Окончательная готовность работы январь 2010г. Полный текст работы можно получить у автора.

Содержание:
1. Актуальность темы
2. Цель и задачи работы
3. Практическая ценность
4. Состав компьютерного системного планирования облучения и основные процедуры планирования облучения
5. Основные погрешности процесса планирования лучевой терапии.
6. Общие закономерности дозных распределений при многопольном и ротационном облучении
7. Размер поля и мощность дозы в опорной точке
8. Заключение

     Применение пучков тяжелых заряженных частиц, в частности протонов, в радиотерапии позволяет качественно улучшить пространственные дозные распределения по сравнению с традиционно используемыми для этих целей пучками электронов и у-квантов. Однако, их преимущества могут быть реализованы только при условии адекватного планирования и реализации терапевтического облучения, которые гарантируют точное совмещение максимума дозного распределения с опухолевым объемом.
     По мнению экспертов Всемирной Организации Здравоохранения, успех лучевой терапии на 25% зависит от компьютерного дозиметрического планирования, на 25% от наличия современной радиотерапевтической аппаратуры и формирующих устройств, и на 50% от медицинских факторов, таких как, вид и стадия заболевания, радиочувствительность опухоли, квалификация врача и т.д. В вопросе повышения эффективности радиотерапии тяжелыми заряженными частицами техническая составляющая играет огромную роль. Можно выделить несколько задач, без решения которых невозможно добиться достаточно хороших результатов в протонной лучевой терапии. К ним, безусловно, относятся задачи формирования конформного распределения дозы, то есть равномерного облучения мишени максимальной дозой, осуществления контроля за правильностью облучения, создание формирующих пучок устройств, правильное использование пакета программ для планирования облучения, а так же разработка методик корректной верификации рассчитанного пространственного распределения.

     Целью работы является разработка, создание и исследование характеристик комплекса аппаратуры и пакета программ для обеспечения точного совмещения дозного максимума терапевтического протонного пучка с опухолевым объемом

• Благодаря разработанным методикам и аппаратно-программному оснащению, стало возможным проведение конформной протонной лучевой терапии, при которой точность совмещения дозного распределения с облучаемой мишенью составляет ±1мм.
• Реализованы методики и создано программное обеспечение, для создания замедлителей сложной формы - специальных компенсаторов неоднородностей, устанавливаемых непосредственно перед пациентом.
• Разработанное техническое оснащение позволило ускорить процесс предлучевой подготовки и повысить уровень гарантии качества протонной терапии.

   Планирование радиотерапевтического облучения является комплексным процессом, который включает различные этапы. Компьютерное системное планирование облучения (КСПО) включает следующие основные элементы: рабочую станцию, снимок полученный с Компьютерного Томографа(КТ), программное обеспечение выбора условий облучения, расчета дозовых распределений, расчета мониторных единиц и мощностей доз, устройства и программное обеспечение для документирования плана лечения. Прежде чем приступить к этапу планирования лучевого лечения, необходимо выполнить следующие процедуры:

1. Осуществить позиционирование пациента, в результате которого определяется его оптимальное положение во время лечения; конструируются необходимые приспособления для этого позиционирования.

2. Определить размеры, форму и локализацию опухоли (объем мишени), окружающие опухоль здоровые органы и ткани (органы риска), а также внешний контур пациента. Эта процедура предусматривает использование как специального оборудования (рентгеновские, магнитно-резонансные компьютерные сканеры и т.д.), так и опыта и квалификации врача-онколога для создания правильной компьютерной топографической модели пациента.

Только после полного осуществления первых двух процедур начинается традиционное планирование лучевого лечения или дозовое планирование. Может быть выбран один из двух основных методов радиотерапии: дистанционная или контактная (внутриполостная или внутритканевая) лучевая терапия. Параметры дистанционной радиотерапии (тип источника облучения, методика облучения), как правило, задаются. Параметры пучков излучения (количество пучков, их размеры, направления), параметры дополнительных формирующих устройств (клиновидных фильтров, блоков, компенсаторов, многопластинчатых диафрагм) определяются в процессе планирования. Каждый из вышеперечисленных параметров влияет на распределение дозы в пациенте. С помощью КСПО может быть получено огромное число различных распределений дозы, учитывающих индивидуальные топографические особенности пациента. Выбором и документированием наилучшего плана, отвечающего основным требованиям врача к распределению дозы, учитывающим конкретные условия для реализации этого плана в данном клиническом подразделении, заканчивается процесс планирования лучевого лечения.

   Нормирование изодозных кривых при статическом облучении в атласах дозных распределений произведено 2 способами. Соответственно этому в атласах представлены карты изодоз 2 видов серии А и серии Б.
    Погрешности или источники ошибок планирования можно разделить на две основные группы:

1. Погрешности алгоритмов расчета распределений дозы и их характеристик, заложенных в КСПО. Информация о дозиметрических характеристиках радиотерапевтического аппарата является очень важной. Параметры пучков излучения должны быть измерены и переданы в КСПО. Качество КСПО прежде всего обусловлено точностью измерения и передачи этой информации в КСПО, а также точностью воспроизведения этой информации системой планирования. Необходимо осуществлять строгий контроль за основными дозиметрическими характеристиками аппарата лучевой терапии, которые не должны изменяться после передачи их в КСПО.

