Файл: Обоснование выбора темы и ее актуальность 7.docx

1.3. Известные методы верификации положения

Существует большое количество различных средств и методов, позволяющих проводить верификацию положения пациента и мишени относительно изоцентра ускорителя. За счет использования различных методик, основанных на разных физических принципах, эти методы могут существенно отличаться между собой. Эти методы можно разделить на две категории: радиационные и нерадиационные.³¹

К нерадиационным методам можно отнести применение ультразвука, оптических камер, электромагнитных трекеров и магнитно-резонансных томографов. Общим преимуществом нерадиационных методов является отсутствие воздействия ионизирующего излучения на пациента, что несомненно является существенным преимуществом, особенно в тех случаях, когда верификацию положения необходимо проводить достаточно часто.

К радиационным методам относят получение информации о внутренней структуре пациента за счет получение проекционных изображений с использованием рентгеновского излучения.³²

Повышение степени конформности облучения патологической мишени в современной лучевой терапии приводит в то же время к возрастанию рисков неполного контроля опухоли за счет геометрической погрешности позиционирования пучков, выхода части мишени из пучка и образования “холодных” зон внутри мишени. Для статического режима конформного облучения такие эффекты возможны на краях мишени, а для технологий IMRT/VMAT – во всем объеме мишени, если не будут взаимно компенсированы неоднородности дозы, возникающие в результате модуляции пучка. Таким образом, современные методы лучевой терапии предъявляют повышенные требования к геометрической точности позиционирования пациента и мишени в его теле.

Ультразвуковой метод верификации. В настоящее время трёхмерная ультразвуковая визуализация используется, в основном, при раке простаты, молочной железы и гинекологических локализациях мишени. Применение ультразвукового метода требует наличия специальных навыков у пользователя для получения достаточно хорошего качества изображений. Очень важным фактором является умение правильно интерпретировать полученные изображения.

Широкое распространение получили такие коммерческие продукты как BAT, SonArray, Clarity/ Геометрическая точность находится в диапазоне от 3 до 5 мм.

---

³³

Данный метод является перспективным за счет возможности получения изображений хорошего качества и неинвазисности. Недостатком метода является существенная зависимость от навыков, знаний и опыта пользователя. Так же имеются ограничения, связанные с определённым спектром локализаций, для которых можно применить данную технологию. Тем не менее, ультразвуковой метод может быть использован для контроля межфракционных смещений мишени и внутренних органов, а также для контроля наполненности мочевого пузыря и кишечника, расположенных вблизи мишени.³⁴

Оптический метод верификации. Данный метод верификации основан на определении расположения поверхности тела пациента относительно изоцентра с использование специализированных камер. За счет определения расстояния от пациента до камеры строится трёхмерная модель тела в пространстве относительно аппарата. Можно выделить следующие преимущества данного метода: неинвазивность, отслеживание положения в течение всего сеанса облучения и возможность контроля дыхания.

Несмотря на множество достоинств подобной системы, необходимо также помнить и об ограничениях. Например, для стереотаксического облучения легких, из-за больших неопределенностей в корреляции движений поверхности и внутренних органов. Также и для опухолей головного мозга поверхность лица не может являться 100% отражением положения внутричерепной мишени. В данном случае необходимо более тщательно выбирать зону интереса.

Электромагнитные трекеры. Системы электромагнитных трекеров основаны на использовании специализированных транспондеров, которые вживляются в опухоль. За счет детектирования сигнала от этих транспондеров возможно определить их положение в пространстве. Причем данная методика за счет достаточной инерционности системы позволяет отслеживать положение опухоли в реальном времени. Геометрическая точность данной методики составляет порядка 2 мм. Однако наличие транспондеров может привести к возникновению артефактов на КТ или МРТ изображениях, так же существуют ограничения на размеры пациента, которому вживляются электромагнитные метки. На данный момент методика применяется в основном при проведении терапии простаты.³⁵

Магнитно-резонансная томография. За счет высокого разрешения мягких тканей использование МРТ для верификации положения пациента позволяет добиться высокой геометрической точности 1-2 мм. Тем не менее, МРТ имеет ряд недостатков, связанных с артефактами движения пациента и неоднородностью магнитных полей. Так же такого рода методика не может быть выполнена на пациентах с кардиостимуляторами или металлическими имплантами.

---

Представленные выше методы и средства верификации положения пациента используются в различных клиниках мира. Стоит отметить, что даже наличие такого преимущества как отсутствие ионизирующего излучения, не позволило этим методам получить столь широкое распространение в сравнение с радиационными методами.

К радиационным методам верификации можно отнести методы, реализующие работу с рентгеновским пучком излучения. В качестве источника излучения может выступать терапевтический ускоритель с максимальной энергией в спектре до 6 МэВ или рентгеновская трубка с максимальной энергией в спектре до 150 кэВ. При регистрации детектором рентгеновского излучения, прошедшего через тело пациента, образуется проекционное изображение или теневая картинка. Отсюда и произошло название метода, использующего проекционные изображения как основу верификации пациента – лучевая терапия под контролем по изображениям (ЛТКИ).³⁶

Получение проекционных изображений в пучке излучения ускорителя носит разные названия: портальная визуализация, мегавольтная (МВ) визуализация, визуализация в МВ пучке.

