Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Общие подходы к обратным задачам протонной терапии 9
1.1. Конформная терапия внутриглазных новообразований 9
1.2. Актуальные задачи лучевой терапии 11
1.3. Общие подходы к обратным задачам протонной терапии 15
1.4. Два типа обратных задач 17
1.5. Создание модифицированной кривой Брэгга прямым или «обратным» способом 20
1.6. Применение решения Абеля для расчета модифицированной кривой Брэгга 22
1.7. Обратная задача дозиметрического планирования лечения увеальной меланомы 25
1.8. Дозиметрическое планирование по программам EyePlan и Octopus 27
1.9. Выводы главы 1 29
Глава 2. Радиационная физика области средних ЛПЭ и особенности биологического действия протонов 31
2.1. Модели описания лучевого воздействия 31
2.2. Физические параметры, определяющие общее поведение зависимостей биологической эффективности протонов от их энергии 35
2.3. Приближения радиационной физики 37
2.4. Физическое моделирование в микродозиметрии 41
2.5. Нанодозиметрия 42
2.6. Особенности биологической эффективности протонов в области средних ЛПЭ 47
2.7. Биологическая кривая Брэгга протонов 50
2.8. Выводы главы 2 55
Глава 3. Гарантия качества при облучении внутриглазных мишеней 57
3.1. Характеристики пучка протонов и методов его использования для терапевтических целей 57
3.2. Классификация протонного облучения внутриглазных мишеней 61
3.3. Дополнительные действия - программа Octopus 67
3.4. Параметры критических структур глаза 69
3.5. Программа расчета координат скрепок 71
3.6. Выводы главы 3 74
Глава 4. Виртуальный симулятор 76
4.1. Введение физического моделирования в методики симулятора 76
4.2. Фантом - парный имитатор позиционирования глаз 77
4.3. Методика фантомного эксперимента 80
4.4. Определение координат «фиксационной» точки 82
4.5. Направление главной оси фантома на «фиксационную» точку 82
4.6. Результаты фантомного эксперимента 84
4.7. Выводы главы 4 85
Глава 5. Клиническое применение разработанной методики 87
5.1. Предпосылки создания методики планирования облучения внутриглазных мишеней 87
5.2. Анатомическое строение глаза и его радиочувствительные структуры 88
5.3. Модель опухоли в терминах EyePIan 91
5.4. Состав оборудования лучевой установки 92
5.5. Освоение и развитие методики планирования облучения мишеней глаза 96
5.6. Формулировка медицинских требований на основании опыта проведенных облучений 99
5.7. Выводы главы 5 101
Заключение 103
Выводы 105
Список литературы
- Актуальные задачи лучевой терапии
- Физические параметры, определяющие общее поведение зависимостей биологической эффективности протонов от их энергии
- Классификация протонного облучения внутриглазных мишеней
- Фантом - парный имитатор позиционирования глаз
Введение к работе
В настоящее время происходит мощное техническое перевооружение средств лучевой терапии (ЛТ), среди которых протонная лучевая терапия (ПЛТ) выдвинулась на одно из ведущих мест. Во всем мире непреложным фактом стало строительство и ввод в строй центров ПЛТ как современных многопрофильных лечебных комплексов. Однако параллельно этому совершенствуются традиционные средства лучевой терапии, и каждая задача, стоящая перед ЛТ, так или иначе предлагается для ПЛТ и одновременно разрабатывается в рамках конвенциональной ЛТ [1,2].
Отсюда возникает принципиальный вопрос о самой постановке задач ЛТ. В мемориальной греевской лекции 2001 г. проф. Г. Сьют утверждал, что вследствие преимуществ дозного распределения протоны заменят фотоны для радикальной лучевой терапии в ближайшие 2-3 десятилетия [1]. Сегодня по-прежнему существует две клинически важные проблемы: исключить возможность как неудач при лучевом лечении опухоли, так и постлучевых осложнений. Предполагалось, что переход от обычных методов ЛТ к конформной ЛТ, и тем более к модулированной по интенсивности радиотерапии приведет к решению основных задач ЛТ. Но при улучшении основного показателя, частоты достижения локального контроля опухоли, нередко возрастала опасность поздних осложнений.
