close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

P RAHA , 2013;pdf

код для вставкиСкачать
15
И.М. Лебеденко и соавт. Ускорители электронов серии СЛ 75-5МТ...
УСКОРИТЕЛИ ЭЛЕКТРОНОВ СЕРИИ СЛ75-5-МТ
С ЭНЕРГИЕЙ ФОТОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 6 МВ.
ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ, КЛИНИЧЕСКИЕ И
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
И.М. Лебеденко, О.В. Староверов, Ю.В. Журов, В.В. Водяник, Р.А. Гутник,
И.П. Яжгунович, Н.А. Антипина, П.В. Казанцев, К.П. Дроздов, С.А. Царьков
РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН, Москва
В работе обобщен опыт эксплуатации трех идентичных ускорителей электронов в РОНЦ
им. Н.Н. Блохина РАМН. Обсуждается терапевтическая целесообразность применения ускорителей с одной энергией фотонного излучения 6 МэВ и их место в иерархии аппаратов для проведения лучевой терапии.
Ключевые слова: ускорители электронов, интегральная доза, симметрия и флатность пучка
Введение
Ускорители электронов серии СЛ75-5МТ с
номинальной максимальной энергией фотонного излучения 6 МэВ начали выпускаться в
С.-Петербурге в НПК ЛУЦ НИИЭФА им.
Д.В. Ефремова по лицензии фирмы Philips в
конце 80-х годов и в настоящее время получили
широкое распространение в России. К настоящему времени их выпущено около 60.
В РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН для проведения лучевой терапии больных используется восемь радиотерапевтических аппаратов,
среди которых два гамма-терапевтических аппарата РОКУС-АМ и шесть ускорителей электронов, а именно:.
 SL-20 (Philips, Англия), 2 энергии фотонов, 8
энергий электронов;
 Clinac-2100C (Varian, США), 2 энергии фотонов, 5 энергий электронов;
 Primus (Siemens, Германия), 2 энергии фотонов, 6 энергий электронов;
 SL-75-5 (Philips, Англия), фотоны 6 МэВ;
 CЛ75-5-МТ (С. Петербург), фотоны 6 МэВ –
2 шт.
Мы обобщили опыт эксплуатации трех
идентичных ускорителей электронов с макси-
“МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА”
мальной энергией фотонного излучения 6 МэВ
в условиях нашей клиники, а именно: Philips
SL75-5 (Philips, Англия, введен в эксплуатацию
в 1997 г.) и двух ускорителей серии СЛ75-5-МТ
(введены в эксплуатацию в 2003 и 2005 гг.). В
связи с этим считаем полезным поделиться не
только дозиметрическим и эксплуатационным
опытом использования этих ускорителей. Хотелось бы дифференцировать терапевтическую
целесообразность применения ускорителей с
одной и той же энергией фотонного излучения
6 МэВ и понять их место в иерархии аппаратов
для проведения лучевой терапии.
Высокоэнергетические пучки
Высокоэнергетические фотонные (более
4 МэВ) и электронные пучки излучения, генерируемые современными ускорителями, вытеснили используемые ранее в лучевой терапии
пучки киловольтного рентгеновского излучения, т.к. физические характеристики взаимодействия высокоэнергетического излучения
позволяют создать лучшие дозные распределения. Фотонное излучение высокой энергии
обеспечивает: сохранение кожи пациента, луч-
2009, № 1
16
шие характеристики проницаемости, меньшее
рассеяние, более четкие границы поля и менее
выраженное возмущение дозы на поверхности
тела больного.
Улучшение дозного распределения отразилось в повышении уровня излечения и снижении доли осложнений после лечения, и во
многих случаях, произвело переворот в результатах лучевой терапии. Так H.S. Kaplan [1] подвел итоги 25 лет лечения больных фотонными
пучками высоких энергий и обнаружил, что
фактор выживания пациентов, подвергавшихся лечению высокоэнергетическими фотонными пучками, был в 2–4 раза выше, чем при
облучении киловольтным рентгеновским излучением.
