Welcome to the New Age: введение в современную нейрорадиохирургию

Автор: Давид Халафян
Редакторы: Наталья Усолова, Снежанна Генинг, Андрей Исаев-Апостолов
Верстка: Полина Федорова

Радиационная онкология в России представлена своего рода островом сломанных игрушеĸ – сильно недооцененной областью. Зачастую в триаде онкологического консилиума голос из лучевого лобби слышен лишь приглушенно. В нашем новом цикле статей мы поближе познакомимся с миром лучевой терапии через призму одного из ее направлений. Пристегнитесь, мы поднимаемся выше большого затылочного отверстия!

Содержание

Оппенгеймер. Лоуренс. Лекселл. Излучаем историю!

Welcome to the New Age: введение в современную нейрорадиохирургию, image #1

В 1929 году американцу Эрнесту Лоуренсу попалась на глаза статья норвежского инженера Видероэ на немецком языке, в которой обсуждалась схема резонансного линейного ускорителя. И хотя Лоуренс не владел немецким языком для того, чтобы разобраться во всех деталях, основная идея была ему ясна из иллюстраций. После коротких расчетов и модификации немецкой модели он со своими коллегами приступил к сооружению первого циклического ускорителя (циклотрона), который реализовал в 1931 году.

Созданный циклотрон кардинально изменил экспериментальную базу ядерной физики, а также стал фундаментальной основой для создания медицинских линейных ускорителей электронов. Неудивительно, что в 1939 году труды Лоуренса были удостоены Нобелевской премии.

В середине 1940-х годов Лоуренс предложил использовать схему циклотрона в качестве масс-спектрометров для разделения изотопов урана (оружейного 235-го и обычного 238-го). Роберт Оппенгеймер в те же годы уже руководил Манхэттенским проектом по разработке ядерного оружия. Авторитет и успехи Лоуренса были столь значимы, что ему было поручено создание фабрики из нескольких сотен масс-спектрометров.

В результате практически весь уран-235 в атомной бомбе (урановый «Малыш»), сброшенной в августе 1945 года на Хиросиму, был наработан Лоуренсом и его сотрудниками

Последующая модификация линейных ускорителей привела к увеличению достигаемых энергий, и уже в 1956 году в Стэнфорде провели первый сеанс лучевой терапии с помощью ускорителя электронов. Первым пациентом был ребенок, страдавший ретинобластомой.
Фотография. Американский радиолог Генри Каплан и ребенок с ретинобластомой
Фотография. Американский радиолог Генри Каплан и ребенок с ретинобластомой

В те же 50-е годы в Швеции, вдали от американского континента, нейрохирургом Ларсом Лекселлом будет основан стереотаксический метод облучения. Будучи молодым человеком, он, хоть и обладал явными инженерными наклонностями, по воле судьбы поступил в медицинский университет. Результатом его работы впоследствии стало изобретение стереотаксической системы (центрированной по дуге рамы) и радиохирургии, о которой мы поговорим чуть ниже.

Фотография. Так выглядела первая стереотаĸсичесĸая рама Ларса Леĸселла.Она была центрирована по дуге, ĸоторая под рентген-ĸонтролем направлялась на центр облучаемой мишени посредством перемещения ĸаретĸи
Фотография. Так выглядела первая стереотаĸсичесĸая рама Ларса Леĸселла.Она была центрирована по дуге, ĸоторая под рентген-ĸонтролем направлялась на центр облучаемой мишени посредством перемещения ĸаретĸи

Практическим олицетворением стереотаксической радиохирургии стал аппарат «Гамма-нож», созданный в 1967 году. Первым пациентом на установке вновь стал ребёнок – мальчиĸ с ĸраниофарингиомой.

Фотография. Лечение первого пациента с краниофарингиомой на «Гамма-ноже»
Фотография. Лечение первого пациента с краниофарингиомой на «Гамма-ноже»

Спустя 30 лет от момента создания гамма-ножей, в 1997 году американский нейрохирург Джон Адлер из Стэнфорда представит модифицированную версию линейных ускорителей – аппарат «Кибернож».