Таким образом, нужна клиническая модель, на примере которой было бы четко показано, чего можно ожидать от введения новых средств лечения. Свидетельство в пользу таких возможностей было получено впервые в онкологии при ПЛТ увеальной меланомы, когда публиковался 25-летний опыт лечения. Ряд центров ПЛТ к 2006 году накопил опыт лечения более 8000 больных. Частота локального контроля этой злокачественной опухоли в семи мировых центрах составила 94-99%, в среднем 97% [3]. Это совершенно уникальный результат, который
убедительно подтвердил перспективность радикальной ПЛТ. По существу опровергались фатальные представления о раке.
Особенностью данной локализации является увеличенное число степеней свободы из-за большой подвижности глаза, затрудняющей его позиционирование на пучке излучения. Успех данного метода лечения может также рассматриваться как создание клинической модели, опирающейся на четко сформулированную физическую и математическую задачу, решение которой выражается в создании действующей методики лечения. Возможно, такой опыт представляет интерес как модель и для других методов ПЛТ.
Облучение внутриглазных мишеней отличается целым рядом особенностей: лечение может производиться только пучками протонов; облучение выполняется крупными фракциями дозы (так называемая эскалация дозы); сравнительно малы поперечные размеры пучков; имеются в наличии совершенные методы планирования облучения; а также предоставлен широкий выбор вариантов облучения на основе построения гистограмм доза-объем. Поэтому лечение увеальной меланомы допускает наиболее ясную интерпретацию. Эта модель проста по ряду признаков: а) хорошо определено в пространстве дозное поле, имеющее большие градиенты дозы по краям; б) вклад вторичных излучений пренебрежимо мал; в) не требуется учитывать гетерогенность среды. Решение весьма актуального вопроса об относительной биологической эффективности (ОБЭ) протонов также наиболее удобно начинать с исследования объекта с достаточно точно определяемыми физическими характеристиками.
Таким образом, целесообразно начинать решение проблем, поставленных Г. Сьютом, с проведения лечения этой локализации, для которой можно исключать вполне устранимую вариабельность физических и биологических параметров при выполнении выбранной методики.
Возникает также вопрос, почему широко известный теперь опыт лечения накапливался слишком долго, почти за десятки лет, когда результаты постоянно улучшались, хотя методика планирования облучения была одной и той же. При этом поздние осложнения все еще наблюдаются с большим разбросом - вероятность глаукомы варьировалась в разных центрах в пределах от 20 до 2% (хотя статистика достигает в каждом центре уже многих сотен наблюдений) [3,4].
Рассматриваемая проблема онкологии допускает вполне четкую формулировку задач моделирования для всех составных частей планирования облучения. Геометрические параметры органа определены его оптическими измерениями. Рост опухоли направлен преимущественно со стороны склеры внутрь глаза к его центру. Дозное поле можно пристраивать к форме мишени и затем, двигаясь вдоль пучка от объекта к источнику, обрисовать необходимую форму болюса. Таким образом, решается типичная обратная задача. Известны также трудности учета ОБЭ протонов.
Затронутые вопросы заставляют вернуться к общетеоретическим подходам, среди которых особый интерес представляет интерпретация проблем математической физики, известных под именем обратных задач (03), которые постоянно попадают в поле зрения клинических проблем -то со стороны методов диагностики, то терапии [5,6].
При учете всех этих подзадач дозиметрическое планирование облучения может строиться как последовательное решение обратной задачи, примененное к конкретной методике ПЛТ.
Сравнительно недавно стал известен принцип «виртуального симулятора», который состоит в создании математической модели облучаемого органа, все томографические данные которого имеются, и можно воспроизводить все действия по укладке больного и т. д. даже в отсутствие больного [7]. При этом вся методика облучения пациента может воспроизводиться заранее, в данном случае сначала на
математической модели, создаваемой программой EyePlan, полученной из Центра онкологии г. Клаттербридж [8, 14], и затем, как будет показано, на физической модели.
