Для самостійного вивчення

Системи дозиметричного планування. Системи дозиметричного планування (СДП) належать до спеціальних інформаційних систем, що працюють у променевій терапії. Призначення систем — планування променевого навантаження на пацієнта при проведенні променевої терапії. При цьому здійснюється прогнозування результатів лікування після моделю­вання того радіаційного поля, впливу якого зазнаватиме па­цієнт. СДП застосовують в Україні з кінця 80-х років XX сто­ліття. Для кращого розуміння роботи СДП слід на понятійному рівні розібрати суть променевої терапії.

Онкологічні захворювання — одна з найактуальніших про­блем у світовій охороні здоров'я. У середньому близько 70 % онкологічних хворих проходять курс променевої терапії. Іоні­зуючий вплив на злоякісні новоутворення є одним із найефек­тивніших терапевтичних методів. В основі такого лікування лежить процес опромінення ракової пухлини різними за своєю фізичною природою видами випромінювання: електронним, позитронним, нейтронним, фотонним, рентгенівським. Час­тинки високих енергій руйнують ракові клітини пухлини і при­гнічують їхнє відтворення. Підхід "чим вища доза випроміню­вання, тим краще" у променевій терапії онкологічних захво­рювань абсолютно неприйнятний. Наприклад, відповідно до медичних норм оптимальним є променеве навантаження 70 Гр. При меншому навантаженні частина ракових клітин зали­шиться живою, при більшому народжуються нові клітини-мутанти, резистентні до випромінювання. І при цьому вони збері­гають здатність розмножуватися. Розподіл дози іонізуючого випромінювання в тканинах і органах пацієнтів підпорядко­вується складним фізичним законам. Високі дози шкідливі, низькі не ефективні. Це завдання потрібно вирішувати щора­зу, в індивідуальному порядку.

Друге завдання пов'язане з першим: оскільки чітка межа безпеки між здоровими тканинами прилеглих органів та опро­мінюваною мішенню відсутня, то виникає проблема ураження здорових тканин, що може загрожувати здоров'ю і життю па­цієнта. Ідеальної дози, здатної стерилізувати пухлину без ура­ження здорової тканини, не існує. На цьому етапі вводиться поняття про оптимальну дозу, тобто дозу, що дає максимум шансів зруйнувати пухлину і мінімальний ризик розвитку ус­кладнень. Потрібний точний розрахунок променевих навантажень на прилеглі здорові органи. До появи СДП такий розра­хунок вівся вручну за допомогою ізодозних прозорих карт. З погляду фізики, людина — це насамперед багатошарова система, що складається з великої кількості різнорідних тканин, які неоднаково поглинають випромінювання.

Таким чином, при плануванні променевої терапії необхід­но:

— застосувати однорідну дозу на весь опромінюваний об'єкт, наскільки це можливо, щоб уникнути як передозуван­ня, так і недостатньої дози порівняно з оптимальною;

— знайти такий технічний спосіб опромінення, що дав би змогу обмежити вплив опромінення (застосовувати найнижчу дозу) на здорові тканини;

— точно оцінити дози, які застосовують при опроміненні різних ділянок тіла, і впевнитися, що жоден орган не зазнає впливу небезпечної для нього дози.

Для вирішення таких завдань у комп'ютер СДП уводять дані:

— ЛПЗ, прізвище хворого, вік тощо;

— вихідну дозиметричну інформацію про радіоактивне джерело, що міститься в апараті. Комп'ютер коригуватиме вихідну потужність дози з урахуванням розпаду радіоактивного джерела;

— контури тіла пацієнта, мішені (ділянки, що зазнає опромінення), внутрішніх органів уводяться вручну з рентгенівських знімків або шляхом "скачування" томограми з комп'ютерного томографа;

— розміри полів опромінення — розміри мішені (пухлина, лімфовузли, доопераційне поле, післяопераційне поле) Таку інформацію, як було зазначено, безпосередньо одержують із даних томографічних досліджень локалізації пухлин;

— щільність тканин, що зазнають опромінення. У такті спосіб буде враховано їхню неоднорідність (гетерогенність), не однакову їх "прозорість" для опромінення;

— режим опромінення (ротація, один зі статичних, комбінований).

Таким чином, скласти індивідуальний план опроміненення можна на основі введених у комп'ютер трьох вузлових 11 метрів, які є вихідними точками обробки даних: анатомічних даних (п. 3,4), точного опису джерела опромінення (п. 2) і обраного режиму променевих процедур (п. 6).