Закономерности, выявленные G.E. Hanks
[2, 3], наглядно демонстрируют, что увеличение
энергии фотонов улучшает результаты лечения
некоторых видов рака, уменьшая вероятность
возникновения локального рецидива. Было показано, что для рака шейки матки, болезни
Ходжкина, рака простаты вероятность возникновения рецидива, составляет, соответственно,
14 %, 29 % и 32 % при лечении высокоэнергетическими фотонами, и 21 %, 37 % и 42 % при
лечении гамма-излучением 60Со при равных
назначенных дозах. Т.е. снижается на 7–10 %.
Кроме того, была оценена вероятность рецидива как функция энергии фотонов. Выяснилась
поразительная закономерность. На рис. 1 показано, что вероятность возникновения рецидива при раке простаты снижается с ростом
энергии облучения, и при энергии 8 МэВ вероятность рецидива постоянна и равна 10 %. Это
означает, что для эффективной лучевой терапии определенных типов рака, требуется ускоритель с пучком фотонов высоких энергий.
Эти и другие похожие результаты естественно побуждают использовать фотоны высоких энергий. Но ускоритель с энергий излучения выше 10 МэВ имеет более сложную конструкцию, более высокую стоимость и требует
еще более высокой квалификации персонала
для обслуживания. А дополнительные требования по радиационной защите высокоэнергетических фотонов и нейтронов при энергиях фотонов выше 12 МэВ вносят дополнительный
вклад в общую стоимость размещения ускорительной техники [4–6].
Осознанное использование высокоэнергетических фотонов для лечения онкологических больных является результатом рассуждений о том, что с увеличением энергии фото-
2009, № 1
ЛУЧЕВАЯ ТЕРАПИЯ
Рис. 1. Вероятность появления рецидива при раке
простаты при облучении тазовой области пучками
фотонов с различными энергиями [3]
нов вероятность взаимодействия уменьшается, а проникающая способность увеличивается. Однако более глубокое проникновение излучения приводит к высокой дозе на выходе
объема мишени и пациента. Отсюда логически вытекает вопрос о взаимосвязи интегральной дозы в опухоли, интегральной дозы в
теле пациента и энергии фотонного излучения. Очевидно, что все составляющие зависят не только от энергии, но и от числа и расположения полей облучения. Но, вероятно,
существует определенный диапазон энергий
фотонов, в пределах которого это соотношение оптимально.
Интегральная доза часто используется
как иллюстрация сопоставления дозных распределений. Это общая энергия излучения, поглощенная в некотором объеме (в нашем случае
в опухоли, в отдельных органах или теле пациента). В трехмерной системе планирования для
таких оценок используются гистограммы доза–объем (ГДО). Для простых полей или параллельно расположенных полей, применяемых
для объемов большой толщины (передне-задний размер пациента около 25 см), интегральная доза обратно пропорциональна энергии и
становится почти постоянной при энергии около 20 МэВ [7].
Если в лучевой терапии использовать
только встречные пучки, то информацию
можно представить в виде графика рис. 2, где
показана зависимость отношения макси-
“МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА”
И.М. Лебеденко и соавт. Ускорители электронов серии СЛ 75-5МТ...
Рис. 2. Зависимость отношения доз (максимальной
дозы на входе пучка к дозе в центре опухоли) от полной толщины тела пациента при облучении
встречными пучками фотонного излучения с разными энергиями
мальной дозы на границе тела к дозе в центре
облучаемого объема от общей толщины облучаемого тела.
Из представленного графика следует, что
для фотонного пучка с номинальной максимальной энергией 6 МэВ (третья кривая
сверху) и для толщины пациента до 20 см отношение доз изменяется несущественно (в пределах 4 %). При толщине пациента 25 см отношение доз достигает значения 10–12 %, что также
вполне приемлемо.
J.S. Laughlin [8] показал, что наилучший
характеристикой представления такого рода
информации является интегральное отношение (IDR), которое характеризует собой отношение интегральной дозы, полученной всем телом пациента, к интегральной дозе в объеме
мишени. IDR следует свести до минимума для
выбираемого плана облучения. К сожалению,
функция IDR нелинейно зависит от энергии
фотонного пучка, а также от числа и расположения полей облучения, глубины расположения мишени. Показано, что фотонный пучок
низкой энергии с полями сложной структуры
может давать лучшее дозное распределение,
чем встречно расположенные пучки высокой
энергии. Следовательно, для оптимального
плана облучения более важен сам метод выбора энергии пучка, чем выбор собственно энергии.
“МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА”
17
Из приведенных рассуждений следует, что
применение ускорителей с номинальной энергией фотонов 6 МэВ выгодно и с точки зрения оптимальных физических характеристик и с точки зрения экономической, что чрезвычайно важно в условиях отечественных клиник, которые не
имеют достаточного финансирования.
Необходимо отметить также, что неплохие физические параметры фотонного пучка с
энергией 6 МэВ, а именно: низкая входная и
выходная доза, расположение дозного максимума (15 мм), приемлемые размеры зоны полутени, высокая мощность дозы, наличие больших размеров полей, и возможность взаимозамены ускорителей в случае выхода из строя одного из них, послужили основанием для их преимущественного использования для лечения
опухолей у детей. Кроме этого, вот уже в течение двух лет в нашей же клинике на ускорителе
серии СЛ75-5МТ с такими же характеристиками с целью стерилизации злокачественных
клеточных элементов и создания условий толерантности к последующей трансплантации
костного мозга реализуется тотальное облучение тела человека.
Дозиметрические и эксплуатационные
характеристики ускорителей
электронов СЛ75-5МТ
Ускорители серии СЛ75-5МТ имеют одинаковые характеристики: максимальная энергия фотонного излучения 6 МэВ, максимальный размер поля S=40×40 см, расстояние до
изоцентра 100 см, мощность дозы в изоцентре
от 100 до 400 МЕ/мин.
Для обеспечения безопасной лучевой терапии онкологических больных необходима
своевременная и регулярная проверка дозиметрических параметров ускорителей. В соответствии с международными требованиями и
жесткими стандартами обслуживания ускорителей проводятся ежедневные, ежемесячные,
ежеквартальные, ежегодные профилактические и дозиметрические работы [9–11].
Планирование облучения осуществляется исключительно на основании индивидуальных радиационных характеристик каждого
ускорителя. Для съемки дозиметрических данных ускорителей использованы различные
анализаторы дозного поля (АДП): для Philips
SL75-5 (Philips, Англия) применен АДП RFA-300
(Швеция); для СЛ75-5-МТ – АДП Wellhofer (Гер-
2009, № 1
18
мания) в 2003 г. и АДП Blue Phantom Scanditronics/Wellhofer (Германия) для уточнения
дозиметрических данных в 2008 г.; для СЛ75-5МТ – Blue Phantom Scanditronics/Wellhofer (Германия) в 2005 г.
В течение 2004–2008 гг. силами отделения создана дозиметрическая база данных
ускорителей для введения в систему планирования (СП) ROCS. Создан дозиметрический интерфейс к программному обеспечению Om-
Рис. 3. Глубинные дозные распределения для трех
ускорителей электронов с максимальной энергией
фотонного излучения 6 МэВ. Размер поля
S=10×10 см. РИП=90 см
ЛУЧЕВАЯ ТЕРАПИЯ
niPro-Accept АДП Blue Phantom, позволяющий
задавать автоматическую очередь измерений и
конвертировать результаты измерений в формате СП ROCS.
Разработаны алгоритмы и соответствующие модули для программного обеспечения
OmniPro-Accept, позволяющие проводить экстраполяцию измеренных данных по глубине
для глубинных и профильных распределений
дозы. Проведена экстраполяция глубинных
распределений и профилей до глубины 60 cм,
что позволило существенно повысить точность
расчета дозных распределений при сложении
полей.