Использование моделей при планировании облучения, разумеется, не заменяет проведения реальной симуляции при позиционировании больного, но может не только значительно сократить время, затрачиваемое на процедуры лечения, но и повысить точность выведения структур глаза в нужное положение.
Облучение больных проводились еще с конца 1970-х годов регулярно в совместных работах ИТЭФ и Московского НИИ Глазных болезней им. Гельмгольца. Со стороны МНИИ ГБ им. Гельмгольца работы проводятся группой врачей под руководством профессора СВ. Саакян, в которую входят также Ю.И. Бородин и В.В. Вальский. Кроме того, еще в 1980-х годах работу проводили ряд врачей Г.К. Гуртовой, А.Ф. Бровкина, Г.Д. Зарубей и др., а со стороны ИТЭФ - Н.А. Кубынина. В ходе этих исследований были найдены оригинальные решения и разработана уникальная лечебная установка, снабженная системами позиционирования фиксации взгляда больного и др., которые используются до сих пор с некоторыми доработками.
Таким образом, была поставлена многоплановая задача, включающая различные аспекты лучевого лечения при использовании программного средства, известного как программа EyePlan, при создании соответствующих методик на лучевой установке протонного пучка синхротрона ИТЭФ [9]. Разработке таких подходов, включающих, одновременно с их практическим применением, важное приложение теоретической «обратной задачи», и посвящена предлагаемая диссертационная работа.
Актуальные задачи лучевой терапии
Напомним, что общая проблема, перед которой стоит онкология, формулируется следующим образом: нужно максимально поразить жизнеспособность злокачественных клеток, сохраняя при этом прилежащие к опухоли нормальные ткани. Применяя различные источники излучений с заранее заданными характеристиками, приспосабливать их к решению подобных задач совсем не просто. Если говорить о методах лучевой терапии, то здесь пройден путь от применения рентгеновской трубки и миниатюрных источников излучения до современных ускорителей заряженных частиц. Само лучевое воздействие часто рассматривается как биологическая проблема уничтожения или выживания одиночных клеток. В этом случае речь идет о взаимодействии излучения с объектом-мишенью, размер которой приближается к точечному.
Однако существуют проблемы применения созданных технических средств к облучаемому объекту как мишени значительных размеров. Речь идет о математическом описании лучевого воздействия, принадлежащего к классу задач, принципиально не решаемых до конца, а именно, обратных задач (03) математической физики (inverse problems). Такой подход вводит вопросы, связанные с созданием методов лечения, в рамки математической физики [20].
Лучевая терапия всегда проводится на основании дозиметрического планирования, при котором рассчитывается и строится дозное распределение, соответствующее целям лечения. Эти методы обычно подразумевают использование заранее заданных источников излучения и выбор подходящих планов дозирования из набора планов, создание которых возможно на данном источнике. Такие шаги представляют собой решение прямой задачи (ПЗ). В качестве универсального метода часто применяется метод Монте-Карло. Можно двигаться в обратном направлении - задать желаемый оптимизированный дозовый план и искать подходящий набор источников излучения и их расположение, при которых такой план будет выполнен. Именно в этом состоит ОЗ.
Уже существуют хорошие возможности для физической реализации математического решения 03 при облучении протонами. На современных ускорителях созданы пучки протонов, способные проникать в ткани на любую глубину [21]. Можно управлять пробегом пучка, создавать его спектр, поставив «гребенчатый» фильтр на пути пучка. Вместо этого, так называемого пассивного метода, можно активно управлять пучком, если отклонять тонкий пучок магнитным полем и сканировать его по поверхности, а при изменении энергии протонов - и по глубине облучаемого объекта, одновременно с модулированием интенсивности пучка. Благодаря резко ограниченному пробегу протонов и незначительному боковому рассеянию пучка, этот метод позволяет доставить в каждую точку объекта заранее заданную дозу излучения. Хотя дозы по пути транзита пучка складываются, этот эффект не мешает доставке достаточной дозы на большую глубину, благодаря сильному возрастанию потерь энергии протонов к концу их пробега. Такое возрастание приводит к характерной форме зависимости поглощенной дозы от глубины, так называемой кривой Брэгга.
