Практика з медичної фізики в лікарні "Феофанія"

 

 

5. Лінійні прискорювачі

Сучасні медичні лінійні  прискорювачі можуть створювати пучки електронів декількох енергій в діапазоні від 4 до 20 МеВ. Цей енергетичний інтервал є найбільш зручним при опроміненні електронами поверхневих і неглибоко лежачих пухлин (глибина менше 5 см). Хоча обробка таких пухлин може проводитися і м'яким рентгенівським випромінюванням, тангенціальними пучками фотонів або за допомогою брахітерапії, використання пучків електронів має безсумнівні переваги. Ці переваги полягають у більшою дозової однорідності в обсязі мішені і значно менших значеннях доз в більш глибоко лежачих нормальних тканинах.

Відділення оснащене сучасною радіотерапевтичною системою Trilogy виробництва Varian (США), до складу якої входить КТ-симулятор, лінійний прискорювач та система планування  Eclipce. Процес лікування хворого починається з типометричної підготовки на комп’ютерному томографі, де попередньо визначається об’єм мішені та ізоцентр для проведення лікування на лінійному прискорювачі. Використовуючи систему планування Eclipce, спеціалісти відділення виконують розрахунок плану лікування та дозового навантаження на здорові тканини, що мінімізує невизначені ризики при лікуванні.

Лінійний прискорювач оснащений сучасною ротаційною методикою RapidArc( VIMAT), , яка дозволяє з високою точністю підвести дозу до пухлин надскладних конфігурацій та локалізацій, тим самим знизити дозове навантаження на здорові тканини.

Наприклад, при радикальному методі лікування передміхурової залози, використовуючи дану опцію, значно зменшується дозове навантаження на сечовий міхур та пряму кишку, при цьому точність підведення дози опромінення на мішень складає 1 мм.

При лікуванні локалізацій голова-шия використовуються спеціальні індивідуальні фіксуючі маски, а інших частин тіла – допоміжне обладнання: борди, вакуумні матраси, підголовники та ін..

Точність позиціювання в процесі лікування контролюється системами ОВІ та PortalVision, що мінімізує похибку на положення пацієнта. Енергія опромінення цих прискорювачів – або 6, аба 18 МеВ, в залежності від рекомендацій лікаря.

Також у відділені є прискорювач, що дає змогу проводити радіохірургію – це однократне опромінення пухлин високою дозою іонізуючого випромінювання, що вимагає більшу точність укладки пацієнта.

Хірургія  профільованого променя ідеально підходить  для пацієнтів з пухлинами, які  важко піддаються лікуванню або  важкодосяжні. Прикладами є менінгіоми (доброякісна пухлина мозку), аденома гіпофіза, невриноми (шваноми) слухового нерва і хребта, а також інші існуючі пухлини головного мозку. Лінійний прискорювач LINAC здатний викорінити пухлини, які не могли бути успішно вилікувані раніше і часто відновлює ослаблене пухлиною зір та інші функції.

Під час лікування лінійний прискорювач LINAC обертається навколо пацієнта. У процесі цього обертання  пучки випромінювання, націлені на пухлину з усіх кутів, постійно змінюються і адаптуються до її унікальною формою і розміром.

 

 

 

7. Програма для планування лікування Eclipse

Програма  для планування лікування працює з тривимірним зображенням тіла людини, яке було зроблене на ПЕТ-КТ, та розраховує положення полів для опромінення органів певною дозою радіації так, щоб опромінення сусідніх органів було мінімальним. Плани лікування та дози затверджуються лікарями. Можна виставляти поля або вручну, або оптимальне положення полів та кількість розраховується автоматично.

На фото:

План лікування  раку простати:

 

Опромінення головного мозку:

8. Брахітерапія

Брахітерапія (контактна променева терапія, кюрі-терапія (вуст.)) - вид радіотерапії, коли джерело випромінювання (Ra-226, Ir-192, I-125, Cs-137, Co-60) вводиться всередину ураженого органу. Перевага методу полягає в можливості підведення максимальних доз променевої терапії безпосередньо на пухлинне вогнище і в зону інтересу при мінімізації впливу на критичні органи і суміжні тканини. Широко використовується в лікуванні пухлин шийки матки, тіла матки, передміхурової залози (простати), піхви, стравоходу, прямої кишки, мови та ін.

 

Для цієї процедури  також потрібне планування, але воно проходить в режимі он-лайн: Пацієнта розміщують, роблять знімок частини  тіла з пухлиною, фізик отримує  знімок та створює план, який стверджує  лікар, і після цього відразу  проходить опромінення.

10. Основи клінічної дозиметрії.

Дози і одиниці їх виміру

 

Дія іонізуючих випромінювань на будь-яку речовину проявляється в іонізації атомів і молекул, що входять до складу цієї речовини. Мірою цього впливу служить  поглинена доза - фундаментальна дозиметрична величина, визначена як відношення поглиненої енергії випромінювання в одиниці маси. Основною одиницею поглиненої енергії в системі  СІ є грей (Гр, Gy) - джоуль на кілограм маси (Дж · кг-1). Позначається вона символом "D". Поглинута доза в 1 Гр є досить значущою радіаційної величиною і може викликати в опроміненому організмі ряд наслідків. Але у власне енергетичному сенсі ця величина дуже мала - підвищення температури тіла людини в результаті впливу цієї дози менше однієї тисячної градуси.