Сопоставлены полученные дозиметрические данные для трех ускорителей. Получено
совпадение профильных кривых и глубинных
характеристик в пределах 1 % (рис. 3, 4). Параметры симметрии и флатности находятся в
пределах допусков международных стандартов
[9–11]. Факторы выхода для открытых полей на
всех ускорителях совпадают в пределах десятых долей процента (рис. 5). Рассчитано количество мониторных единиц, необходимых для
подведения дозы, продолжительность облучения опухоли в тканеэквивалентном гомогенном
фантоме прямоугольной формы для нескольких размеров полей на глубине 10 см при
РИО=100 см и РИП=90 см. Разница при расчете мониторных единиц для трех видов ускорителей не превышает долей процентов в открытом пучке и с блоками и несколько превышает
5 % (табл. 1) при использовании поглотителей
1,05
1,04
1,03
PSF
1,02
1,01
1,00
0,99
PSF СЛj75j5 МТ (2) №117033
PSF PHILIPS SLj75j5
PSFСЛj75j5 МТ (1) №117025
0,98
0,97
Рис. 4. Профили дозных распределений на глубине
дозного максимума для трех ускорителей электронов с максимальной энергией фотонного излучения
6 МэВ. Размер поля S=10×10 см. РИП=90 см
2009, № 1
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Cторона поля, см
Рис. 5. Кривые факторов выхода (PSF) для трех
ускорителей
“МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА”
19
И.М. Лебеденко и соавт. Ускорители электронов серии СЛ 75-5МТ...
Таблица 1
Сравнение числа мониторных единиц (МЕ) для трех ускорителей электронов
серии СЛ75-5МТ
Размер поля,
см
Philips
SL75j5, МЕ
4×4
10×10
20×20
107
125
114
4×4
10×10
20×20
379
369
361
10×10
109
СЛ75j5МТ
СЛ75j5МТ
Среднеквадратичное
№117025, МЕ №117033, МЕ
отклонение, σ %
Открытые поля
107
106
0,3
0,7
0,3
125
125
0
0
0
115
115
0,3
0,3
0,7
Поля с клином 60
410
419
1,8
4
5,9
370
382
1
2,2
1,3
338
351
3,4
0,3
3,1
Поля с краевым блоком шириной 2,5см
108
107
0
0,9
0,9
Отклонение от нормы,%
(клиньев). Это означает, что при выходе из
строя одного из ускорителей этой серии можно
осуществлять лечение больных в открытом
пучке на аналогичном ускорителе без перерасчета программы.
По величине поправок, вносимых при калибровке, оценена дозиметрическая стабильность работы ускорителей за 2001–2008 гг.
(рис. 6). В соответствии с международным
стандартом разброс радиационного выхода в
течение месяца для ускорителей электронов
этого поколения не должен превышать ±2 %.
Показано, что радиационные параметры ускорителей серии СЛ75-5МТ несколько превышают (в пределах 1 %), указанный допуск по
разбросу радиационного выхода в течение обозначенного срока. Значения разброса радиационного выхода, существенно превышающие
допуск (4,4 %, 7,8 % и т. д.), характерны для из-
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
j1 0
j2
j3
j4
j5
j6
PHILIPS SL 75j5
СЛ 75j5 МТ №117025
СЛ 75j5 МТ №117033
4
8
12
16
20
24
28
32
36
40
Номер измерения
Рис. 6. Стабильность работы ускорителей серии
СЛ75-5МТ за 2001–2008 гг.
“МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА”
Среднее,
МЕ
106,7
125
114,7
402,7
373,7
350
108
мерений, проведенных после технических
вторжений в конструктивные элементы ускорителя.
За время эксплуатации выявлены следующие достоинства и недостатки.
Достоинства:
1. Ускорители просты и надежны в эксплуатации, интуитивно понятны, легки в обслуживании.
2. Существует возможность подключения к современным системам верификации.
3. Дозиметрические характеристики ускорителей для отрытых полей и полей с блоками
совпадают в пределах 0,5–1 %, что в случаях
внезапного выхода из строя одного из ускорителей позволяет реализовать равноценную техническую и биологическую замену
лечения больного на другом ускорителе. Расчет облучения с клиньями должен осуществляться для каждого типа ускорителя индивидуально.
4. Ежедневно на каждом из ускорителей получают лучевую терапию от 50 до 80 больных,
что существенно для центра при каждодневном потоке 250 пациентов.
Недостатки:
1. Нестабильность дозиметрических параметров трех ускорителей от калибровки к калибровке при отсутствии технических вторжений выражается одинаковыми количественными величинами и превышает международный стандарт нестабильности работы в
пределах 1 %.