Глубинная дозная кривая тормозного излучения с энергией фотонов ЮМэВ; кривая Брэгга протонов с энергией 150 МэВ и модифицированная кривая Брэгга протонов. Доза от фотонов экспоненциально убывает по, мере проникновения вглубь тканей. Для протонного пучка доза перед мишенью несколько меньше, чем в мишени, и совсем отсутствует за нею. На рис. 1.1 представлены: глубинная дозная кривая высокоэнергетичных фотонов, генерированных в источнике тормозного излучения с энергией фотонов ЮМэВ; кривая Брэгга протонов с энергией 150 МэВ и модифицированная кривая Брэгга (МКБ) протонного пучка, МКБ получают наложением нескольких пучков протонов с разной энергией и разной интенсивностью. В сумме получают расширенный пик Брэгга таких размеров, чтобы равномерно покрыть опухоль.
Медицинский центр ИТЭФ. В Институте теоретической и экспериментальной физики им. А.И. Алиханова (ИТЭФ) с 1969 года работает Центр протонно-лучевой терапии [21,22] (рис. 1.2).
Для лечения пациентов используется ускоренный на синхротроне пучок протонов с энергией от 80 до 220 МэВ. Пучок поступает в три процедурные кабины, в которых проводится лечение рака предстательной железы, многих видов внутричерепных новообразований, внутриглазных новообразований, а также злокачественных опухолей в разных частях тела.
В последнее время во многих странах строится множество новых специализированных медицинских центров для облучения больных. ИТЭФ по-прежнему занимает одно из ведущих мест в статистике лечения больных; в настоящее время это четвертое место, и лечение в этом центре прошло почти 4 тысячи больных. Всего в 30 центрах протонной и ионной терапии прошло лечение более 30 тысяч больных [22, 23].
Физические параметры, определяющие общее поведение зависимостей биологической эффективности протонов от их энергии
Уже в течение более тридцати лет лечение больных методами лучевой терапии проводится на протонном пучке синхротрона ИТЭФ. Этому предшествовали предклинические испытания установок для лечения больных, при участии биологов был выполнен ряд экспериментов на клеточных культурах и на животных. К настоящему времени это стало уже пройденным этапом, но этот этап позволил дальше практически развивать новое направление. Физико-биологические исследования на медицинском пучке ИТЭФ проводились в традициях этого института, и естественно, они отличаются рядом особенностей. В частности, это касается изучения особенностей прохождения частиц через вещество.
В настоящее время в мире все-таки возрастает понимание ценности этого направления исследований. Все же уровень работ, проводившихся задолго до этого в ИТЭФ и ФИАН, еще остается не достигнутым, тем более что эти результаты публиковались главным образом на русском языке и частично уже потеряны. Поэтому в данной диссертации делается попытка использовать возможности работы на базе ИТЭФ и применить в новой области сохранившиеся материалы. Многие особенности данной работы с пучками протонов при энергии ниже 80 МэВ уже настойчиво требуют обращения к таким материалам.
По многим биологическим и физическим признакам эти особенности относятся к промежуточной области между низкими и высокими значениями линейной передачи энергии (ЛПЭ), характерными для конвенционального излучения и для ускоренных ионов соответственно [54]. Существующие разночтения в моделях, определяющих относительную биологическую эффективность (ОБЭ) протонов, относятся к этой промежуточной области (0,5-20 кэВ/мкм), однако в ней необходимо также учитывать квантовые эффекты, возникающие при перестройке атомных оболочек с испусканием оже-электронов.
Подобные эффекты не рассматриваются во многих приложениях микродозиметрии, которая берет нужные для данного случая значения параметров из пограничных областей предельно высоких и предельно низких ЛПЭ [55]. В процессе лечения больных необходимо учитывать многие факторы биологического действия излучения, ввиду большого разнообразия режимов фракционирования дозы, объема лечения (размеров мишеней), сочетания курсов облучения разными источниками и выбора энергии частиц. В настоящее время в ряде центров проводятся исследования по уточнению данных по измерению ОБЭ протонов, усредненно-принятой равной 1,10. Однако во многих экспериментах (кстати, впервые в ИТЭФ [47]) уже давно было установлено, что ОБЭ зависит от энергии протонов и ряда других факторов. Очевидные требования к точности дозы терапевтического облучения очень высоки по сравнению с уровнями точности, которых можно ожидать как от биологического эксперимента, так и от расчетов. Теория способна вводить существенные изменения в методику обработки экспериментальных данных и тем самым улучшать результаты. Такой анализ еще не проводился, хотя существующий объем экспериментальных данных может считаться достаточным для этого.
Слабая выраженность эффектов в области малых и средних значений ЛПЭ затрудняет интерпретацию биологических данных методами микродозиметрии. В связи с этим, обратим внимание на ряд эффектов, свидетельствующих в пользу механизма, установленного ранее в упомянутых опытах с пузырьковыми камерами. Речь идет о 8-электронном механизме биологического действия ионизирующих излучений. Требует объяснения независимость ОБЭ протонов от поглощенной дозы, наблюдаемая в ряде работ [46]. Другой эффект известен по исследованиям радиационных эффектов в перегретых жидкостях [48-50, 52] как релятивистское возрастание ряда эффектов, связанное с определяющей ролью избыточного энерговыделения на концах пробегов 8-электронов и при оже-эффекте, происходящем при взаимодействии частиц с внутренними оболочками атомов.
Для того чтобы ближе подойти к нужному пониманию взаимодействий частиц с атомами среды, необходимо обратиться к некоторым понятиям, позволяющим обозначить границы затронутой здесь области физики элементарных частиц.
Классификация протонного облучения внутриглазных мишеней
Международные рекомендации [17] содержат классификацию конформного облучения по уровню требований ГК при выполнении процедур лечения больного. Важным аспектом повышения эффективности лучевого лечения является разработка методик оценки качества ЛТ. Применение таких методик дает возможность систематически контролировать и поддерживать некоторый установленный стандарт качества для отдельных этапов процесса лечения. Такие задачи решаются на основе совокупности критериев, позволяющих выполнять оценку и контроль качества, а в итоге обеспечивать ГК лечения [92]. Следовательно, весьма актуальной является разработка системы тестов, оценочных показателей и критериев, а также правил их применения при решении практических задач анализа и прогнозирования результатов ЛТ.
Переходя к конкретной задаче облучения, необходимо составить протокол лучевой терапии больного, в котором каждая процедура подвергается контролю, соответствующему общим требованиям ГК. Как это выполняется на практике облучения увеальной меланомы можно понять на основании анализа собственного опыта лечения и знакомства с опытом других учреждений. Непосредственно такую возможность предоставляли Институт Сведборга в Швеции и Центр протонной терапии Лома Линда в США, а также некоторые другие институты.
Сначала нужно выбрать конкретный метод конформного облучения. На основании изложенных выше представлений предпочтение отдается радикальному методу облучения внутриглазных мишеней пучком протонов, параметры которого уже приводились. В таблице 3.1, составленной по Международным рекомендациям [17], делается попытка определить, на каких уровнях ГК выполняются указанные в таблице действия при учете особенностей данной методики, а также опыта ее применения в ИТЭФ. Таблица 3.1. Классификация конформного облучения в соответствии с методологией и средствами, связанными с каждым этапом процедур протонного облучения.
Оптимизация плана облучения Последовательныйперебор планов свизуальной оценкой Последовательныйперебор планов сиспользованием целевойфункции Решение обратной задачи 3 По существу такой анализ проводился впервые, и нужно быть заранее готовым к тому, что некоторые необходимые действия могут не исполняться на практике. В выявлении таких моментов и состоит главная задача ГК, так как в противном случае подобный анализ носил бы чисто формальный характер, хотя обычные формальности ГК также имеют большое значение для повышения показателей излеченности больных.
В таблице введен столбец для оценки уровня ГК, достигаемого, предположительно, при планировании по программе EyePlan. Дополнительный столбец приписывает соответствующие уровни при ряде действий, выполняемых в более поздней программе [39], обзор которых проводится в следующем разделе.