В качестве детектора используется электронное устройство визуализации, в англоязычной терминологии – electronic portal imaging device (EPID). Для регистрации излучения в портальной визуализации используются плоскопанельные детекторы рентгеновского излучения, оптимизированные под высокоэнергетическое излучение.

Оптимизация заключается в использование более чувствительного сцинтиллятора (однако при этом падает пространственная разрешающая способность) и применение специальных защитных экранов, обеспечивающих существенное уменьшение радиационной нагрузки на электронные компоненты детектора.³⁷

Использование в портальной визуализации высокоэнергетического излучения приводит к тому, что на проекционных изображениях такого типа достаточно сложно различить мягкие ткани между собой. В связи с этим позиционирование происходит исключительно по костным структурам, а это в свою очередь приводит к тому, что отсутствует возможность контролировать изменения положения мишени относительно костной структуру и невозможность отслеживать морфологические изменения внутренних органов.

---

Для решения этих задач производители аппаратов уменьшают максимальную энергию излучения до 2-3 МэВ, что позволяет повысить качество изображений. Однако существенного улучшения изображения достигнуть не получается. В дополнении к портальной визуализации использование детектора позволяет проводить процедуру дозиметрии излучения и оценку параметров поля излучения.

Получение проекционных изображений в пучке излучения от рентгеновской трубки так же имеет разные названия – рентгеновская визуализация, Кв визуализация, визуализация в кВ пучке. Использование рентгеновского излучения с максимальной энергией в диапазоне от 80 до 150 кэВ позволяет получать проекционные изображения с высоким качеством. При этом поглощённая доза в пациента находится в приемлемых границах.

Для минимизации движений пациента и мишени как в пределах времени подведения одной фракции облучения (интрафракционное смещение), так и при последовательных укладках от фракции к фракции (интерфракционное смещение) применяются различные системы иммобилизации³⁸. Так, для фиксации головы используются термопластиковые маски различных типов, стереотаксические рамки, а для фиксации торса – вакуумные матрацы, маски и специализированные панели для размещения пациента. Оборудование всех типов крепится на терапевтическом столе ускорителя в строго заданных положениях, обеспечивая стабильность геометрии облучения.

Дополнительный контроль положения мишени обеспечивается с помощью средств визуализации после выполнения укладки пациента с последующим совмещением расчетных и измеренных цифровых изображений и внесением необходимых поправок в координаты терапевтического стола. Одним из наиболее точных методов верификации положения и формы мишени является компьютерная томография в коническом пучке (Cone Beam Computer Tomography, CBCT), реализованная с помощью рентгеновской трубки и цифрового рентгеновского детектора, закрепленных на гантри ускорителя. Этот метод позволяет провести 3D реконструкцию и визуализацию мягких тканей, а не только костных структур, обеспечивает высокое качество получаемых изображений. При отсутствии киловольтного источника и детектора положение пациента контролируется по паре ортогональных изображений, полученных устройством портальной визуализации в мегавольтном пучке.

Целый ряд работ посвящен исследованию точности позиционирования пациента при использовании различных систем иммобилизации, оценке интер- и интрафракционных смещений мишени. В работе

---

³⁹ средствами CBCT исследованы интерфракционные смещения при использовании термопластиковых масок MEDTEC S-типа для фиксации головы. Установлено, что смещения составили 0,5±1,5, –0,3±2,0 и 0,3±1,7 мм в боковом, продольном и передне-заднем направлении соответственно.

Высокая стабильность позиционирования мишени была получена в работе⁴⁰ для масок типа Raycast-HP фирмы Orfit: смещения составили 0,75±0,6, 0,93±0,78 и 0,74±0,53 мм соответственно в указанных выше направлениях, а медианный и средний векторы смещения были равны 1,28 и 1,59 мм. Исследование⁴¹ трех типов масок Posifix с фиксацией только головы или головы и плеч показало, что случайная и систематическая погрешность положения мишени близки между собой и составляют 1,8 мм в области головы и 2,8 мм в области плеч. В работе⁴² при стереотаксическом облучении с фиксацией масками ScotchCast Plus было получено среднее смещение изоцентра 1,8 мм при среднеквадратичном отклонении 1,4 мм. Близкие значения получены и в работе⁴³ для масок типа ScotchCast: средние смещения были равны 0,35±0,41, 1,22±0,25 и –0,74±0,32 мм в боковом, передне-заднем и продольном направлении соответственно, а общая погрешность положения мишени была равна 1,80±0,60 мм.

Приведенные данные позволяют сделать вывод о высокой эффективности термопластических масок различных фирм-изготовителей для иммобилизации головы. Однако информации по точности фиксации масками органов таза, в частности, при облучении простаты, недостаточно. Данная локализация имеет существенно большие возможности смещения как мишени, так и органов риска, менее жесткую привязку мишени к костным структурам, а также позволяет использовать различные варианты укладки и иммобилизации пациента, сравнительные достоинства и недостатки которых являются предметом исследований.

---