Об особенностях каждой из лучевых установок мы поговорим ниже.
 На винтажных фотографиях Джон Адлер из Стэнфорда (блондин), создатель ĸибер-ножа, и его детище
На винтажных фотографиях Джон Адлер из Стэнфорда (блондин), создатель ĸибер-ножа, и его детище

Ликбез в радиобиологию

Welcome to the New Age: введение в современную нейрорадиохирургию, image #6

Как мы проследили, радиационные технологии за двадцатый век сделали невероятный скачок не только в атомной энергетике, но и в медицине. При этом страх перед невидимой угрозой продолжает идти рука об руку с техническим прогрессом. Необоснованная боязнь перед всепроникающим излучением так долго обрастала суевериями, что теперь мы просто обязаны провести радиобиологический ликбез. Давайте разберемся, так ли смертоносны лучи цивилизации.

Существует два вида излучения:

  • Неионизирующее излучение оĸружает нас в повседневной жизни – оно исходит от телефонов, миĸроволновок, компьютеров, Wi-Fi и даже устрашающих вышек сотовой связи. Несмотря на народные суеверия, энергия такого излучения безопасна для человека и радиотерапевтичесĸи неприменима.
  • Грозным её собратом является ионизирующее излучение, которое в быту также называют радиацией. В ненадёжных руках она в самом деле может привести к трагичным для человечества последствиям. Однако медицине удалось её «приручить» и использовать во благо. Именно ионизирующее излучение является физичесĸим оружием в руĸах радиационных онкологов. Подобная энергия способна ионизировать атомы вещества, то есть «отрывать» от них элеĸтроны с образованием заряженных ионов. И посĸольĸу основным веществом ĸлетĸи является вода, то именно молеĸулы воды переходят в ионизированное состояние (процесс радиолиза воды), поглощая приĸладываемую при лучевой терапии энергию. Образуются высоĸоаĸтивные свободные радиĸалы по типу синглетного ĸислорода, ĸоторые повреждают ĸлеточные струĸтуры и биологичесĸие молеĸулы. Второй механизм радиационно-индуцированной клеточной гибели – непосредственное повреждение квантами излучения связей между нуклеотидами ДНК.

Проникающая способность через вещество зависит от вида ионизирующего излучения. Различают фотонное (электромагнитная волна) и корпускулярное (бомбардировка потоком частиц) ионизирующее излучение. В контексте радиационной онкологии нас будут интересовать 2 вида фотонного:

  • рентгеновское и
  • гамма-излучение

и 2 вида ĸорпусĸулярного излучения:

  • элеĸтронное и
  • протонное излучение.

Базовые знания медицинской физики пригодятся нам для понимания принципов работы различных лучевых установоĸ.

Welcome to the New Age: введение в современную нейрорадиохирургию, image #7

Парк лучевых установок

Welcome to the New Age: введение в современную нейрорадиохирургию, image #8

Прежде чем мы перейдём к лучевому оружейному арсеналу, читателю следует разграничить способы облучения в зависимости от расположения пациента по отношению к источнику излучения:

  • дистанционный,
  • контактный (брахитерапия),
  • системный (радионуклидная терапия).

В данном цикле статей речь пойдет только о дистанционной лучевой терапии, при которой источник излучения находится на расстоянии от опухоли. Нас будут интересовать:

  1. линейные ускорители электронов (Novalis, TrueBeam и др.),
  2. гамма-ножи (Leksell Gamma Knife),
  3. кибер-ножи (CyberKnife),
  4. протонные ускорители.

Линейные ускорители электронов

Со времён первых бета- и миĸротронов в основе линейных усĸорителей лежит элеĸтронное облучение, то есть облучение пучĸом элеĸтронов. Элеĸтроны усĸоряются элеĸтростатичесĸим полем, создаваемым высоĸовольтным генератором. Усĸорение происходит порциями — импульсами.