Рассмотрим этапы лечения. Еще до поступления больного на протонную лучевую установку (ПЛУ), в клинике выполняется ряд процедур, имеющих самое непосредственное отношение к проведению последующей протонной терапии. Это хирургическая операция, во время которой края мишени метятся рентгеноконтрастными танталовыми скрепками. Одновременно измеряется положение скрепок и составляется карта топометрии, на которой указаны меридиан скрепки и расстояния от ее центра до краев опухоли и лимба глаза.
При помощи фундус-камеры делается снимок глазного дна, на котором можно рассмотреть вид и взаимное расположение опухоли и структур глаза. Ультразвуковое исследование позволяет определить передне-задний размер глаза.
Следующий этап лечения состоит в пробной «укладке» пациента на ПЛУ и получении рентгеновских снимков, необходимых для позиционирования мишени. В соответствии с Руководством пользователя программы EyePlan [14], производятся все последующие действия: на рентгеновских снимках измеряются координаты скрепок, вводится модель глаза, рассчитывается модель опухоли и составляется оптимизированный план облучения. При этом в интерактивном режиме моделируется расположение опухоли относительно анатомических структур глаза, вводится запас на неточность установленных краев опухоли и определяется планируемая мишень. Только после этого можно сопоставить параметры модели, рассчитанной программой EyePlan с соответствующими данными, полученными из клиники. Если между этими величинами обнаруживаются значительные расхождения, то для их ликвидации назначается повторная репетиция, и все действия по симуляции облучения повторяются заново.
Здесь в широко распространенной методике лечения внутриглазных мишеней можно заметить определенное отклонение от стандартной схемы упомянутых выше рекомендаций ГК [17], так как в них обычно все действия выполняются в постоянной линейной последовательности. Если же последовательная цепочка сопровождения больного прерывается, то возникает потеря времени, которое уходит на дополнительную репетицию «укладки» больного. Задачей настоящей методики было также избежать отклонения от этой последовательности, анализ которых позволяет повысить оценку уровня выполнения требований ГК. Действительно, такой анализ позволил обнаружить «узкое место» в общепринятых действиях по использованию программы EyePlan. Повторные действия объясняются тем, что программа использует только данные о геометрии глаза и рентгеновские снимки, выполняемые уже на ПЛУ. Таким образом, измерения, выполненные хирургом, используются только для контроля результата работы программы. Среди проанализированных требований ГК, приведенных в таблице 3.1, не видно ни одного, которое улучшалось бы при проведении дополнительной репетиции больного, назначенной только из-за нарушения последовательности операций подготовки облучения.
При другой последовательности действий программа EyePlan также была бы полностью использована, но она была бы способна проконтролировать результат клинической топометрии, прежде чем на ПЛУ поступит больной. В дальнейшем изложена последовательность действий, при которой нет такой необходимости повторных репетиций. По обычной методике программа EyePIan также была бы полностью использована, но она была бы неспособна проконтролировать результат клинической топометрии, прежде чем на ПЛУ поступит больной.
Необходим предварительный расчет на основании данных хирурга, относящихся к топометрии, - это первая поправка к протоколу облучения, которая вытекает из анализа требований ГК, но имеется еще одна существенная поправка. Программа проводит ось симметрии глаза через макулу. Известно, что направление оптической оси глаза проходит под так называемым у-углом, отличающимся от направления на задний полюс на 5-7 [85, 89]. Для решения об этом угле нужен снимок, выполненный фундус-камерой.
Возникает вопрос, чему стоит меньше доверять - данным клинической топометрии или сферической модели глаза, которую строит программа. Предварительное планирование по клиническим данным по существу способно заменить одну из репетиций и может существенно сократить суммарную длительность сеансов облучения.
Фантом - парный имитатор позиционирования глаз
Программа и методика облучения фантома глаз предназначена для проверки работы протонной лучевой установки (ПЛУ) процедурной кабины №3 медицинского пучка ИТЭФ. По данной программе выполняется проверка готовности установки к облучению внутриглазных новообразований с использованием программы планирования облучения EyePlan. Инструментом для проверок является фантом, имитирующий облучение мишени глаза по выбранному для позиционирования глазу. Дополнительно на пути пучка каждой рентгеновской установки следует помещать фантом черепа, добиваясь выполнения надлежащего контраста рентгеновского изображения танталовых скрепок, помещенных на поверхности фантома глаза, содержащего предполагаемую мишень. Расположение скрепок может изменяться, в зависимости от предложенной врачом программы облучения больного. Данные испытания далее именуются фантомным экспериментом.
