Чтобы эффективно использовать лучевую терапию в лечении рака, клиницисты должны иметь представление о фундаментальных понятиях и лексике, используемых в радиационной онкологии. Клинически лучевая терапия, часто в сочетании с XT, м.б. использована в качестве основного лечения для большинства гинекологических ЗНО (табл. 1).
Кроме того, лучевая терапия м.б. рекомендована в послеоперационном периоде, если высока вероятность рецидива опухоли. Лучевая терапия также часто используется для облегчения симптомов, вызванных прогрессированием любого гинекологического рака.
Лучевая терапия — это целенаправленная доставка энергии в ткани для достижения контролируемого биологического повреждения. Излучение, используемое в этой терапии, может доставляться в виде электромагнитных волн или частиц.
а) Электромагнитное излучение. Фотоны (рентгеновские лучи) и γ-лучи являются двумя типами электромагнитного излучения, используемого для лучевой терапии. Фотоны, применяющиеся для проведения дистанционной (наружной) лучевой терапии, образуются при столкновении потока электронов с мишенью с высоким атомным номером (напр., вольфрамом), расположенной в головке линейного ускорителя (рис. 1).
Рисунок 1. Структурная схема линейного ускорителя, используемого для создания внешнего пучкового излучения. М.б. получены как фотонные, так и электронные пучки: А — фотонная лучевая терапия подходит для глубоко расположенных опухолей, таких как опухоль шейки матки (пример). Энергия пучка измеряется в миллион вольт; В — электронная лучевая терапия показана при поверхностном расположении опухолей, напр. в паховых лимфатических узлах. Энергия пучка измеряется в миллион электрон-вольт (МэВ)
Напротив, γ-лучи исходят из нестабильных ядер атомов и испускаются при распаде радиоактивных материалов, также называемых радионуклидами, которые широко используются в брахитерапии.
б) Излучение частиц. В то время как электромагнитные волны характеризуются их длинами, частицы характеризуются массой. К частицам, имеющим клиническое значение, относят электроны, нейтроны, протоны, ионы гелия, тяжелые заряженные ионы и пи-мезоны. Кроме электронов, применяющихся во всех современных радиологических онкологических центрах, и протонов, др. частицы имеют ограниченное клиническое применение.
Число протонных установок растет: в США работают 30 установок, 14 дополнительных центров планируются или строятся.
Частицы производятся линейными ускорителями или др. генераторами высокой энергии и обычно доставляются к мишени внешним пучком. Электроны являются "-"-заряженными частицами, высвобождающими большую часть своей энергии вблизи поверхности. Напротив, тяжелые заряженные частицы, такие как протоны, высвобождают большую часть своей энергии в глубине поглощающих тканей в момент максимального торможения, ближе к концу пути частиц (эффект пика Брэгга).
Вследствие этого основным преимуществом протонной терапии является отсутствие негативного влияния дозы ионизирующего излучения на нормальные ткани. Применение протонной терапии при гинекологических ЗНО в настоящее время в первую очередь носит исследовательский характер. Однако протонная терапия может применяться при метастатическом поражении глубоких тазовых и парааортальных ЛУ, избегая при этом ненужного облучения и риска радиационного повреждения кишечника и почек (рис. 2).
Рисунок 2. Дозовое распределение при протонном облучении парааортальных лимфатических узлов у больной раком шейки матки. Протонный пучок генерируется с заднего поля и направлен кпереди. Красной стрелкой указан таргетный объем CTV* (темно-пурпурный). Зона, расположенная кпереди от CTV (обозначена оранжевым контуром), соответствует петлям кишечника, в значительной степени изолированным от радиационного воздействия.
P.S. * CTV (clinical target volume) — клинический объем мишени.
в) Источники излучения:
1. Радионуклиды. Радионуклиды, иначе называемые радиоизотопами, подвергаются ядерному распаду и могут испускать: (1) «+»-заряженные α-частицы; (2) "-"-заряженные α-частицы (электроны) и (3) γ-лучи. Доступные для клинического использования радионуклиды приведены в табл. 2. Цезий и иридий широко используются в гинекологической брахитерапии.
2. Линейный ускоритель. Одним из основных типов излучающих устройств является линейный ускоритель. Линейный ускоритель может производить как фотонные, так и электронные пучки (см. рис. 1). В режиме фотонной терапии, рекомендованном при лечении глубоко расположенных опухолей, пучок ускоренных электронов направляется на металлическую мишень для получения фотонов. ЕД измерения энергии фотонного пучка — миллион вольт (МВ).
В режиме электронной терапии, показанном при лечении поверхностно расположенных новообразований, пучок электронов попадает на свинцовую рассеивающую фольгу вместо металлической мишени. Единицей измерения энергии электронного пучка является МэВ. На рис. 3 показан линейный ускоритель с тремя подвижными компонентами: порталом, лечебной головкой и кушеткой.