 

При вимірюванні  ефектів, що виникають в речовинах  під дією іонізуючих випромінювань, використовується поняття доза, а  при оцінці впливу опромінення на біологічні об'єкти поправочні коефіцієнти. Пошкоджень, викликаних у живому організмі  випромінюванням, буде тим більше, чим  більше енергії воно передасть тканинам; кількість такої переданої організму  енергії називається дозою. Дози можна розраховувати по-різному, з урахуванням того, який розмір опроміненого ділянки і де він  розташований, одна людина піддався опроміненню  або група людей і протягом якого часу відбувалося.

 

Біологічні  ефекти - вплив іонізуючих випромінювань  на біологічні процеси в живих  організмах.

 

Зважуючі коефіцієнти для окремих видів випромінювання при розрахунку еквівалентної дози (W_R) - використовувані в радіаційному захисті множники поглиненої дози, що враховують відносну ефективність різних видів випромінювання в індукуванні біологічних ефектів.

 

Зважуючі коефіцієнти для тканин і органів при розрахунку ефективної дози (W_Т) - множники еквівалентної дози в органах і тканинах, що використовуються в радіаційного захисту для обліку різної чутливості різних органів і тканин у виникненні стохастичних ефектів радіації.

Зважуючі коефіцієнти для тканин і органів при розрахунку ефективної дози:

Орган чи тканина	Wт
Гонади	0,20
Кістковий мозок (червоний)	0,12
Товстий кишечник	0,12
Шлунок, легені	0,12
Щитовидна залоза	0,05
Печінка, харчовий тракт	0,05
Шкіра	0,01
Клітини кісткових поверхонь	0,01

 

Для організму  в цілому цей коефіцієнт прийнятий  рівним 1.

 

Гігієнічне  нормування - встановлення граничних  доз зовнішнього та внутрішнього опромінення, які надійно гарантують безпеку працюючих з джерелами  випромінювання і всього населення.

Доза (від  грецького - частка, порція) - енергія  іонізуючого випромінювання (ІВ), поглинена  опромінюваним речовиною і часто  розрахована на одиницю його маси. Вимірюється в одиницях енергії, яка виділяється в речовині (поглинається речовиною) при проходженні через  нього іонізуючого випромінювання.

 

Доза поглинена (D) - величина енергії іонізуючого  випромінювання, передана речовині:

де dЕ - середня енергія, передана іонізуючим випромінюванням речовині, що знаходиться в елементарному об'ємі, а dm - маса речовини в цьому об'ємі.

 

Енергія може бути усереднена по будь-якому певного  обсягу, і в цьому випадку середня  доза буде рівна повній енергії, переданої  обсягом, діленої на масу цього обсягу. В одиницях СІ поглинена доза виміряється  в джоулях, ділених на кілограм (Дж • кг-1), і має спеціальну назву - грей (Гр). Використалася раніше позасистемна одиниця

 рад = 100 ерг / г дорівнює 0,01 Гр.

 

Рад - позасистемна одиниця поглиненої дози. Відповідає енергії випромінювання 100 ерг, поглиненої речовиною масою 1 грам (сота частина «Грея»).

 

1 рад = 100 ерг / г = 0,01 Дж / кг = 0,01 Гр = 2,388 • 10-6 кал / г

 

При експозиційній  дозі в 1 рентген поглинена доза в повітрі буде 0,85 рад (85 ерг / г).

 

Грей (Гр.) - одиниця поглиненої дози в системі одиниць СІ. Відповідає енергії випромінювання в 1 Дж, поглиненої 1 кг речовини.

 

1 Гр. = 1 Дж / кг = 104 ерг / г = 100 рад.

 

Доза еквівалентна (D_Т.R) - поглинена доза, розрахована для біологічних об'єктів (людина, орган, тканина), з урахуванням відповідного ваговий коефіцієнт для даного виду випромінювання, W_R: дорівнює добутку поглиненої дози на W_R

 

D_Т.R = D • W_R,

 

де DT, R - середня  поглинена доза в органі чи тканині  Т, а W_R - ваговий коефіцієнт для випромінювання R.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зважуючі коефіцієнти для окремих видів випромінювання

Вид випромінювання	Значення WR
Фотони (кванти) будь-яких енергій	1
Рентгенівське, гамма	1
Електрони (бета-частинки будь-яких енергій), позитрони	1
Нейтрони з енергією менше 10 кеВ	5
Від 10 кеВ до 100 кеВ	10
Від 100 кеВ до 2 МеВ	20
Від 2 МеВ до 20 МеВ	10
Більше 20 МеВ	10
Протони з енергією більше 2 МеВ	5
Альфа - частинки, уламки ділення, важкі ядра	20

 

При впливі різних видів випромінювання з різними  вагових коефіцієнтів еквівалентна доза визначається як сума еквівалентних  доз для цих видів випромінювання D_Т= ΣD_Т.R Одиницею еквівалентної дози є зіверт (Зв).