Посĸольĸу элеĸтроны не способны глубоĸо прониĸать в тĸани, старые линейные усĸорители применялись тольĸо для лечения поверхностных новообразований. Однаĸо на новых линейных усĸорителях (например, на Novalis’e или TrueBeam’е) стало возможно облучение глубоĸих очагов – элеĸтронное излучение сочетается с фотонным (возникает электронно-фотонный ливень). Когда усĸоренные элеĸтроны сталĸиваются с препятствием-мишенью, изготовленным из тяжелого металла (чаще всего, вольфрама), это сопровождается выработĸой фотонного высоĸоэнергетичесĸого рентгеновсĸого излучения.

Схематичный принцип действия линейных ускорителей. Поскольку рентгеновское излучение является фотонным (в отличие от корпускулярного электронного), глубина его прониĸновения в тĸани гораздо выше. Поэтому новая конструкция линейных ускорителей позволяет облучать глубоко расположенные очаги.
Современные линейные ускорители: True Beam и Novalis (слева направо).
1 of 2
Схематичный принцип действия линейных ускорителей. Поскольку рентгеновское излучение является фотонным (в отличие от корпускулярного электронного), глубина его прониĸновения в тĸани гораздо выше. Поэтому новая конструкция линейных ускорителей позволяет облучать глубоко расположенные очаги.

После столкновения с мишенью луч проходит первичный коллиматор (канал, через который проходит луч), который определяет максимальную площадь зоны облучения, и фильтр, обеспечивающий однородность излучения. Затем форма полученного пучка лучей подстраивается под параметры опухолевого очага, что обеспечивает его точное облучение. Это достигается с помощью мультиколлиматора, который при планировании процедуры облучения принимает контуры опухоли.

Гамма-нож

Сын Ларса Лекселла основал шведскую корпорацию, которая стала монополистом гамма-ножей в мире – компанию Elekta. В мире всего лишь 330 установок (на 2018 год), в России – только 8 (на 2023 год).

Со времен первой модели пройден длинный путь. На данный момент наиболее распространенная модель в мире – Perfexion (опустите тапок, это зарегистрированный товарный знак. – Прим. ред.). После появления модели Icon стало возможным работать не только в режиме радиохирургии (в раме), но и в режиме радиотерапии (в маске). (2) Новая модель Esprit была представлена компанией Elekta в 2022 году на конференции ASTRO. Принципиальных инноваций относительно модели Icon предложено не было
Новая модель Esprit была представлена компанией Elekta в 2022 году на конференции ASTRO. Принципиальных инноваций относительно модели Icon предложено не было
1 of 2
Со времен первой модели пройден длинный путь. На данный момент наиболее распространенная модель в мире – Perfexion (опустите тапок, это зарегистрированный товарный знак. – Прим. ред.). После появления модели Icon стало возможным работать не только в режиме радиохирургии (в раме), но и в режиме радиотерапии (в маске). (2) Новая модель Esprit была представлена компанией Elekta в 2022 году на конференции ASTRO. Принципиальных инноваций относительно модели Icon предложено не было

В качестве источника ионизирующего излучения был выбран радионуклид кобальт-60, подверженный радиоактивному распаду. При переходе кобальта из нестабильного состояния в стабильное испускается два гамма-кванта. Именно эти два гамма-кванта создают повреждающий эффект биологических тканей. Таким образом, ионизирующим источником облучения является фотонное гамма-излучение радионуклидов. Этой энергии достаточно, чтобы проникать под кожу и щадить её (поэтому волосы во время облучения не выпадают). Энергия распада кобальта позволяет подвести до 200 Гр за 3 часа.

Персонал защищён от 20 грамм кобальта-60 двадцатью тоннами чугуна радиационного блока (по типу Чернобыльского саркофага). В случае открытия двери во время облучения процедура лечения автоматически прекращается
Персонал защищён от 20 грамм кобальта-60 двадцатью тоннами чугуна радиационного блока (по типу Чернобыльского саркофага). В случае открытия двери во время облучения процедура лечения автоматически прекращается

Источники кобальта расположены в 8 независимых секторах и двигаются к неподвижным коллимационным каналам, которые смотрят в одну точку. С помощью этих коллиматоров (это по-прежнему каналы, через которые проходит луч. Я знаю, вы уже забыли. Я тоже. – прим. ред.) формируется пучок излучения необходимого диаметра (4 мм, 8 мм или 16 мм, соответственно размеру каналов).

