Статьи по Брахитерапии

Способ дозиметрического планирования внутритканевой брахитерапии при органосохраняющем лечении рака молочной железы

18.06.2010

Суть способа:

Способ может быть использован в медицине, в частности онкологии. Больные подвергаются внутритканевой брахитерапии при органосохраняющем лечении рака молочной железы. Используют дозиметрический план, с 32-мя позициями, 12 в верхней плоскости и 20 в нижней, расположенных равномерно через 15 мм, шагающего источника с размером шага 5 мм, Иридий-192 в аппарате «Микроселектрон HDR» в двухплоскостном имплантате активной длиной 60 мм из семи игл - три в верхней плоскости и четыре в нижней. Способ позволяет уменьшить риск рецидива злокачественных опухолей.

Описание способа:

Способ относится к области медицины, в частности онкологии, лучевой терапии рака молочной железы (РМЖ).

Рак молочной железы занимает лидирующее положение среди злокачественных опухолей у женщин. По оценке экспертов ВОЗ к 2000 году в мире будет ежегодно выявляться от 800 тыс. до 1 млн. новых случаев РМЖ. К сожалению, показатели смертности от рака молочной железы остаются высокими, составляя 1/3-1/2 от числа заболевших. До настоящего времени наиболее распространенной при РМЖ операцией в нашей стране остается радикальная мастэктомия. Это вмешательство является по существу калечащим, сопровождается целым рядом осложнений, приводит к тяжелой инвалидизации до 50% оперированных. Качество жизни пациентов, перенесших радикальную мастэктомию, в большинстве случаев остается неудовлетворительным. С начала 70-х годов в западной Европе и США получают все более широкое распространение органосохраняющие операции при раке молочной железы, в ряде случаев эти вмешательства дополняются лучевой или химиотерапией, в последние 10-15 лет наметилась тенденция к применению органосохраняющих операций и в нашей стране, новые возможности для успешного проведения консервативного лечения РМЖ появились с развитием современных компьютерных технологий конформальной радиотерапии и, в частности, внутритканевой аппаратной брахитерапии.

Широко применяемые в различных центрах те или иные виды органосохраняющего лечения сопровождаются высокой частотой (до 50%) местно-регионарного рецидивирования и неудовлетворительными косметическими результатами из-за отсутствия четких критериев отбора, неадекватно выполненного местного лечения и, особенно, лучевой терапии. Направленное лучевое воздействие на главный источник рецидивов - микрофокусы рака с помощью современной конформальной брахитерапии обеспечит стойкое выздоровление и полноценную психологическую, а также социальную реабилитацию больных раком молочной железы.

Все, кто вовлечен в испытания органосохраняющих операций, хорошо осведомлены о ранних осложнениях. Уменьшение размера молочной железы наблюдается у большинства больных, а фиброз у небольшого их числа. Хронический отек молочной железы в результате этих операций встречается у 10-17% больных. Лучевые пневмониты и плевриты имели место в 2-3% случаев.