Рисунок 3. Линейный ускоритель, используемый в настоящее время в Мед. центре Тафтса. Пациентка лежит на кушетке (C). Портал (G), кушетка и головка (Н) могут вращаться и позволяют пучкам излучения достигать тканей-мишеней под разл. углами. Источник рентгеновского излучения kV (X) используется в сочетании с усилителем изображения (I-kV) для лучевой терапии под визуальным контролем (IGRT — image-guided radiation therapy). Другой усилитель изображения (/-MV) используется для стандартного изображения портов
Все эти компоненты могут вращаться на 360°, что позволяет использовать множество полей под любыми углами для достижения оптимальной доставки дозы к опухоли.
г) Высвобождение энергии электромагнитного излучения. Для клинического применения электромагнитного излучения в лечебной онкологической практике необходим его контакт с тканями-мишенями, при котором энергия излучения передается этим тканям. Этот перенос создает ионы, вытесняя электроны из атомов в этих тканях. Затем эти электроны сталкиваются с окружающими молекулами, вызывая тем самым их радиационное повреждение.
В передаче энергии участвуют три механизма: 1) фотоэффект; 2) эффект Комптона и 3) образование пар (рис. 4). В зависимости от уровня энергии падающего излучения будет преобладать один из этих механизмов. Фотоэффект является доминирующим, если падающая энергия невелика (<100 кВ). Эффект Комптона доминирует в диапазоне средних и высоких энергий (1-20 МВ) и является наиболее важным в клинической лучевой терапии.
Рисунок 4. Когда электромагнитное излучение воздействует на ткани-мишени, по ним передается энергия. Три механизма, участвующих в этой передаче энергии, — это фотоэффект, эффект Комптона и образование пар. Как фотоэлектрический эффект (А), так и эффект Комптона (В) приводят к созданию быстрых электронов, которые затем инициируют биологический процесс радиационного повреждения: А — при фотоэлектрическом эффекте излучение взаимодействует с внутренним орбитальным электроном; В — при эффекте Комптона происходит взаимодействие с внешним орбитальным электроном. С. При образовании пар воздействие излучения на ядерные силы атома приводит к образованию позитронно-электронной пары. Когда позитрон позже соединяется со свободным электроном в этих тканях, образуются два фотона, которые затем могут привести к радиационному повреждению
Наконец, образование пар происходит, когда пучок фотонов с очень высокой энергией (>20 МВ) попадает в электромагнитное поле ядра.
д) Кривая глубинной дозы. Контролируемое биологическое повреждение достигается более избирательным распределением дозы облучения в злокачественной ткани, чем в окружающих, «неизмененных» нормальных тканях. Это достигается за счет использования пучков излучения с разл. физическими св-вами для определения пространственного распределения поглощенной дозы при попадании этих пучков на ткань. В идеале поглощенная доза излучения должна быть максимально конформной.
Идеальная конформность достигается, когда злокачественная ткань-мишень поглощает 100% назначенной дозы, а соседние нормальные ткани — 0%. На практике этого добиться невозможно. Однако как острые радиационные побочные эффекты, так и потенциальные поздние отсроченные радиационные осложнения м.б. сведены к минимуму по мере приближения пространственного распределения дозы облучения к этому идеалу.
Кривая глубинной дозы специально иллюстрирует распределение дозы данного пучка излучения по мере его проникновения в ткани. Радиационные онкологи основываются на этих кривых при выборе излучения с соответствующей энергией для адекватного облучения опухоли.
При лучевой терапии электронами максД лежит близко к поверхности, и поэтому лучевая терапия электронами показана для мишеней, которые находятся близко к поверхности кожи, напр. при метастазах рака в паховые ЛУ у высокоэнергетических фотонов максД (максимум ионизации) высвобождается значительно глубже.
После достижения максимума ионизации поглощенная доза постепенно уменьшается по мере поглощения энергии более глубоколежащими окружающими тканями. Этим и объясняется так называемый поверхностно-щадящий эффект высокоэнергетических фотонов. Больного со злокачественной опухолью малого таза обычно лечат пучками фотонов энергией не <6 МВ.
1. Дозиметрия. Это область радиационной онкологии, посвященная расчету дозы облучения, поглощаемой пациенткой. Дозиметрические расчеты основаны на измерениях глубины пучков излучения, используемых для лечения реальной пациентки. Распределение дозы обычно отображается в виде красочной карты, наложенной на рентгенологические изображения пациентки (см. рис. 2). Эти расчеты предсказывают поглощенную дозу в данной ситуации.
е) Единицы измерения поглощенной дозы. Поскольку количественная оценка поглощенной дозы излучения коррелирует с биологическим эффектом излучения, она имеет большое значение. В настоящее время стандартной международной единицей измерения поглощенной дозы является грей (Гр). 1 Гр = 100 рад или 1 Дж/кг. Клинически дозы облучения для лечебного и паллиативного лучевого лечения составляют 70-85 и 30-40 Гр соответственно.