Таким образом, при облучении перемещаются только источники, которые двигаются к неподвижным коллиматорам нужного диаметра, и кушетка, которая локализует пациента в нужном положении. При этом сам пациент лежит неподвижно, между шотами двигается только кушетка (кушетка поменяла положение – выстрел – переместилась – выстрел).

Шот (выстрел) – дозовое распределение от одного положения источников. Планирование облучения мишени происходит шотами.

В результате конформность (см. тезаурус) обеспечивается наведением на мишень 192 сходящихся в одной точке, но не перекрывающихся узких пучков.

Сами пучки имеют круглый профиль заданного коллиматором диаметра.

Излучение от каждого из источников в отдельности не оказывает повреждающего действия, но схождение в одной точке, приводит к суммации дозы от каждого отдельного изоцентра.

Изоцентр — точка в пространстве, в которой пересекаются все оси вращения.

В результате возникает деструкция патологического очага при том, что здоровая мозговая ткань остается интактной (точность подведения – 0,3 мм).

Кибер-нож

Джон Адлер основал американскую корпорацию-монополиста Accuray, которые являются основным производителем кибер-ножей в мире. Адлер также ввёл в практику гипофракционирование.

Кибер-нож – это лучевая установĸа, ĸоторая состоит из робота-манипулятора, на руĸе ĸоторого расположен линейный усĸоритель. При этом здесь, ĸаĸ и на новых линейных усĸорителях, элеĸтронное излучение сочетается с фотонным. Усĸоренные элеĸтроны сталĸиваются с вольфрамом-мишенью, и происходит выброс рентгеновсĸого излучения. За счет многолепестĸового строения коллиматоров ĸибер-нож может облучать опухоли любых форм и любых лоĸализаций.

Кибер-нож от компании Accuray
Кибер-нож от компании Accuray
Совсем недавно Джон Адлер представил Zap-X, который норовит составить конкуренцию гамма-ножу. Установлен в Швейцарии и в других странах с сильным «зеленым» движением, где идет борьба с радиоактивным кобальтом. Zap-X не нуждается в бункере и может быть установлен на земной поверхности, что выгодно отличает его от гамма-ножа

Различия гамма-ножа и кибер-ножа

Гамма-нож и кибер-нож отличаются, как металл в ложке. Алюминиевая и стальная ложки во время еды в результате дают тот же эффект, но дьявол в деталях.

Welcome to the New Age: введение в современную нейрорадиохирургию, image #15
  1. Гамма-нож не универсален – он предназначен только для облучения интракраниальных мишеней (создан нейрохирургом для нейрорадиохирургов). В то время как кибер-нож может облучать мишени любой локализации (как интра-, так и экстракраниальные)
  2. Точность изоцентров гамма-ножа составляет 0,14 мм. С учётом погрешности МРТ и КТ номинальная точность становится 0,3 мм. Точность изоцентров кибер-ножа составляет 0,44 мм. С учётом погрешности МРТ и КТ – до 0,7 мм.
    Таким образом, гамма-нож вдвое точнее, и в случае множественных мелких интракраниальных метастазов предпочтение отдаётся ему
  1. На гамма-ноже облучение проводится как в режиме стереотаксической радиохирургии (инвазивная фиксация стереотаксической рамы), так и в режиме гипофракционирования (масочная фиксация). На кибер-ноже возможна только масочная фиксация.
  2. Число интракраниальных мишеней на гамме-ноже неограниченно, а на кибер-ноже в план возможно включить только 7-10 мишеней.
  3. И, конечно, рубриĸа Юры ДудяКибер-нож стоит порядĸа 300 млн рублей, а гамма-нож – 4 млрд.

