4 курс / Лучевая диагностика / Радиобиологическое_и_дозиметрическое_планирование_лучевой_и_радионуклидной

2. Параметры изодозовых кривых

Наибольшее влияние на ИК оказывают: качество пучка, размер поля, коллимация, SSD и расстояние источник – диафрагма (SDD).

2.1. Качество пучка

Понятие «качество пучка» связано со средней энергией излучения пучка и обычно измеряется как отношение доз в водном фантоме на глубинах 20 и 10 см. Чем больше это отношение, а, следовательно, и средняя энергия излучения, тем выше качество пучка.

Глубина ИК увеличивается с повышением качества пучка. Энергия фотонов влияет также на форму ИК. Это является недостатком ортовольтовых пучков (рис. 3.3).

2.2. Размер поля, эффект пенумбры

Изменение дозы вблизи границы поля сложным образом зависит от геометрической пенумбры, поперечного рассеяния и коллимации. Острота спада определяется не только размером источника (или фокальным пятном), но и дополнительными устройствами. Например, применяя триммер или вторичный блок, можно получить «остроту» ИК для 60Co (размер источника обычно ~2 см по диаметру) сравнимую с «остротой» ИК для высокоэнергетических ЛУЭ, хотя у последних фокальное пятно меньше 2 мм.

2.3. Коллимация и сглаживающий фильтр

Термин "коллимация" относится ко всей системе формирования размера и формы поля. Важнейшую роль играет сглаживающий фильтр. Без фильтра ИК были бы коническими по форме. Сложная форма фильтра приводит к смягчению спектра для периферийных лучей по сравнению с центральными лучами. Тщательный расчет фильтра позволяет добиться «гладкости» в пределах ± 3 % от дозы на центральной оси для профиля на глубине 10 см.

Гладкость профиля определяется для района, составляющего 80 % от размера поля, или начиная с расстояния 1 см от края поля.

201

Чтобы обеспечить гладкость профиля на глубине 10 см, у дозового профиля на поверхности искусственно создаются вблизи края поля «рога».

Рис. 3.3. Четыре изодозовых карты для полей 10х10 см2: а) – ортовольтовый пучок 200 кВ; б) – Со-60 ; в) –тормозное излучение 6 МВ; г) – тормозное излучение

20 МВ

2.4. Размер поля

Размер поля является одним из наиболее важных параметров при планировании облучения. Эта величина определяется из дозиметрических, а не геометрических данных. Определенная ИК (например, 90 % ИК) должна покрывать объем мишени. Большая осторожность необходима при выборе поля размером меньше 6 см, так как при этом значительная часть поля будет находиться в зоне полутени.

202

Для модификации (изменения положения) ИК в клиниках применяются такие устройства, как клиновидные фильтры, болюсы и компенсаторы.

3. Клиновидные фильтры

Клиновидные фильтры (КФ) часто используются для модифицирования ИК. В настоящее время используются три типа клиньев: ручной (физический), встроенный (или аппаратный) и динамический. Физические клинья изготовляются из свинца и стали. По форме они похожи на клин и помещаются в пучок, чтобы создать градиент интенсивности излучения. Физические клинья прикрепляются вручную к системе коллимации аппарата. Встроенный клин отличается от физического тем, что он размещается внутри головки облучателя и управляется дистанционно. Динамический клин создается перемещением внутри головки аппарата специальной, поглощающей излучение пластины (это может быть коллимационная пластина). Такое перемещение производится перпендикулярно к оси пучка с переменной скоростью. Расчет требуемой скорости и управление движением осуществляется компьютером.

Толстая часть клиновидного фильтра называется пяткой и доза под ней минимальна, а тонкая часть называется носком.

Клиновидные фильтры вызывают растущее уменьшение интенсивности в направлении поперек пучка, что дает в результате наклон ИК относительно их нормальных позиций. Как показано на рис. 3.4, ИК наклоняются вперед к тонкому концу КФ. Наклон ИК зависит от угла клина. Угол клина определяется как угол между 50 %-ой изодозовой линией и перпендикуляром к оси пучка. В стандартный комплект входят клинья с углами от 10 до 60о. Рассеяние излучения уменьшает угол наклона, что и имеет место с увеличением глубины. Наклонная поверхность КФ делается либо плоской, либо сигмоидальной.

3.1. Фактор пропускания клина

Наличие КФ уменьшает «выход» (output) машины, что необходимо учитывать при планировании. Этот эффект рассчитывается

203

через фактор клина, определяемый как отношение доз с фильтром и без него в точке внутри фантома на центральной оси. Он измеряется в фантоме на удобной глубине, которая должна быть больше

Dmax.

Иногда фактор клина включается в ИК, как показано на рис. 3.4,Б. Для этого дозовое распределение нормализуют относительно Dmax без клина. Чаще дозовые кривые нормируются относительно Dmax на центральной оси (рис.3.4,А).

Рис. 3.4. ИК для клиновидного фильтра с углом 45о: А – нормализация к Dmax; Б – нормализация к Dmax без фильтра [1]

Центральная ось

В
С	А
D	Е

А

Б

Рис. 3.5. Типы клиньев: А – индивидуальный; Б – универсальный

204

3.2. Система клиньев

Физические КФ делятся на две группы: индивидуальные КФ и универсальные КФ (рис. 3.5). Из рис. 3.5,Б видно, что часть клина ACDE не вносит вклада в наклон ИК и в то же время уменьшает интенсивность пучка. Для аппаратов с 60Со это имеет существенное значение.

3.3. Влияние на качество пучка

КФ изменяют качество пучка, поглощая в большей степени низкоэнергетические фотоны и создавая за счет комптоновского взаимодействия рассеянное излучение. Для Со-60 этот эффект невелик. Для тормозного излучения общее ужестчение спектра может быть существенным и оказывает влияние на глубинное дозовое распределение. Однако эффект не так велик, чтобы изменить такие характеристики как PSF (BSF) или эквивалентный квадрат, TAR, TMR (две последние характеристики для небольших глубин, d ≤ 10 см).

3.4. Расчет клиновидных фильтров

Рассмотрим методику, предложенную в работе [2] (рис.3.6. и табл.3.1). Задача – определить отношение PDD в различных точках для полей с клином и без него. Далее из этих отношений определяется толщина фильтра в разных точках. Алгоритм состоит из следующих шагов:

•на ссылочной глубине проводится линия, перпендикулярная к центральной оси;

•проводятся веерные линии через фиксированные интервалы (напр., через 1 см);

•проводится серия параллельных линий под нужным углом (угол клина) к центральной оси;

•строится таблица из процентных доз в точках пересечения веерных линий и параллельных линий, а также веерных линий и перпендикуляра к центральной оси;

205

• из этих (PDD) рассчитываются отношения, которые нормируются далее на наибольшее значение.

Рис. 3.6. К расчету толщины клиновидного фильтра [2]

							Таблица 3.1
	Факторы пропускания для конструирования клина
Линия	B	C	E	G	I	K		M
Изодозы	55	62	65	67	68	68		68
без клина
Изодозы с	39	41	47	53	60	68		76
клином
Отношение	0,71	0,66	0,72	0,79	0,88	1,00		1,12
кл./без кл.
Фактор		0,39	0,43	0,46	0,52	0,59		0,66
пропуск.
Толщина		15,2	13,6	12,2	10,5	8,3		6,5
Рв в мм

3.5. Использование клиновидных фильтров

Основное назначение КФ, как отмечалось выше, состоит в модификации ИК. Отметим две основные области применения КФ:

206

Рис. 3.7. Планы облучения для двух клиновидных фильтров: вверху – два 15градусных клина используются для компенсации уменьшения толщины в переднем направлении; внизу – два клина, расположенных под углом 90о друг к другу, используются для компенсации горячей области, которая образовалась бы в случае использования двух открытых пучков

• КФ используются для компенсации наклона поверхности тела пациента, например при облучении опухоли в носоглотке (рис. 3.7). Здесь КФ компенсируют уменьшение толщины в передней части облучаемого объема (рис 3.7,верх.) при облучении двумя параллельными противоположными полями. На рис.3.7 (низ), где два клиновидных пучка расположены под углом 90о друг к другу, ил-

207

люстрируется, как применение КФ позволяет уменьшить высокую дозу (горячее пятно) вблизи поверхности.