2. Источники ошибок, связанные с вводом и обработкой информации о пациенте и его позиционировании на аппаратах лучевой терапии. Информация о пациенте может собираться c использованием различных методов. Важное значение имеет точность получения изображений, значений электронной плотности в каждой точке КТ-изображения, а также точность передачи, превращения и использования этой информации в компьютерной системе планирования. Таким образом, процессы получения, передачи, превращения или использования изображений могут существенно увеличить геометрические неопределенности создаваемой модели пациента.

Каждый из шагов, в том числе рисование контуров, перевод в трехмерное (объемное) изображение, создание поверхностных и объемных изображений, включает геометрические погрешности. Погрешности процедур фиксации пациента в пространстве в процессе КТ-сканирования, симуляции и других сопроводительных процедур могут вносить существенный вклад в неопределенность локализации пациента, опухоли (мишени), нормальных органов и тканей по отношению к радиационным пучкам.

   Основное влияние на дозные распределения в плоскости ротации оказывают ширина поля и угол между осями пучков в случае многопольного облучения либо угол качания в случае ротационного. Закономерности изменения дозных распределений от этих параметров облучения можно проследить из карт атласа.
Длина поля в пределах погрешности расчета не влияет на характеристики дозных полей в плоскости ротации. Размеры 80%-го контура по оси вращения в сагиттальной плоскости в зависимости от длины поля приведены в таблице I. Размеры 80%-го контура в этой плоскости практически не зависят от числа полей и их расположения в случае многопольного облучения и от угла качания в случае ротационного.
Изменение формы, размеров Фантома и его ориентации, относительно опорной точки, для наиболее употребляемых в лучевой терапии случаев меняет размеры 80%-го контура не более чем на— 5% по дозе, величину относительной дозы в опорной точке не более чем на ± 4%, смещение центра 80%-го контура не более чем на +3 мм. На мощность дозы в опорной точке эти параметры, так же как и длина поля влияют через тканевоздушное отношение, которое является функцией перечисленных параметров.
Изменение радиуса вращения при ротационном или расстояния источник - опорная точка при многопольном облучении в диапазоне от 50 до 100 см не влияет на размеры 80%-го контура в пределах погрешности расчета доз. Уменьшение геометрической полутени, в~2,2 раза, связанное с уменьшением диаметра источника от 2 до 0,9 ем, практически не изменяет размеров 80%-го контура.
Изменения размеров 80%-го контура за счет гетерогенности облучаемого объема для наиболее употребимых в лучевой терапии случаев многопольного (число полей n>3) и ротационного облучения не превышают + 5% по дозе.

   Размер поля в отчёте по практике указывается для однопольного облучения и определен по 50%-ной дозе на расстоянии 75 см от источника. Мощность экспозиционной дозы гамма-излучения при заданном направлении многопольного облучения в центре поля на фиксированном расстоянии от источника до опорной точки и при известной глубине положения этой точки можно определить следующим образом:

где: К1 - поправочный коэффициент;A0экв - сторона квадратного поля, эквивалентного заданному полю, измеренному на РИО); h0 - глубина положения опорной точки при заданном направлении облучения;g(A,h) - тканевоздушное отношение для поля со стороной А0экв, на глубине h0, Р0 - мощность экспозиционной дозы гамма-излучения, измеренная в воздухе в центре поля 10x10 см на расстоянии 75 см от источника.
Величины коэффициентов К1 и тканевоздушных отношений в зависимости от стороны квадратного поля
Если относительная доза в опорной точке не равна 100%, то доза в ней рассчитывается по формуле:

где: Dм - величина дозы в точке дозного максимума (на суммарной изодозной карте она выделена отдельной точкой); П0-процентная доза в опорной точке, определяемая по суммарной изодозной карте; Пм - максимальная процентная доза на той же карте.

Для проведения ЛТ требуется тщательная топометрическая подготовка больного, компьютерное планирование и дозиметрический контроль лечения. Во всех этапах ЛТ непосредственное участие принимают медицинские специалисты по клинической дозиметрии. Дозиметрическое планирование облучения проводят с целью выбора вида излучения, метода и условий облучения для создания оптимального распределения поглощенной дозы. Необходимым условием планирования является создание корректной топометрической карты. Для этого используют данные различных рентгенологических, реже - радиоизотопных, ультразвуковых исследований. Лучевую терапию используют для лечения злокачественных новообразований и некоторых неопухолевых заболеваний. Одним из главных условий, определяющих эффективность ЛТ, является максимальное повреждение опухолевой ткани при максимальном сохранении нормальных органов и тканей. От этого зависит как результат лечения, так и развитие в дальнейшем лучевых осложнений, возникающих при превышении толерантных доз для нормальных тканей.

Список источников

1. Физика визуализации изображений в медицине: В 2-х томах. Т.1:Пер. с англ./Под ред. С.Уэбба.-М.:Мир,1991.- 408 с.
2. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы: Пер. с польск. И. Д.Рудинского. - М.:Горячая линия -Телеком,2006. – 452с.
3. Медицинская техника Беликова Т.П.,Лапшин В.В.,Яшунская Н.И.-1995.- № 1-с.7
4. Официальный сайт фирмы-производителя онкологического оборудования - Varian medical systems. Общее описание симуляторов лучевой терапии.
URL:http://www.varian.com/us/oncology/radiation_oncology/acuity/
5. Цифровая обработка изображений в информационных системах И.С.Грузман, В.С. Киричук, В.П. Косых, Г.И. Перетягин
URL: http://dsp-book.narod.ru/dspimage/dspimage.htm