Протонные ускорители

Если вас впечатляют люксовые истории, то держитесь на стуле крепче, потому что история про протонные центры ровно на 200 млн баксов! Протонное оборудование слишком тяжелое, и разместить его в клинике невозможно, поэтому ускорители базируются на базе центров ядерной медицины. И таких центров в России только три:

  1. Центр радиологии и онкологии ФМБА в Димитровграде (Ульяновская область).
  2. Медицинский радиологический научный центр им. А.Ф. Цыба (филиал института им. Герцена) в Обнинсĸе (Калужская область).
  3. Центр протонной терапии медицинского института им. Березина Сергея (МИБС) в Санкт-Петербурге.

Протонная терапия основана на использовании протонов, усĸоренных до больших энергий (50-1000 МэВ) на синхрофазотронах и синхротронах.

Протонное корпускулярное излучение в сравнении с фотонным обладает дозиметрическими и радиобиологическими преимуществами (например, меньше риски осложнений при лечении новообразований больших объемов). Пучки протонов стали золотым стандартом, ориентиром для всех радиохирургических установок. Таĸие высоĸие технологии применяют в непростых областях, например, в детсĸой нейроонĸологии.

Строительство одного протонного центра эквивалентно годовому ВВП небогатой страны (например, Маршалловых Островов)
Сравнение ĸонформности при фотонной терапии и протонной терапии
Фотоны максимально влияют на ткань на входе — на первых нескольких сантиметрах пробега. Протоны, наоборот, максимально воздействуют на глубине, а не на входе. Этот максимум облучения называется пиком Брэгга. При этом после прохождения пика доза резко падает почти до нуля, что практически полностью исключает облучение здоровых тканей, расположенных за опухолью
1 of 3
Строительство одного протонного центра эквивалентно годовому ВВП небогатой страны (например, Маршалловых Островов)

Тезаурус юного радиационного онколога

Welcome to the New Age: введение в современную нейрорадиохирургию, image #19

Для общения с излучительными коллегами на одном языке вам пригодится мини-словарь лучевого терапевта. В рамках данного цикла и беглого лавирования взглядом между дозами по радиотерапевтичесĸой выписĸе будет достаточно нескольких важных терминов.

Разовая очаговая доза (она же РОД) – это доза облучения, которая дается за один сеанс лучевой терапии.

Суммарная очаговая доза (она же СОД) – это доза облучения, которая дается за весь курс лучевой терапии.

Конформность – это степень совпадения объема, получающего дозу не ниже предписанной, с объемом патологического очага. Иными словами, высокая конформность означает высокую степень соответствия полей облучения форме мишени.

  • 100% конформность подразумевает, что предписанной изодозой облучается только патологический очаг. Поэтому при облучении мы всегда стремимся ĸ высоĸой ĸонформности.
  • Селективность – ограничение (минимизация) облучения окружающих опухоль нормальных тканей и критических органов.

Определяется как отношение энергий, поглощенных в объёме мишени и окружающих нормальных тканях.

  • Большой опухолевый объём (GTV, gross tumor volume) – это объём, который включает в себя визуализируемую опухоль. К этому объёму подводят необходимую для данной опухоли туморицидную дозу. Если опухоль была удалена радикально, определить данный объем невозможно (поэтому если проводится послеоперационная лучевая терапия, то может быть задан только CTV).
  • Клинический объём мишени (CTV, clinical target volume) – это объём, который включает в себя не только опухоль, но и зоны субклинического распространения опухолевого процесса.
  • Планируемый объём мишени (PTV, planning target volume) – это объём, который включает клинический объём с добавлением дополнительного отступа. Отступ необходим для нивелирования возможного изменения положения органов при дыхании пациента и погрешностей при укладке. PTV рассчитывается в случае линейных ускорителей, поскольку на них отсутствует возможность жесткой фиксации пациента, как на гамма-ножах (на последних PTV=CTV).
Welcome to the New Age: введение в современную нейрорадиохирургию, image #20

Радиотерапия, радиохирургия. А стереотаксис тут причём?

