...
Системи дозиметричного планування. PDF Печать E-mail

Системи дозиметричного планування.

Системи дозиметричного планування (СДП) належать до спеціальних інформаційних систем, що працюють у променевій терапії. Призначення систем – планування променевого навантаження на пацієнта при проведенні променевої терапії. При цьому здійснюється прогнозування результатів лікування після моделювання того радіаційного поля, впливу якого зазнаватиме пацієнт. СДП застосовують в Україні з кінця 80-х років XX століття. Для кращого розуміння роботи СДП слід на понятійному рівні розібрати суть променевої терапії.
Онкологічні захворювання – одна з найактуальніших проблем у світовій охороні здоров'я. У середньому близько 70 % онкологічних хворих проходять курс променевої терапії. Іонізуючий вплив на злоякісні новоутворення є одним із найефективніших терапевтичних методів. В основі такого лікування лежить процес опромінення ракової пухлини різними за своєю фізичною природою видами випромінювання: електронним, позитронним, нейтронним, фотонним, рентгенівським. Частинки високих енергій руйнують ракові клітини пухлини і пригнічують їхнє відтворення. Підхід "чим вища доза випромінювання, тим краще" у променевій терапії онкологічних захворювань абсолютно неприйнятний. Наприклад, відповідно до медичних норм оптимальним є променеве навантаження 70 Гр. При меншому навантаженні частина ракових клітин залишиться живою, при більшому народжуються нові клітини-мутанти, резистентні до випромінювання. І при цьому вони зберігають здатність розмножуватися. Розподіл дози іонізуючого випромінювання в тканинах і органах пацієнтів підпорядковується складним фізичним законам. Високі дози шкідливі, низькі не ефективні. Це завдання потрібно вирішувати щоразу, в індивідуальному порядку.
Друге завдання пов'язане з першим: оскільки чітка межа безпеки між здоровими тканинами прилеглих органів та опромінюваною мішенню відсутня, то виникає проблема ураження здорових тканин, що може загрожувати здоров'ю і життю пацієнта. Ідеальної дози, здатної стерилізувати пухлину без ураження здорової тканини, не існує. На цьому етапі вводиться поняття про оптимальну дозу, тобто дозу, що дає максимум шансів зруйнувати пухлину і мінімальний ризик розвитку ускладнень. Потрібний точний розрахунок променевих навантажень на прилеглі здорові органи. До появи СДП такий розрахунок вівся вручну за допомогою ізодозних прозорих карт. З погляду фізики, людина – це насамперед багатошарова систе-
ма, що складається з великої кількості різнорідних тканин, які неоднаково поглинають випромінювання.
Таким чином, при плануванні променевої терапії необхідно:
– застосувати однорідну дозу на весь опромінюваний об'єкт, наскільки це можливо, щоб уникнути як передозування, так і недостатньої дози порівняно з оптимальною;
– знайти такий технічний спосіб опромінення, що дав би змогу обмежити вплив опромінення (застосовувати найнижчу дозу) на здорові тканини;
– точно оцінити дози, які застосовують при опроміненні різних ділянок тіла, і впевнитися, що жоден орган не зазнає впливу небезпечної для нього дози.
Для вирішення таких завдань у комп'ютер СДП уводять дані:
– ЛПЗ, прізвище хворого, вік тощо;
– вихідну дозиметричну інформацію про радіоактивне джерело, що міститься в апараті. Комп'ютер коригуватиме вихідну потужність дози з урахуванням розпаду радіоактивного джерела;
– контури тіла пацієнта, мішені (ділянки, що зазнає опромінення), внутрішніх органів уводяться вручну з рентгенівських знімків або шляхом "скачування" томограми з комп'ютерного томографа;
– розміри полів опромінення – розміри мішені (пухлина, лімфовузли, доопераційне поле, післяопераційне поле). Таку інформацію, як було зазначено, безпосередньо одержують із даних томографічних досліджень локалізації пухлин;
– щільність тканин, що зазнають опромінення. У такий спосіб буде враховано їхню неоднорідність (гетерогенність), неоднакову їх "прозорість" для опромінення;
– режим опромінення (ротація, один зі статичних, комбінований).
Таким чином, скласти індивідуальний план опромінення можна на основі введених у комп'ютер трьох вузлових параметрів, які є вихідними точками обробки даних: анатомічних даних (п. 3,4), точного опису джерела опромінення (п. 2) і обраного режиму променевих процедур (п. 6).
Після цього запускається програма на виконання і на екрані монітора системи поверх уведеного контуру (п. 3) з'являються лінії замкнутих кривих – ізодозні лінії, що показують кількісний розподіл дози у відсотках по всьому контуру. Саме на цьому етапі на екрані монітора можна побачити будь-яку ділянку, що опромінюється. Якщо здорові тканини потрапляють у зону високої дози опромінення, на що вказує карта ізодоз, то такий варіант лікування відкидається і в комп'ютер СДП уводять інші дані (змінюють режими опромінення). Цей процес здійснюють кілька разів, поки не буде обрано найкращі умови і модель поля прогнозуватиме терапевтичний ефект із найменшими ускладненнями. Окрім графічного зображення поля СДП розраховує дози, оцінює дозовий розподіл у тканинах і задає оптимальні параметри сеансу опромінення. Отриманий у вигляді сукупності ізоліній (ізодоз) розподіл доз наносять на топометричну карту і використовують для визначення таких параметрів опромінення, як разова поглинена доза, час опромінення, розмір поля опромінення, розташування точки цент-рації осей пучків випромінювання. Таким чином, перебираючи різні варіанти моделей поля, обирають найкращий варіант променевої терапії в кожному конкретному випадку.
На сьогодні створено такі СДП, які самостійно оптимізують, моделюють об'ємне радіаційне поле, розраховують оптимальну дозу опромінення за заданим об'ємом пухлини тощо. Така робота неможлива без застосування комп'ютерних систем, які працюють на високопродуктивних процесорах і використовують для розрахунку складні математичні алгоритми. У СДП останніх поколінь перед початком курсу опромінення для перевірки адекватності вже отриманого дозиметричного плану проводиться віртуальна симуляція (об'ємне моделювання). Система віртуальної симуляції складається зі звичайного спірального комп'ютерного томографа, оснащеного спеціальною системою лазерного наведення, і високопродуктивної робочої станції (ПК), на яку надходять комп'ютерні скани. На робочій станції здійснюється переведення поперечних сканів у тривимірне зображення, контурування мішені та критичних органів і розробка попереднього плану опромінення (мал. 35, 36).
Програмне забезпечення СДП дає змогу використати тривимірне зображення досліджуваного органа (об'ємну томогра-му) переглянути його і зробити розріз у будь-якій площині. Лікар може вибрати точку на цій моделі в середині пухлини і дати завдання комп'ютерній системі розрахувати кількість енергії, яку потрібно підвести конкретно в цю зону.
СПД оснащено потужними робочими станціями – сучасними комп'ютерами, які дають змогу лікарю-радіотерапевту проводити віртуальну КТ-симуляцію будь-яких процедур дистанційного опромінення і здійснювати передпроменеву розмітку тіла пацієнта, а так само миттєво відтворювати відхилення дози від запланованого значення.
Сучасні СДП ґрунтуються на найширшому застосуванні новітніх комп'ютерних та інформаційних технологій і забезпечують прямий доступ через Internet до серверів провідних клінік Європи і США для одержання медичних зображень. СДП "прив'язані" до систем випромінювання, які настільки складні і "витончені", що дають змогу фактично перетворити променеву терапію на променеву хірургію. Можна, наприклад, "вирізати" певну ділянку пухлини і передати в неї енергію іонізуючого випромінювання, мало зачепивши прилеглі здорові тканин, тобто розрахувати променеві навантаження безпосередньо в будь-якій точці ураженого органа.
Програмне забезпечення систем планування сумісне з Microsoft Windows і має аналогічний користувальницький інтерфейс.
Сучасні СДП інтегровані в радіологічну інформаційно-керувальну систему ЛПЗ, медична інформаційна система якого складається із серверів, робочих станцій, мережевого обладнання, що поєднує всю опромінювальну апаратуру й апаратуру передпроменевої підготовки для введення, перегляду, обробки і зберігання даних про всіх пацієнтів, які проходять лікування у відділенні променевої терапії. Сьогодні у світі встановлено понад 1400 ефективно функціонуючих систем планування, з'єднаних із радіологічною системою. Деякі СДП стали свого роду еталонами при розробці ще досконаліших систем (SERA, NCTPlan тощо).