Після цього запускається програма на виконання і на екрані монітора системи поверх уведеного контуру (п. 3) з'являються лінії замкнутих кривих — ізодозні лінії, що показують кіль­кісний розподіл дози у відсотках по всьому контуру. Саме на цьому етапі на екрані монітора можна побачити будь-яку ді­лянку, що опромінюється. Якщо здорові тканини потрапляють у зону високої дози опромінення, на що вказує карта ізодоз, то такий варіант лікування відкидається і в комп'ютер СДП уво­дять інші дані (змінюють режими опромінення). Цей процес здійснюють кілька разів, поки не буде обрано найкращі умови і модель поля прогнозуватиме терапевтичний ефект із наймен­шими ускладненнями. Окрім графічного зображення поля СДП розраховує дози, оцінює дозовий розподіл у тканинах і за­дає оптимальні параметри сеансу опромінення. Отриманий у вигляді сукупності ізоліній (ізодоз) розподіл доз наносять на топометричну карту і використовують для визначення таких параметрів опромінення, як разова поглинена доза, час опро­мінення, розмір поля опромінення, розташування точки центрації осей пучків випромінювання. Таким чином, перебираю­чи різні варіанти моделей поля, обирають найкращий варіант променевої терапії в кожному конкретному випадку.

На сьогодні створено такі СДП, які самостійно оптимізують, моделюють об'ємне радіаційне поле, розраховують опти­мальну дозу опромінення за заданим об'ємом пухлини тощо. Така робота неможлива без застосування комп'ютерних сис­тем, які працюють на високопродуктивних процесорах і вико­ристовують для розрахунку складні математичні алгоритми. У СДП останніх поколінь перед початком курсу опромінення для перевірки адекватності вже отриманого дозиметричного плану проводиться віртуальна симуляція (об'ємне моделювання). Система віртуальної симуляції складається зі звичайного спі­рального комп'ютерного томографа, оснащеного спеціальною системою лазерного наведення, і високопродуктивної робочої станції (ПК), на яку надходять комп'ютерні скани. На робочій станції здійснюється переведення поперечних сканів у триви­мірне зображення, контурування мішені та критичних органів і розробка попереднього плану опромінення (мал. 35, 36).

Програмне забезпечення СДП дає змогу використати тривимірне зображення досліджуваного органа (об'ємну томограму), му), переглянути його і зробити розріз у будь-якій площині. Лікар може вибрати точку на цій моделі в середині пухлини і дати завдання комп'ютерній системі розрахувати кількість енергії, яку потрібно підвести конкретно в цю зону.

СПД оснащено потужними робочими станціями — сучасни­ми комп'ютерами, які дають змогу лікарю-радіотерапевту про­водити віртуальну КТ-симуляцію будь-яких процедур дистан­ційного опромінення і здійснювати передпроменеву розмітку тіла пацієнта, а так само миттєво відтворювати відхилення дози від запланованого значення.

Сучасні СДП ґрунтуються на найширшому застосуванні новітніх комп'ютерних та інформаційних технології і забезпечують прямий доступ через Internet до серверів провідних клінік Європи і США для одержання медичних зображень. СДП "прив'язані" до систем випромінювання, які настільки складні і "витончені", що дають змогу фактично перетворити променеву терапію на променеву хірургію. Можна, наприклад, "вирізати" певну ділянку пухлини і передати в неї енергію іонізуючого випромінювання, мало зачепивши прилеглі здо­рові тканин, тобто розрахувати променеві навантаження без­посередньо в будь-якій точці ураженого органа.

Програмне забезпечення систем планування сумісне з Microsoft Windows і має аналогічний користувальницький ін­терфейс.

Сучасні СДП інтегровані в радіологічну інформаційно-керувальну систему ЛПЗ, медична інформаційна система якого складається із серверів, робочих станцій, мережевого облад­нання, що поєднує всю опромінювальну апаратуру й апаратуру передпроменевої підготовки для введення, перегляду, обробки і зберігання даних про всіх пацієнтів, які проходять лікування у відділенні променевої терапії. Сьогодні у світі встановлено понад 1400 ефективно функціонуючих систем планування, з'єднаних із радіологічною системою. Деякі СДП стали свого роду еталонами при розробці ще досконаліших систем (SERA, NCTPlan тощо).