Welcome to the New Age: введение в современную нейрорадиохирургию, image #21

Существует несколько технических способов обеспечить высокую степень соответствия полей облучения форме мишени (высокую конформность). Принципиально различают двухмерную конвенциональную лучевую терапию (2D RT) и трехмерную конформную лучевую терапию (3D CRT).

Двухмерная лучевая терапия априори не может быть конформной, поскольку визуализация опухоли происходит по ортогональным 2D-снимкам. К сожалению, в России до сих пор во многих радиологических отделениях работают по данной технологии. Это связано с тем, что используемая методика зависит от возможностей лечебного аппарата.

  • Хоть в рамках федерального проекта о борьбе с онкологическими заболеваниями и был проведен значительный апгрейд парка лучевых установок по всей стране, этого по-прежнему недостаточно. Так, в нашей стране всего (по имеющимся данным на 2021 год) 247 линейных ускорителей. Из них только 15 условно «стереотаксических» (TrueBeam, Novalis, Axesse). Для покрытия потребности населения необходимо порядка 600 линейных ускорителей, что в 3 раза больше того, что есть на данный момент.

Трехмерная лучевая терапия, в отличие от двухмерной, конформна, поскольку позволяет визуализировать опухоли и критические органы в объёме. Множество страшных аббревиатур, которые вы могли встречать (по типу IMRT, VMAT, IGRT и др.) являются модификациями 3D CRT. Ровно как и стереотаксис (SBRT) является одной из эволюционных ступеней развития данной технологии.

Технологии и методики лучевой терапии, часть из которых останется за скобками данного цикла статей
Технологии и методики лучевой терапии, часть из которых останется за скобками данного цикла статей

Что же такое стереотаксис?

Стереотаĸсичесĸий, или стереотаĸтичесĸий (ĸаĸ принято на Западе), метод – это направленное прониĸновение в глубоĸие струĸтуры с использованием пространственной схемы по заранее рассчитанным ĸоординатам (X, Y, Z).

Именно трехмерная система координат остается отличительным признаком стереотаксических систем (stereos – трехмерный, taxus – взаиморасположение, как в таксономии).

Декартова система координат позволяет задавать положение точки в пространстве, указывая три плоскости:

  • передне-заднюю,
  • поперечную,
  • вертикальную.

Это три плоскости, пересекающихся в одной точке, каждая из которых расположена под прямым углом относительно двух других.

Соответственно, положение мишени задается тремя координатами, каждая из которых указывает локализацию по отношению к одной из трех плоскостей.

Таким образом, стереотаксическое облучение предполагает сначала трехмерную визуализацию и локализацию объёмной мишени, а затем совмещение её с системой координат стереотаксического аппарата и планирующей системы. В рамках стереотаксиса как метода выделяют:

  • стереотаксическую радиохирургию
  • стереотаксическую радиотерапию.

В чем отличие радиохирургии от радиотерапии?

Welcome to the New Age: введение в современную нейрорадиохирургию, image #23

Стереотаксическая радиохирургия – это однократное подведение высокой дозы ионизирующего излучения к малому, глубинно расположенному объёму для его деструкции. Или, иначе говоря, это конформное высокодозное облучение мишени за одну фракцию.

  • Как мы обсудили выше, мишень при этом определяется с помощью стереотаксических изображений, а ионизирующее излучение генерируется вне пациента. В этом отличие стереотаксической радиохирургии от интервенционно-радиологических методов однократного подведения высокой дозы (например, от рентгенхирургических вмешательств и сосудистой радиоэмболизации).

В свою очередь, стереотаксической радиотерапией называют многофракционное лечение, при котором доза подводится к патологическому очагу за несколько сеансов (фракций).

В отличие от радиохирургии, радиотерапевтические фракции имеют низкие разовые дозы, а эффект достигается за счёт их суммации. Поэтому радиотерапия допускает попадание здоровых тканей в область облучения. При радиохирургии, напротив, все ткани, попавшие в область облучения – и здоровые, и патологические – подвергнутся деструкции. Поэтому радиохирургия требует минимизации объема здоровых тканей, подвергающегося облучению (высокой степени конформности и селективности).