Стисло про головне
• СДП належать до спеціальних інформаційних систем, які застосовуються у променевій терапії. Призначення систем – планування променевого навантаження на пацієнта при проведенні променевої терапії.
• В основі променевої терапії лежить процес опромінення ракової пухлини різними за своєю фізичною природою видами випромінювання. Частинки високих енергій руйнують ракові клітини пухлини і пригнічують їхнє відтворення. При цьому у зв'язку з розбіжністю іонізуючого променя частина енергії потрапляє на прилеглі здорові органи, чинячи на них негативний вплив.
• Розподіл дози іонізуючого випромінювання в тканинах і органах пацієнтів підпорядковується складним фізичним законам. Високі дози – шкідливі, низькі – не ефективні. Ідеальної дози, здатної стерилізувати пухлину без ураження здорової тканини, не існує. Уводять оптимальну дозу, що дає максимум шансів на руйнування пухлини і мінімальний ризик розвитку ускладнень.
• У процесі передпроменевої підготовки хворого застосовують СДП, які дають можливість побудувати модель радіаційного поля, заздалегідь спрогнозувати результати лікування, підібрати оптимальний варіант опромінення. Індивідуальний план опромінення ґрунтується на уведених у комп'ютер трьох вузлових параметрах, які є вихідними точками обробки даних: анатомічна інформація про пацієнта, точний опис джерела опромінення і обраний режим променевих процедур.
• СДП моделюють процес опромінення, дають можливість багаторазово переглядати їхні різні варіанти. Якщо здорові тканини потрапляють у зону впливу високої дози опромінення, то такий варіант лікування відкидається і в комп'ютер СДП уводять інші дані (змінюють режими опромінення).
• За допомогою СДП останніх поколінь проводять віртуальну симуляцію (об'ємне моделювання). Система віртуальної симуляції складається зі звичайного спірального комп'ютерного томографа, оснащеного спеціальною системою лазерного наведення, і високопродуктивної робочої станції (ПК), на яку надходить тривимірне зображення органа, який зазнає опромінення.

 

Яндекс.Метрика >