2. Наиболее существенным недостатком ускорителей является отсутствие запчастей российского производства. 90 % запчастей им-
2009, № 1
20
ЛУЧЕВАЯ ТЕРАПИЯ
портируется из Англии. При поставке отечественные ускорители не укомплектованы
запчастями.
3. Длительный срок “обкатки” ускорителя (сроком до года), связанный с низким качеством
сборки ЛУЭ, сделанных в России.
4. Время простоев по отношению к сроку эксплуатации, связанных с внезапной остановкой ускорителя и исчерпанностью времени наработки отдельных деталей, составило 20 % и,
в основном, связано с несвоевременным финансированием для закупки запчастей.
5. С увеличением сроков эксплуатации наблюдается тенденция к снижению процента
простоя.
Вывод
Ускорители указанного типа надежны и
пригодны к эксплуатации в условиях российских онкологических клиник.
Список литературы
1. Kaplan H.S. Radiotherapeutic advances in the
treatment of neoplastic disease. // Israel J.
Med. Sci., 1977, 13, P. 808–814.
2. Bush R.S. Malignancies of the Ovary, Uterus
and Cervix. (Edward Arnold, London,1979).
3. Hanks G.E., Diamond J.J., Kramer S. The
need for complex technology in radiation oncology, correlations of facility characteristics
and structure with outcome. // Cancer, 1985,
55, P. 2198–2201.
4. Almen F., Ahlgren L., Mattsson S. Absorbed
dose to technicians due to induced activity in
linear accelerators for radiation therapy, //
Phys. Med. Biol., 1991, 36, P. 815–822.
5. Borchardt I.M., Petterson J.R., Beddoe A.H.,
Sorell G.C. An investigation of photonuclear reactions in cerrobend eutectic material with an
18 MV linac. // Phys. Med. Biol., 1991, 36,
P. 649–653.
6. NCRP 79, Neutron Contamination from Medical Electron Accelerators (National Council on
Radiation Protection and Measurements,
Bethesda MD, 1984).
7. Podgorsak E.B., Rawlinson J.A., Johns H.E. Xray depth doses from linear accelerators in the
energy range from 10–32 MeV. // Amer. J.
Roentgenol., 1975, 123, P. 182–191.
8. Laughlin J.S., Mohan R., Kutcher G.J. Choice of
optimum megavoltage for accelerators for photon beam treatment. // Int. J. Radiat. Oncol.
Biol. Phys., 1986, 12, P. 1551–1557.
9. Purdy J.A. et al. Report of AAPM Radiation
Therapy Committee Task Group № 35. Medical accelerator safety considerations. // Med.
Phys., 1993, 20, No. 4, P. 1261–1275.
10. Гарантия качества в радиационной онкологии. Доклад рабочей группы №40 ААМФ.
Пер. с англ. // Мед. физика, 2004, № 1,
С.70–88, № 2, С.82–91, № 3, С. 75–85.
11. Рекомендации по работе с медицинскими
терапевтическими ускорителями электронов. Доклад рабочей группы №45 ААМФ.
Пер. с англ. // Мед. физика, 2003, № 3,
С. 55–74, № 4, С. 74–94.
SL-75-5МТ SERIES ELECTRON ACCELERATORS WITH 6 МV PHOTON ENERGY.
DOSIMETRIC, CLINICAL AND OPERATING CHARACTERISTICS
I.М. Lebedenko, О.V. Staroverov, Yu.V. Jurov, V.V. Voduanik, R.А. Goutnik,
I.P. Yazhgunovich, N.А. Antipina, P.V. Kazantsev, K.P. Drozdov, S.А. Tsarkov
N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center RAMS.
This article summarizes experience of exploitation of three identical electron accelerators in N.N. Blokhin Research Cancer Center of RAMS. The therapeutic expediency of application of accelerators with 6
МeV photon energy and their place in hierarchy of device for radiation therapy is discussed.
Key words: electron accelerators, integral dose, beam symmetry and flatness
E-mail: [email protected]
2009, № 1
“МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА”
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа