РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2015, том 55, № 2, с. 155-159
= ЛУЧЕВАЯ ТЕРАПИЯ ОПУХОЛЕЙ
УДК [57+61]::539.1.0:61:539.1.074
ОЦЕНКА ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМОЙ ОДНОКРАТНОЙ ДОЗЫ ДЛЯ НЕКОТОРЫХ ТКАНЕЙ ЧЕЛОВЕКА В ИНТРАОПЕРАЦИОННОЙ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ
© 2015 г. В. А. Лисин*
НИИ онкологии СО РАМН, Томск Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Работа посвящена определению допустимых однократных доз для интраоперационной лучевой терапии. Предложенный алгоритм решения задачи осуществлен на основе многомишенной модели клеточной выживаемости с привлечением модели время—доза—фракционирование. Проведено сравнение полученных значений доз с известными литературными данными, найденными на основе других моделей и некоторых клинических испытаний, и отмечено их удовлетворительное согласие.
Интраоперационная лучевая терапия, предельно допустимая доза, многомишенная модель. БО1: 10.7868/8086980311502006Х
Одним из направлений в современной лучевой терапии (ЛТ), с которым связывают надежды на повышение эффективности лечения онкологических заболеваний, является интраоперационная лучевая терапия (ИОЛТ) [1—4]. ИОЛТ — это метод лучевой терапии, при котором злокачественную опухоль облучают непосредственно во время операции в высокой однократной дозе.
Впервые ИОЛТ при лечении пациентов со злокачественными новообразованиями была применена в 1909 г. Проведение подобной процедуры было обусловлено двумя факторами. С одной стороны, на рентгеновских аппаратах, применяемых в то время в качестве источника излучения, были получены обнадеживающие результаты при лечении пациентов с поверхностными злокачественными новообразованиями. С другой стороны, рентгеновское излучение из-за своей невысокой проникающей способности не могло быть применено для облучения глубоко расположенных опухолей, поскольку это связано с риском возникновения серьезных лучевых поражений в органах и тканях, лежащих на пути потока излучения к опухоли. После первых клинических испытаний ИОЛТ интерес радиологов к ней то угасал, то возрождался вновь, что было связано, прежде всего, с совершенствованием источников излучения для лучевой терапии. Началом современного цикла в развитии ИОЛТ мож-
* Адресат для корреспонденции: 634050 Томск, пер. Кооперативный, 5, ФГБУ "НИИ онкологии" СО РАМН; тел.: (3822) 41-80-65; e-mail: lisin@oncology.tomsk.ru.
но считать 1967 г., когда в результате поиска наиболее оптимального источника излучения для интраоперационной лучевой терапии было предложено использовать ускоритель, генерирующий пучок быстрых моноэнергетических электронов. Результаты, полученные при этом в процедуре ИОЛТ, частично отражены в работах автора предложения [5, 6].
На первом этапе ИОЛТ проводили на стационарных ускорителях, которые используют при обычных видах дистанционной лучевой терапии. Так, например, в Московском онкологическом институте им. П. А. Герцена для целей ИОЛТ применяли микротрон, который является источником быстрых электронов и тормозного излучения. Пациента из операционной транспортировали к ускорителю, а после проведения сеанса лучевой терапии возвращали в операционную [1, 2]. Однако затем для целей ИОЛТ были созданы специальные малогабаритные ускорители, которые обладают низкой продукцией тормозного излучения и которые могут быть размещены непосредственно в операционной. Так в НИИ онкологии г. Томска впервые в нашей стране малогабаритный импульсный бетатрон "МИБ-6Э", созданный в Томском политехническом институте
[7], размещен непосредственно в операционной
[8]. На рис. 1 приведено распределение поглощенной дозы пучка быстрых моноэнергетических электронов, выведенных из МИБ-6Э, в тка-неэквивалентной среде. Преимущество электронного пучка заключается в быстром падении
100
80
60 -
40
20 -
0 1 2 Глубина ткани,см
Рис. 1. Распределение дозы для электронов малогабаритного бетатрона по глубине тканеэквивалентной среды.
дицины "не навреди". Поэтому неслучайно в резюме международного форума в Испании, на котором обсуждались результаты применения ИОЛТ, содержатся рекомендации более осторожного использования больших доз облучения в ИОЛТ [11]. Однако при этом какие-либо ориентиры, обозначающие допустимые значения предельных доз, не указаны. Ранее нами проведена оценка предельно допустимых доз ИОЛТ только для кожи и нормальной соединительной ткани на основе моделей время—доза—фракционирование (ВДФ) Ыуег5а§е и линейно-квадратичной модели (ЛКМ) [12].
В настоящей работе для нахождения предельно допустимой однократной дозы облучения для кожи и нормальной соединительной ткани применена многомишенная модель клеточной выживаемости.
0
3
дозы во второй половине пробега частиц, что обеспечивает снижение до минимальных значений дозы облучения в нормальных тканях за опухолью. В случае облучения ложа опухоли после проведения операции также удается существенно уменьшить радиационное воздействие на нормальные ткани благодаря адекватному выбору энергии электронов.