Таким образом, радиохирургия это предельный частный случай радиотерапии (а именно однофракционная радиотерапия).

Ограничением в применении радиохирургии является размер облучаемой мишени, который не должен превышать 3,0-3,5 см в максимальном измерении или 16 см3 в объеме. Отсюда логически следует, что количество очагов не ограничивает применение радиохирургии (только их суммарный объем).

Что такое гипофракционирование?

Гипофракционирование – это методика, промежуточная между радиотерапией и радиохирургией. В случае радиотерапии верхней границей разовой очаговой дозы считается 3 Гр (данная доза используется для облучения всего головного мозга). Гипофракционированием же называют все режимы с дозой за фракцию выше 3 Гр. По радиобиологическому воздействию и соответствующему ответу патологического очага режим гипофракционирования приближается к радиохирургии, при этом сохраняются преимущества радиотерапевтического фракционирования по отношению к нормальным тканям, попадающим в область облучения. Использование гипофракционирования позволяет справиться с радиорезистентными гипоксическими клетками, обеспечивая больше шансов облучить клетки опухоли во всех фазах клеточного цикла.

Как и радиотерапия, гипофракционирование проводится в маске за несколько фракций. Оно предпочтительно в лечении крупных мишеней, расположенных в непосредственной близости от функционально значимых структур.

Этапы стереотаксической лучевой терапии

Welcome to the New Age: введение в современную нейрорадиохирургию, image #24

Любой вид стереотаксического облучения (как радиотерапия в маске, так и радиохирургия в раме) представляет собой высокотехнологичную цепь интеллектуальных задач, решение которых происходит в несколько этапов:

1. Иммобилизация пациента

Производится с помощью стереотаксической рамы или индивидуальной термопластической маски. Этап обеспечивает точное позиционирование головы пациента и снижение погрешности при облучении.

Стереотаксическая рама безболезненно фиксируется в надкостницу черепа пациента четырьмя винтами под местной инфильтрационной анестезией.

  • Анестезиологическое пособие (пропофол) необходимо лишь в отдельных случаях: у детей раннего возраста или при неконтролируемой двигательной активности пациента

Суть заключается в том, что головной мозг не смещается относительно черепа. Череп жестко привязывается к раме и не смещается относительно нее, а рама, в свою очередь, надежно фиксируется к кушетке. Поэтому в конечном итоге становится возможным точно локализовать положение мишени в головном мозге по Декартовой системе координат (х, y, z).

В надĸостницу пациента под местной инфильтрационной анестезией безболезненно вĸручивается четыре винта (два — в лобной области, два — в затылочной). Болезненны тольĸо уĸолы и введение анестетиĸа
По возможности при фиксации рамы стремятся расположить мишень в центре куба (координаты: 100-100-100)
1 of 2
В надĸостницу пациента под местной инфильтрационной анестезией безболезненно вĸручивается четыре винта (два — в лобной области, два — в затылочной). Болезненны тольĸо уĸолы и введение анестетиĸа

Рама обеспечивает максимально надёжную фиксацию, но в связи с инвазивностью процедуры используется только для радиохирургического лечения (когда суммарная очаговая доза подводится за один сеанс). В случае радиотерапии пришлось бы фиксировать и снимать раму каждый день в течение всего периода многофракционного лечения. Учитывая болезненность уколов местного анестетика, это было бы для пациента пыткой.

  • Индивидуальная термопластическая маска (однослойная или многослойная) изготавливается перед проведением радиотерапии в режиме стандартного или гипофракционирования

Пациент ложится на индивидуальные подголовники, которые принимают форму его головы. Маска до разогревания выглядит как перфорированный лист. Затем её нагревают до 75 С° в печи, она размягчается, накладывается на пациента и принимает форму лиц.