 

Доза експозиційна, D_E - кількісна характеристика рентгенівського і гамма - випромінювань, що визначається ​​по іонізації повітря. Являє собою сумарний електричний заряд іонів одного знаку, утворених в одиниці об'єму повітря в умовах електронного рівноваги. Позасистемна одиниця експозиційної дози - рентген (Р), якій відповідає таке рентгенівське і гамма-випромінювання, яке утворює в 1 см3 сухого повітря (що має при нормальних умовах вага 0,001293 г) 2,082 · 109 пар іонів. Ці іони несуть заряд в 1 ел.-статичну одиницю кожного знака (в системі СГСЕ), що в одиницях роботи і енергії (в системі СГС) складе близько 0, 114 ерг поглиненої повітрям енергії (6,77 · 104 МеВ). (1 ерг = 10-7 Дж = 2,39 · 10-8 кал). При перерахунку на 1 г повітря це складе 1,610 · 1012 пар іонів або 87,3 ерг / г сухого повітря. Таким чином фізичний енергетичний еквівалент рентгена дорівнює 87,3 ерг / г для повітря (для інших речовин значення абсолютно інші, наприклад, для біологічної тканини (води) 95 ерг / г). В умовах електронного рівноваги експозиційній дозі 1 Р відповідає поглинена доза в повітрі, рівна 0,873 рад. Одиницею виміру в системі СІ є «кулон на кг» (Кл / кг), що відповідає освіті в 1 кг повітря такої кількості іонів (6,24 · 1018 пар іонів), сумарний заряд яких дорівнює 1 Кл (кожного знака). 1 кулон = 3.109 од. СГСЕ = 0,1 од. СГСМ. Фізичний еквівалент 1 Кл / кг дорівнює 33 Дж / кг (для повітря).

 

Співвідношення  між рентгеном і Кл / кг наступні: 1 Р = 2,58 · 10-4 Кл / кг - точно. 1 Кл / кг = 3,88 · 103 Р - приблизно.

 

Доза ефективна (D_{E, T}) - величина, що використовується як міра ризику виникнення віддалених наслідків опромінення всього тіла людини та окремих його органів і тканин з урахуванням їх радіочутливості (а також ваги).

 

Кожен орган  і тканина не тільки по-різному  реагує на поглинену ними дозу опромінення, але й надає різний вплив на роботу організму в цілому. Для  врахування цих особливостей у практичній дозиметрії використовується поняття  ефективної дози. Ефективна (еквівалентна) очікувана доза враховує сумарну радіоактивність надходячих в організм радіонуклідів з урахуванням їх періоду напіврозпаду і періоду напіввиведення з організму. Ефективна доза - величина, використовувана як міра ризику виникнення наслідків, в т.ч. і віддалених, опромінення всього тіла людини або окремих його органів з урахуванням їх радіочутливості. Вона представляє суму добутків еквівалентної дози в органах і тканинах на відповідні зважуючі коефіцієнти:

 

D_{E, T} = D_T · ΣW_T

 

де D_Т - еквівалентна доза в органі чи тканині Т, а W_Т - ваговий коефіцієнт для органу або тканини Т, тобто множник еквівалентної дози в органах і тканинах, використовуваний в радіаційного захисту для обліку різної чутливості різних органів і тканин у виникненні стохастичних ефектів радіації - «коефіцієнт радіаційного ризику». Щоб врахувати якісні відмінності випромінювань, їх біологічна ефективність порівнюється з біологічною ефективністю рентгенівського випромінювання, що має енергію кванта 250 КеВ. На практиці поняття еквівалентної дози застосовують лише для характеристики радіаційних впливів у малих дозах (не більше 5 річних ПДР для професіоналів).

 

Для оцінки повної ефективної еквівалентної дози, отриманої людиною, розраховують і  підсумовують зазначені дози для  всіх органів.

 

Одиниця виміру ефективної дози - Дж · кг-1, назва - зіверт (Зв).

 

Бер - біологічний  еквівалент рентгена (в деяких книгах - рада). Позасистемна одиниця вимірювання  еквівалентної дози. У загальному випадку:

 

1 бер = 1 рад  К = 100 ерг / г К = 0,01 Гр К = 0,01 Дж / кг К = 0,01 Зіверт

 

При оцінці доз в медичній практиці можна  вважати (з мінімальною похибкою), що експозиційна доза в 1 рентген для  біологічної тканини відповідає (еквівалентна) поглиненої дози в 1 рад  та еквівалентній дозі в 1 бер (при  К = 1), тобто, грубо кажучи , що 1 Р, 1 рад  та 1 бер - це одне і те ж.

 

При коефіцієнті  якості випромінювання К = 1, тобто для  рентгенівського, гамма-, бета-випромінювань, електронів і позитронів, 1 бер відповідає поглиненої дози в 1 рад.