Общей проблемой во всех видах ЛТ является дозиметрическое и радиобиологическое планирование, призванное обеспечить облучениев в таких дозах, которые бы приводили к поражению максимального числа опухолевых клеток при допустимой мере поражения нормальной ткани. Для ИОЛТ первый этап в решении обозначенной проблемы сводится к определению предельно допустимых однократных доз облучения для различных типов тканей. Для создания определенности на этом направлении были предприняты экспериментальные исследования на собаках [9], где было показано, что облучение в однократной дозе в пределах 25—30 Гр приводит к значительному повреждению различных нормальных тканей, например, таких как легкие и средостение. В клинических исследованиях при облучении в однократных дозах до 25 Гр и площадях облучения более 80 см2 также отмечалась весьма высокая частота пострадиационных осложнений (35%) [2]. Это притом, что толерантной дозой (доза классического курса ЛТ) считают такую, которая приводит к лучевым осложнениям с частотой 5—6% [10]. Применение облучения в однократных дозах, ведущих к непрогнозируемому росту частоты и тяжести лучевых осложнений, является неприемлемым при основополагающем принципе ме-
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Многомишенная модель клеточной выживаемости может быть представлена следующим математическим выражением:
5 = 5 [ 1 - (1 - е-а/°°) ]. (1)
В (1) и Б — число клеток до и после однократного облучения в дозе d соответственно; Б0 и п — радиобиологические параметры, характеризующие радиочувствительность клеток.
С помощью многомишенной модели удовлетворительно описываются основные закономерности эффектов лучевой терапии [13].
Для того, чтобы по уравнению (1) оценить величину предельно допустимой однократной дозы облучения, необходимо знать тот уровень выживаемости клеток облучаемой ткани, который соответствует допустимой частоте и выраженности наблюдаемых пострадиационных реакций. В связи с этим в основу дальнейших вычислений положены следующие принципы:
1. В лучевой терапии принято, что выраженность радиационного эффекта определяется только долей выживших клеток облучаемой ткани и не зависит от режима облучения, в результате которого достигнут этот уровень [14].
2. Классический (конвенциальный) курс лучевой терапии, при котором облучение в однократной дозе d = 2 Гр, при суммарной дозе на очаг за полный курс терапии Б = 60 Гр с числом сеансов облучения N = 30, при продолжительности полного курса терапии Т = 40 сут, обеспечивает приемлемый уровень частоты и выраженности лучевых реакций.
ОЦЕНКА ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМОЙ ОДНОКРАТНОЙ ДОЗЫ
157
На основании сформулированных принципов можно заключить, что однократное облучение в предельно допустимой дозе должно приводить к такому же уровню числа выживших клеток в облучаемой ткани, что и классический фракционированный режим облучения, то есть должно быть подчинено равенству:
V = V
^одн ^фр>
(2)
где ¿*одн — число выживших клеток при облучении в предельно допустимой однократной дозе; а 5фр — число выживших клеток при классическом фракционированном режиме облучения.
Выживаемость клеток при фракционированном облучении можно описать выражением [13]:
^фр — &
1 -
1 - еХР 1 -А
N
ехр (фТ), (3)
10
ы в я
л о
Д
1 -
0.1
0.01
0.001
0 2 4 6 8 10
Доза излучения, Гр
Рис. 2. Зависимости, соответствующие уравнению (1), кривая 1, и уравнению (5), кривая 2.
где ф — параметр, характеризующий восстановление ткани в интервале между процедурами облучения.
На основании формул (1) — (3) можно записать:
СГ1 (Л -Аи/А0ч "п
$0 [ 1 - (1 - е ) ] —
—
1 - I 1 - ехр I -
А
N
ехр (ф Т),
(4)
$ — & х п х е
(5)
Заменим уравнение в левой части выражения (4) на уравнение (5):
пе
-Аи/А0
— &
1 - I 1 - ехр I -
А
N
ехр (ф Т).
(6)
Выразив из (6) Аи в явном виде, получим:
А„ — -А { N1п
1 - ехрI -
А
А
- 1п (п) + фТ}. (7)
где Аи — предельно допустимая однократная доза облучения при ИОЛТ; d — однократная доза фракционированного курса лучевой терапии с длительностью Т (сут) и числом сеансов N.
При анализе уравнения (4) учтем характер зависимости (1), которую отражает кривая 1 на рис. 2. Видно, что в полулогарифмическом масштабе зависимость в области доз, больших 4 Гр, представляет собой прямую линию. Поскольку однократные дозы облучения в ИОЛТ всегда превосходят указанное значение дозы, уравнение (1) при решении задачи можно в полулогарифмических координатах заменить уравнением прямой линии 2, которое будет иметь вид:
РЕЗУЛЬТАТЫ
Проведем оценку предельно допустимой однократной дозы облучения для кожи и так называемой нормальной ткани по уравнению (7), ориентируясь, в соответствии с известной моделью время—доза—фракционирование (ВДФ), на радиочувствительность кожи. Радиобиологические параметры для кожи взяты из работы [15], где их использование дает хорошее совпадение теоретических и экспериментальных результатов при оценке ОБЭ нейтронов: А0 = 1.66 Гр и п = 3.
Значение параметра ф, характеризующего скорость восстановления нормальной ткани в интервалах между сеансами терапии, в соответствии с рекомендациями [16], принято равным 0.01 сут-1. При указанн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.