Для внутритканевой лучевой терапии в настоящее время используют проволочные источники диаметром наружной капсулы в пределах 1 мм. Тонкие источники на гибких проводниках устанавливаются в полые иглы или пластиковые катетеры, внутритканевая брахитерапия осуществляется источниками низкой активности цезия-137 в виде сборки - цепочки гранул длиной 3,5 мм, закрепленных на специальном проводнике, на расстоянии 10 мм друг от друга. Количество гранул в зависимости от потребности от 6 до 12 (соответственно активная длина сборки колеблется в пределах 50-110 мм), активность каждой гранулы равняется 3,5 мКи. Сорок пять - шестьдесят сборок различной активной длины хранятся в специальных многоканальных сейфах, из которых автоматически, по заданной программе загружаются в аппарат брахитерапии – «Микроселектрон» НМД, имеющий 15 каналов движения источников к пациенту. Сейчас предлагается большое количество наборов игл диаметром 1,9 мм, длиной от 110 до 210 мм и гибких пластиковых катетеров аналогичного диаметра и регулируемой длины. Вид интрастата - жесткий (иглы) или гибкий (катетеры) выбирается в зависимости от размера и расположения злокачественной опухоли. Параллельность и равномерность - основной принцип расположения интрастатов в мишени. При больших объемах первичной опухоли используют несколько рядов игл. Имеются также и специальные приспособления, облегчающие правильную геометрическую установку интрастатов. Рак молочной железы облучают 1-3 рядами интрастатов, установленных через параллельные пластиковые шаблоны (с 3-12 отверстиями) со специальными фиксаторами, регулирующими величину объема тканей, заключенных между пластинами. Отверстия расположены на расстоянии 10-16 мм. В последние годы вошло в практику внутритканевое облучение на аппаратах с шагающим источником иридия-192 длиной 3,5 мм, высокой (10 Ки) активности. Источник жестко сцеплен со стальным тросом длиной один метр и диаметром, аналогичным наружной капсуле источника (1,1 мм). Последовательное его расположение в интрастате в любой из выбранных 48 позиций через 2,5 или 5 мм имитирует множество точечных источников излучения, которое может создать излучающую линию длиной до 240 мм. Источник вмонтирован в аппарат «Микроселектрон HDR» ВМД с 18 каналами движения к пациенту, что позволяет устанавливать соответствующее число интрастатов. Таким образом, в отличие от предыдущей системы облучения с источниками цезия-137, врач не ограничен определенным набором источников с заданной активной длиной. В случае применения шагающего источника клиницист может использовать все вышеперечисленные методики постановки игл и катетеров, выбирая оптимальную траекторию движения источника в соответствии с особенностями формы мишени.

Большое количество статей были написаны в течение прошлого десятилетия о том как «оптимизировать» внутритканевые имплантации, с интересными спорами о том, как достигнуть лучше всего оптимальной однородности дозы в пределах имплантата или обеспечить оптимальный охват объема мишени. Примечательно, что этот вопрос возникал, только если имплантат геометрически расположен не оптимально относительно объема мишени. Мнение авторов относительно стандартного объема имплантата и компьютеризированного планирования заключается в том, что при внутритканевой имплантации придается меньшее значение правилам геометрии изодозного распределения, как этого придерживаются при использовании манчестерской и парижской систем. Выбор референтной изодозы стал проводиться несистематически и часто субъективно. В настоящее время имеются два важных направления совершенствования качества внутритканевых имплантаций. Первое - это технология, использующая принцип шагающего источника, при которой оптимизация дозного распределения достигается изменением времени стояния источника в каждой выбранной позиции. Второе - конформная брахитерапия на основе компьютерного изображения объема мишени независимо от объема имплантата, где проводится геометрическая оптимизация изодозного распределения. Для того чтобы обсуждать преимущества и недостатки оптимизации времени расположения (ВР) шагающего источника, необходимо рассмотреть основные механизмы того, как это выполняется. Все методы разделяют на фундаментальные характеристики - ВР изменяют, чтобы максимизировать (или минимизировать) некоторую функцию, в этом и заключается оптимизация. Наиболее важной является такая концепция, при которой процесс оптимизации будет настолько полезен, что функция, являясь математически оптимизированной, способна решить клиническую проблему. Одной из возможных ошибок оптимизации ВР является неспособность пользователя правильно математически задать требуемое изодозное распределение. Наиболее просто решается подобная задача при одиночном линейном аппликаторе с заданием двух равноудаленных от аппликатора точек, через которые должна пройти референтная изодоза. Имеется другой путь решения проблемы ВР оптимизации, при которой нет необходимости определять референтные точки дозной нагрузки. Это «геометрическая оптимизация», разработанная Edmunson et al. Алгоритм этого технического решения базируется на расположении позиций источников путем самопроизвольного расположения, причем позиции непосредственно служат как точки ограничения и позволяют осуществлять подведение дозы от каждого исходного местоположения и от всех других исходных местоположений источников равномерно в течение всего времени имплантации. Эта цель может быть приблизительно достигнута путем установки ВР в каждой позиции источника обратно пропорционально сумме квадратов расстояний ко всем другим точкам, однородность дозы в местах между источниками и работа алгоритма лучше всего достигаются если источники равномерно распределены по всему объему мишени.