Поскольку для дозиметрических измерений всегда используется специальный водный фантом, и эти измерения постоянно производятся по уже давно установленной программе, то в данную программу исследований дозиметрическая часть фантомных измерений не входит.
Для выполнения начальной стадии работ был разработан специальный котировочный фантом, имитирующий оба глаза со всеми возможными перемещениями и наблюдением на дисплее позиционирование взора на световую «фиксационную» точку. Таким образом, основные действия по юстировке аппаратуры и самого больного выполняются еще до тренировок по его укладке и позиционирования мишени. На такой модели более точно отслеживается выполнение всех операции позиционирования глаза. Фантом-имитатор может использоваться также для проверок по гарантии качества работы аппаратуры в процессе ее использования при лечении больных новообразованиями заднего отдела глаза.
Части фантома, имитирующих глаза, составлены из конических и цилиндрических поверхностей, касательных к сфере. Танталовые скрепки наклеены в четырех произвольных точках. Фантом помещается на головодержателе позиционера «ПОЛОГ». Простая конструкция, показанная на рис. 4.1, имитирует только одну геометрию облучения. Поэтому она больше соответствовала проверкам точности перемещений установки в стандартной геометрии в рамках программ гарантии качества. Для этого в центре фантома помещалось острие, которое должно точно выводиться в изоцентр позиционера. Рентгеновские снимки делались с использованием пленки 100 NIF, экспозиция 70 кВ, 40 мА/с, режим проявочной машины был стандартный.
Для диаметра чистового коллиматора 5 мм и энергии протонного пучка 80 МэВ производилось облучение пленки в течение 3 импульсов при введенных 2 и 5 мишенях в тракте вывода пучка. Определялось отклонение центра засвеченного протонами пятна от центра тяжести скрепок. Была установлена ошибка в юстировке мишени, составившая 0,8 мм по оси Хр (горизонталь) и менее 0,2 мм по оси Yp (вертикаль).
Однако задача оптимизации облучения требует высокой геометрической точности прицеливания, когда отклонение направления пучка более чем на 1 мм может приводить к ощутимым потерям в контроле опухоли или к повреждению критических структур глаза. Поэтому был разработан второй вариант фантома, в котором моделируются все возможные положения глаза, в отличие от предыдущей модели. Каждый регулируемый элемент фантома снабжен шкалами. Фантом, показанный на рис. 4.2, не только моделирует перемещения глаза, но и позволяет определить, с какой точностью модель глаза направляется на «фиксационную» точку..Конструкция второго варианта фантома-имитатора глаз: 1 - крепление фантома на стенде, 2 -сфера, имитирующей глазное яблоко, 3 - отверстие на оси сферы, имитирующее зрачок, 4 - шкала для отсчета азимутального угла, 5 -шкала для отсчета полярного угла, 6 - стрелка на шкале для отсчета полярного угла. Поверхность частей фантома, имитирующих глаза, сферическая. В сферах просверлены отверстия, проходящие через зрительные оси обоих имитаторов глаз. Длина глаза, соответствующая фантому, равна 25,3 мм + толщина склеры 1 мм. Скрепки наклеены в четырех произвольных точках. В отличие от первого варианта, в каждом шаре проделано только одно отверстие, имитирующее ось глаза. Поиск направления оси глаза на «фиксационную» точку делается фотографическим путем.
Как и для реального облучения, для имитации в фантомном эксперименте от врача получаются исходные данные для планирования облучения мишени, расположенной преимущественно в заднем отделе глаза.
Фантомный эксперимент проводится в двух вариантах: 1) моделируется позиционирование по больному глазу, 2) моделируется позиционирование по здоровому глазу. Направление взгляда пациента имитируется просмотром через отверстие фантома луча светового центратора или «фиксационной» точки.
Похожие диссертации на Обратные задачи при дозиметрическом планировании протонной терапии внутриглазных мишеней