• Применение пары клиновидных пучков является полезным при облучении глубоко расположенных мишеней, так как позволяет сместить область с высокими значениями PDD в глубь тела пациента (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Изодозовая карта для двух клиновидных ортогональных пучков тормозного 6 МВ излучения. Углы обоих клиньев 45о

Форма тела человека в области облучаемого объема часто достаточно сильно отличается от стандартной плоской геометрии, в которой производится измерение дозовых распределений. Это обстоятельство иногда затрудняет перенесение данных с фантома на пациента. С другой стороны, недостаток ткани вдоль определенных лучей может привести к излишне высокой дозе в чувствительном объеме. Одним из возможных способов решения проблемы является применение болюсов. Болюс изготовляется из тканеэквивалентного материала и располагается в непосредственном контакте с телом пациента. Внешняя сторона болюса имеет плоскую форму, а прилегающая к пациенту, повторяет контур тела. Для изготовления болюсов фирмы предлагают целый ряд автоматизированных устройств.

208

Таким образом, основное назначение болюсов состоит в компенсации по некоторым направлениям недостатка ткани. Кроме того, болюсы применяются также для увеличения поверхностной дозы. В этом случае болюс представляет собой пластинку толщиной 0,5-1,5 см. Однако увеличение поверхностной дозы чаще всего является нежелательным эффектом. Тогда вместо болюсов целесообразно применить компенсирующий фильтр или компенсатор.

Компенсатор позволяет получить такой же эффект на дозовое распределение, как и болюс, но при этом сохранить эффект щажения кожи. Компенсаторы могут изготовляться из любого материала, но наиболее компактными они получаются из свинца. На головке облучателя обычно имеется специальное устройство для крепления компенсатора, т.е. в отличие от болюсов компенсаторы удалены от кожи пациента (рис. 3.9). Компенсаторы могут создавать градиент в двухмерном варианте. Изготовляются такие компенсаторы на специальных машинах.

А

Б

Компенсатор

Болюс

Пациент

Пациент

Рис. 3.9. Иллюстрация различия в размещении болюса (А) и компенсатора (Б)

Чем ближе к источнику располагается компенсатор, тем меньше его поперечные размеры. Это является следствием дивергенции пучка. Расчет поперечных размеров проводится на основе простого масштабирования через отношение SSD к расстоянию от источника до компенсатора.

209

Определение толщины компенсатора выполняется вдоль веерных лучей от точки источника к расчетной точке, исходя из требуемого соотношения между дозами без компенсатора и с компенсатором. В первом приближении применяется экспоненциальный закон ослабления излучения в материале компенсатора. Более точный расчет требует учета различных поправочных коэффициентов. Подробнее этот вопрос обсуждается далее в главе 4.

4. Облучение несколькими полями

Однопольное облучение применяется на практике только в редких случаях для поверхностных опухолей или при облучении с паллиативной, или симптоматической целями. При этом необходимо выполнение следующих условий:

•дозовое распределение в опухоли достаточно однородно (в пределах ±5 %);

•доза не должна быть чрезмерна (например, не больше 110 % предписываемой дозы);

•нормальные ткани в пучке получают дозу меньше толерант-

ной.

В качестве однопольных используются ортовольтовые пучки. Ими обрабатываются кожные новообразования. Мегавольтные пучки применяются для однопольного облучения только в том случае, если невозможно многопольное облучение.

Возможно большое разнообразие комбинаций радиационных полей, однако в этом разделе рассматриваются основные принципы создания комбинированных полей.

4.1.Параллельные противоположные поля

Такая комбинация является простейшей. Еѐ преимущество – простота и воспроизводимость установки, гомогенизация дозы в опухоли, небольшая вероятность геометрического промаха. Недостаток – излишняя доза на нормальные ткани и критические органы, лежащие выше и ниже опухоли.

При ручной процедуре построения ИК объединяются точки пересечения изодозовых кривых индивидуальных полей, сумма доз в

210