До настоящего времени наиболее сложной и широко применяемой является оптимизация времени расположения в дозиметрической системе шагающего источника (ДСШИ) (van der Laarse, 1994). В этой системе правила распределения парижской системы несколько изменены, вместо использования активной длины источников, которая должна быть на 30% - 60% больше, чем протяженность мишени, применяются длины позиций источника с суммарной протяженностью излучающей линии, которая на 1 см короче величины мишени. Оптимизация ВР позволяет сформировать референтную изодозу, оптимально соответствующую объему мишени с минимальным поражением смежных тканей. Математический аппарат программы планирования использует геометрический алгоритм, чтобы распределить ВР источника по длине аппликатора и соответственно точкам оптимизации рассчитать ВР в каждом аппликаторе. Эта система, как и Парижская, уделяет большое внимание оптимизации геометрического распределения имплантатов и использует различную величину ВР для концентрации дозы внутри мишени. Следует подчеркнуть, что возможность удачного использования ДСШИ зависит от взаимного пространственного расположения аппликаторов и энергии излучения от каждого источника. Слишком часто ВР оптимизация используется для коррекции изодозного распределения в тех случаях, когда выбрано неудачное геометрическое расположение аппликаторов. Так как доза от источника падает обратно пропорционально квадрату расстояния и растет линейно по отношению ко времени аппликации, то эффективность манипуляции с ВР ограничена. Это может быть улучшено с помощью большего числа имплантаций, однако брахитерапия никогда не сможет эффективно лечить опухоли, расположенные на отдаленном расстоянии без высокого риска поражения окружающих тканей. Поэтому оптимизация времени расположения источника никогда не будет так важна, как оптимизация пространственного расположения имплантатов и позиции источника в них.

Современная методология учета дозной нагрузки при внутриполостном лучевом лечении изложена в докладе международной комиссии по радиационным единицам и измерениям (МКРЕ) N 38 «Спецификация доз и объемов для внутриполостной терапии в гинекологии», 1985 г. Основные положения этого документа, посвященные фундаментальным вопросам, надолго определили системный подход в планировании брахитерапии большинства злокачественных опухолей:

возможность симуляции линейных источников несколькими точечными, расположенными на равном расстоянии друг от друга, а также имитация их перемещением точечного источника, изменением типа перемещения (непрерывно или скачкообразно), скорости и времени задержки источника в различных позициях, благодаря чему модифицируется форма изодозных поверхностей;
технология дистанционной ручной или автоматической загрузки (remote afterloading - RAL) источника после установки аппликатора дает возможность скорректировать дозиметрический расчет до момента установки источников;
мощность дозы брахитерапии в конвенциальной радиевой терапии была в пределах 0,4-2 Гр/ч и обычно определялась как низкая мощность дозы (НМД), популярная RAL технология использует более высокую мощность дозы, которая определена как средняя - 2-12 Гр/ч (СМД) и > 12 Гр/ч - высокая (ВМД);
объем поглощенной дозы в брахитерапии определяется по величине выбранной радиотерапевтом изодозы, ограничивающей лечебный объем;
объем мишени входит в лечебный объем, должен быть физически измерен, описан относительно анатомических структур пациента и включать опухоль или любую другую ткань, содержащую опухоль;
референтный объем заключен под поверхностью референтной изодозы.

Не мене важными, чем в свое время МКРЕ-38, являются для внутритканевой брахитерапии рекомендации МКРЕ «Спецификация доз и объемов для внутритканевой терапии» 1996 г.:

спецификация радиоактивных источников должна быть произведена по мощности воздушной кермы на расстоянии 1 метр;
одноплоскостной имплантат определяется в случае, когда один или более источников располагаются в одной плоскости;
двуплоскостной имплантат содержит источники располагающиеся в двух плоскостях, параллельных друг другу;
большие имплантаты описываются согласно количеству плоскостей, а в случае отсутствия параллельности - как геометрическая фигура;
планируемый объем мишени практически идентичен клиническому объему опухоли;
лечебный объем заключает объем тканей, который занимает имплантат, ограниченный периферийной изодозой, этот объем в идеале приближается к клиническому объему мишени;
центральный план при параллельных плоскостях перпендикулярен и равно удален от концов имплантата, в других случаях центральный план перпендикулярен основному направлению источников и проходит через центр;
изодозное распределение рассчитывается в первую очередь в центральном плане;
заданная доза - доза, которую определяет радиотерапевт, периферическая доза - минимальная доза на границе клинического объема мишени;
средняя центральная доза - среднее арифметическое между локальными минимумами доз между источниками:
область высокой дозной нагрузки окружена изодозой, соответствующей 150% от средней центральной дозы в любом плане, параллельном центральному;
область низкой дозной нагрузки окружена 90% изодозой (относительно заданной дозы) и располагается в пределах клинического объема мишени;
индекс гомогенного распределения дозы определяется как отношение периферической минимальной дозы к средней центральной.

Технический результат настоящего способа состоит в значительном уменьшении риска рецидива злокачественной опухоли без лучевых осложнений с хорошим косметическим эффектом за счет подведения необходимой тумороцидной, добавочной дозы на ложе опухоли при органосохраняющем лечении, при условии выбора оптимального дозиметрического плана.

Нами для проведения внутритканевой лучевой терапии при органосохраняющем лечении рака молочной железы использовался двухплоскостной имплантат, состоящий из двух рядов игл со смещением верхнего ряда относительно нижнего по горизонтали на 5 мм. Иглы были расположены на расстоянии 10 мм друг от друга таким образом, что на поперечном срезе получалась фигура равнобедренной трапеции, разделенной на равнобедренные треугольники со стороной, равной 10 мм. Иглы прочно фиксировались двумя параллельными пластинами с соответствующим количеством отверстий, распределенных по вышеназванной схеме. Объем тканей молочной железы регулировался смещением параллельных пластин по оси игл. Внедрение игл в ложе, образованное после секторальной резекции молочной железы, производилось под местной или парентеральной анастезией, с таким расчетом, чтобы общий размер имплантата не превышал по периферии площадь секторальной резекции. Клинический объем мишени определялся равноудаленным (на 10 мм) от объема имплантата. Наиболее часто использовался двухплоскостной имплантат длиной 60 мм, состоящий из семи игл диаметром 1,9 мм общей длиной 210 мм. Поэтому сущность способа заключается в выборе оптимальной модели расположения позиций шагающего источника (размер шага 5 мм) Иридий-192, аппарат «Микроселектрон HDR» в двухплоскостном имплантате (длиной 60 мм) из семи игл (три в верхней плоскости и четыре в нижней) при органосохраняющем лечении рака молочной железы, обеспечивающей минимальное число лучевых осложнений при значительном уменьшении риска рецидива злокачественной опухоли.

В большинстве случаев для планирования внутритканевой брахитерапии применяется стереореконструкция расположения имплантата со стереоэлектрорентгенограмм, выполненных со смещением фокусов в каждую сторону на 80 мм. Выбор референтных точек пациента осуществляется на основе использования ортогональной реконструкции с последующим обозначением зон интереса с диджитайзера в системе координат рентгеновского снимка. Основные характеристики изодозного распределения, такие как минимальная доза, средняя центральная доза, зона высокой дозной нагрузки, индекс гомогенного распределения дозы, определялись согласно рекомендациям МКРЕ «Спецификация доз и объемов для внутритканевой терапии» (1996 г.). Нами исследовано множество изодозных распределений, полученных при различном расположении позиций шагающего источника иридий-192 («Микроселектрон HDR») в двухплоскостном имплантате из семи игл при органосохраняющем лечении рака молочной железы. При использовании данной методики внутритканевой лучевой терапии расположение референтной разовой дозы в требуемом лечебном объеме не является большой проблемой и практически всегда достигается при помощи математического аппарата системы планирования брахитерапии. В то же время основные трудности при органосохраняющем лечении РМЖ заключаются в выборе такого оптимального варианта подведения профилактической дозы, при котором имеется возможность исключения ранних и поздних лучевых осложнений, учитывая, что подвергаются радиационному воздействию практически здоровые ткани молочной железы. Поэтому нами были выбраны наиболее оптимальные дозиметрические планы, применявшиеся у различных больных. Их оказалось 15. Представлены наиболее репрезентативные характеристики этих планов.

Условные обозначения:

Минимальная доза (% от заданной) - D min
Средняя центральная доза (% от заданной) - DC avg
Высокая дозная нагрузка (% от заданной) - D max
Индекс гомогенного распределения дозы - Ind
Общее количество позиций источника - N
Количество позиций источника в верхней плоскости - n1
Равномерность расположения позиций в верхней плоскости - R1
Интервал между позициями в верхней плоскости (мм) - i1
Количество позиций источника в нижней плоскости - n2
Равномерность расположения позиций в нижней плоскости - R2
Интервал между позициями в нижней плоскости (мм) - i2
Объем 100% изодозы (см³) - V1
Объем 200% изодозы (см³) - V2
Объем 300% изодозы (см³) - V3
Отношение V3 к V1 - V3/V1
Отношение V2 к V1 - V2/V1

Нами проведен тщательный сравнительный анализ 15 наиболее оптимальных (с точки зрения равномерного соответствия объема референтной дозной нагрузки и клинического объема) дозиметрических планов (ДП) внутритканевой брахитерапии по всем вышепредставленным параметрам. Все планы ранжированы по возрастанию общего количества (N) позиций источника, а анализ удобнее начинать в обратном порядке, так как большее количество позиций источника в интрастате обусловливает большую дозную нагрузку по всей активной длине непосредственно рядом с иглой, что ведет к неоправданному лучевому повреждению здоровых тканей молочной железы. Что и происходит при использовании казалось бы идеального центрального плана:
(I) ДП 15, который взят нами в качестве прототипа (наименьшая средняя центральная доза /DC avg/, высокий индекс гомогенного распределения дозы /Ind/), в то же время эти преимущества исчезают в планах II и III. По объемным характеристикам ДП 15 находится на одной из последних позиций (если V3 и V3/V1 соответственно одно из наименьших, то V2/V1 достаточно велико, что обусловлено сравнительно большим объемом 200% изодозы. Дозиметрический план N 14 с меньшим количеством позиций источника не обладает заметными преимуществами перед ДП 15, а в ряде значений значительно уступает последнему. Среди планов с 8 по 13, имеющих количество позиций источников от 41 до 49, своими положительными дозиметрическими характеристиками выгодно отличаются ДП 12 и 13. Причем меньшим V3 и отношениями V3/V1 и V2/V1 обладает ДП 13, также в этом плане (II и III) заметно ниже средняя центральная и высокая доза с более высоким индексом гомогенного распределения дозы. По своим дозиметрическим данным наименее предпочтительны планы с 1 по 4. Казалось бы, относительно небольшое общее количество позиций источника (21 и 24) должно обеспечивать низкую максимальную дозную нагрузку, но объемы 200% и 300% изодозы и их отношения к объему 100% изодозы оказались довольно большими, а также большие средняя центральная и высокая доза и низкий индекс гомогенного распределения дозы. Заслуживают пристального внимания дозиметрические планы с 5 по 7 с позициями источника от 31 до 35. Среди них наиболее предпочтительно выглядит ДП 6, имеющий преимущества по всем вышеперечисленным данным перед планами 5 и 7.
Учитывая все вышеизложенное, необходимо сравнить наиболее оптимальные дозиметрические планы - 6 и 13. Надо сказать, что при тщательном математическом анализе представленных ДП 6 и 13 не отмечено значимых дозиметрических преимуществ одного плана перед другим. Если быть предельно точным, то ДП 13 выглядит несколько предпочтительней, но с клинической точки зрения большее количество позиций источника в ДП 13 (49), по сравнению с ДП 6 (32) ведет к большей максимальной дозной нагрузке непосредственно рядом с интрастатом, что и подтверждено нами на большом клиническом материале. Не было лучевых осложнений среди больных, подвергавшихся внутритканевой брахитерапии при органосохраняющем лечении рака молочной железы, в случаях использования дозиметрического плана N 6 с 32-мя позициями (12 в верхней плоскости и 20 в нижней, расположенных равномерно через 15 мм) шагающего источника (размер шага 5 мм) Иридий-192 в аппарате «Микроселектрон HDR» в двухплоскостном имплантате (длиной 60 мм) из семи игл (три в верхней плоскости и четыре в нижней).

Для лучшего понимания сущности заявленного способа, а также для подтверждения соответствия решения условию «промышленная применимость» приводим примеры конкретной реализации.

Пример 1. Больная З., 51 год. находилась в хирургическом стационаре, лечилась в Радиологическом отделении НИИ онкологии им. проф. Н.Н.Петрова МЗ РФ с диагнозом: рак правой молочной железы Т2NOMO Секторальная резекция + подмышечная диссекция 07.05.1999 г. Гистология: Инфильтрирующий протоковый рак, в лимфоузлах без метастазов рака. Подвергалась дистанционной лучевой терапии на всю молочную железу РОД=2 Гр, СОД: 46 Гр (ВДФ=76, КРЭ= 1486, ЭДр= 55, ЭДп=83) + через 2 недели внутритканевое облучение на аппарате «Микроселектрон HDR» (12-25 Гр/ч) РОД=7 Гр, СОД=14 Гр, (ВДФ=З6, КРЭ=920, ЭДр= 24, ЭДп=53) дозиметрический план N 6 в соответствии с вышеописанной методикой способа, осложнений не было.

Пример 2. Больная О., 37 лет. Находилась в хирургическом стационаре, лечилась в Радиологическом отделении НИИ онкологии им. проф. Н.Н.Петрова МЗ РФ с диагнозом: рак левой молочной железы T2NOMO. Секторальная резекция + подмышечная диссекция 22.06.1999 г. Гистология: Инфильтрирующий протоковый рак, в 4х лимфоузлах без метастазов рака. Подвергалась дистанционной лучевой терапии на всю молочную железу РОД=2 Гр, СОД=46 Гр (ВДФ=76, КРЭ= 1486, ЭДр= 55, ЭДп=83) + через 2 недели внутритканевое облучение на аппарате «Микроселектрон HDR» (12-25 Гр/ч) РОД=7 Гр, СОД=14 Гр, (ВДФ=З6, КРэ=920, ЭДр= 24, ЭДп= 53) дозиметрический план N 6 в соответствии с вышеописанной методикой способа, осложнений не было.

Пример 3. Больная К., 52 года. Находилась в хирургическом стационаре, лечилась в Радиологическом отделении НИИ онкологии им. проф. Н.Н.Петрова из РФ с диагнозом: рак правой молочной железы T1NOMO секторальная резекция + подмышечная диссекция 06.07.1999 г. Гистология: Инфильтрирующий протоковый рак, в 5 лимфоузлах без метастазов рака. Подвергалась дистанционной лучевой терапии на всю молочную железу РОД=2 Гр, СОД=46 Гр (ВДФ=76, КРЭ=1486, ЭДр= 55, ЭДп=83) + через 2 недели внутритканевое облучение на аппарате «Микроселектрон HDR» (12-25 Гр/ч) РОД=7 Гр, СОД=14 Гр, (ВДФ=36, КРЭ=920, ЭДр= 24, ЭДп= 53) дозиметрический план N 6 в соответствии с вышеописанной методикой способа. Осложнений не было.

Формула способа:

Способ дозиметрического планирования внутритканевой брахитерапии при органосохраняющем лечении рака молочной железы, отличающийся тем, что используют дозиметрический план с 32-мя позициями, 12 в верхней плоскости и 20 в нижней, расположенных равномерно через 15 мм, шагающего источника Иридий-192 с размером шага 5 мм в аппарате «Микроселектрон HDR», в двухплоскостном имплантате с активной длиной 60 мм, со смещением верхнего ряда игл относительно нижнего по горизонтали на 5 мм, состоящем из семи игл, три в верхней плоскости и четыре в нижней, расположенных на расстоянии 10 мм друг от друга таким образом, что на поперечном плане получалась фигура равнобедренной трапеции, разделенной на равнобедренные треугольники со стороной, равной 10 мм.

НИИ онкологии им. проф. Н.Н. Петрова
Канаев С.В., Туркевич В.Г.