облучения опухолей головного мозга (табл. 1, см. бумажную версию журнала) показало, что при 3D-планировании получены лучшие показатели по равномерности облучения опухоли и по снижению лучевых нагрузок на жизненно важные органы и ткани. Среднее стандартного отклонения дозы относительно 100% уровня в мишени для трехмерных планов облучения в 1,3 раза меньше, чем для результатов 2D-планирования. Значительно меньше (приблизительно в два раза) лучевые нагрузки на глаза.

При опухолях легких (табл. 2, см. бумажную версию журнала), предстательной железы (табл. 3, см. бумажную версию журнала), прямой кишки (табл. 4, см. бумажную версию журнала), лимфогранулематозе (табл. 5, см. бумажную версию журнала) 3D-планирование позволило получить значительно лучшие показатели равномерности облучения опухоли (среднее стандартного отклонения дозы для PTV при 3D-планировании в 1,6—2,7 раза меньше, чем при 2D-планировании) при сохранении приблизительно одного и того же уровня облучения жизненно важных органов.

На рис. 4 и 5 (см. бумажную версию журнала) представлены гистограммы доза—объем (DVH) для планируемого объема мишени (PTV) при раке предстательной железы и критических органов (мочевой пузырь, прямая кишка) для 2D- и 3D-планирования.

Как видно из данных, представленных на рисунках, объемное (3D) планирование позволяет получить лучшее распределение дозы для мишени-опухоли (гистограмма имеет форму прямоугольника) и уменьшить лучевую нагрузку на мочевой пузырь.

Таким образом, сравнительный анализ результатов предлучевой подготовки у включенных в исследование больных с использованием 3D- и 2D-планирования показал, что объемное планирование позволило во всех случаях получить преимущество по PTV при сохранении той же дозы на окружающие здоровые ткани или ее уменьшении. В связи с этим требуются дальнейшие исследования и накопление клинического материала по применению объемного планирования, особенно при проведении лучевого лечения на современном радиотерапевтическом оборудовании.

Литература 

1.      Дарьялова С.Л., Бойко А.В., Черниченко А.В. // Рос. онкол. журнал. — 2000. — N 1. — С. 48—55.

2.      ICRU Report 50: Prescribing, Recording and Reporting Photon Beam Therapy. — Bethesda: International Commission on Radiation Units and Measurements, 1993.

3.      ICRU Report 62: Prescribing, Recording and Reporting Photon Beam Therapy. — Bethesda: International Commission on Radiation Units and Measurements, 1999.

4.      Leibel S.A., Kutcher G.J., Mohan R. et al. // Semin. Radiat. Oncol. — 1992. — V.2. — P. 274—289.

5.      Lichter A.S., Sandler H.M., Robertson J.M. et al. // Semin. Radiat. Oncol. — 1992. — V.2. — P. 257—266.