Маска позволяет единообразно укладывать голову и шею пациента перед каждым сеансом облучения, являясь неинвазивным способом фиксации
Маска позволяет единообразно укладывать голову и шею пациента перед каждым сеансом облучения, являясь неинвазивным способом фиксации

2. Топометрическое сканирование (визуализация мишени)

В зависимости от используемой лучевой установки и её системы планирования в качестве топометрических снимков используется КТ или МРТ. В контексте нейрорадиохирургии методом выбора визуализации является МРТ головного мозга с двойным контрастированием.

Магнитно-резонансная томография, по снимкам которой будет происходить планирование облучения, проводится в специальном локалайзере, который крепится к зафиксированной раме
Магнитно-резонансная томография, по снимкам которой будет происходить планирование облучения, проводится в специальном локалайзере, который крепится к зафиксированной раме

Предвосхищая вопросы: стойки рамы сделаны из титанового сплава, поэтому они безопасны для МРТ.

Рентгенконтрастная буква N сбоку на локалайзере впоследствии видна на снимках в виде меток, которые позволяют однозначно сориентироваться в системе координат.

Обязательными требованиями к качеству визуализации является проведение томографии с толщиной срезов 1 мм, квадратной матрицей и изотропным векселем (с равной величиной во всех трёх измерениях).

3. Планирование облучения

Во время планирования определяются режим и доза облучения, формируется объём облучения, выбирается методика подведения дозы, оценивается дозовое распределение, рассчитываются риски, погрешности, учитывается лучевая нагрузка на различные структуры.

Планирование состоит из нескольких этапов:

  • Подготовительный этап

Включает задание системы координат стереотаксического пространства и совмещение изображений различных модальностей (МРТ, КТ), что позволяет максимально точно оценить границы патологического очага.

  • Оконтуривание мишени и формирование планируемого объёма облучения (PTV).

Сначала рассчитывают субклинический объём: ложе опухоли (после операции) и зону возможного распространения (инфильтрации).

А после его расчета планируют клинический объём мишени (CTV) – формируется при совмещении большого объёма опухоли (GTV, визуализируемая на снимках опухоль) с субклиническим объёмом

Таким образом, CTV – это сумма GTV и субклинического объема.

В случае радиотерапии к CTV также добавляют краевой захват (safety margin) – дополнительную область, учитывающую возможные погрешности планирования и укладки пациента.

В результате формируют окончательный планируемый объём облучения (PTV) – это сумма CTV и краевого захвата (при его наличии).

Помним, что при радиохирургии краевой захват не используется, а значит, PTV равен CTV.

  • Оконтуривание критических структур

Необходимо учитывать нагрузки на ряд структур, наиболее чувствительных к лучевому воздействию. К ним относятся глазные яблоки, хрусталик, зрительные нервы и тракты, хиазма, ствол мозга, гипофиз, стебель гипофиза, дно III желудочка (гипоталамус), внутреннее ухо (улитка и лабиринт). Толерантность критических структур является лимитирующим фактором и влияет на выбор разовой дозы и режима фракционирования.

  • Формирование дозового распределения

Непосредственно планирование облучения с оценкой дозового распределения и лучевых нагрузок на критические структуры.

Планирование проводится шотами и либо по краевой дозе (в случае гамма-ножа), либо по средней дозе (на кибер-ноже и линейных ускорителях).

Шот – это дозовое распределение от одного положения источников

Необходимо расставить координаты шотов (X, Y, Z) и их вес (W).

  • Оценка плана облучения

Проводится по гистограммам «доза-объём» для мишени и критических структур. На этом этапе определяется степень полноты охвата PTV лечебной изодозой, равномерность дозового распределения, нагрузка на «критические органы».

В данном кейсе представлена невринома слухового нерва. Планирование напоминает игру в тетрис. Оно проводится шотами разного диаметра: 4 мм (совсем маленькие), 8 мм (средние) и 16 мм (самые крупные). При этом форма шота зависит от формы коллиматоров лучевой установки (на гамма-ноже коллиматоры круглые, поэтому шоты – тоже)
В данном кейсе представлена невринома слухового нерва. Планирование напоминает игру в тетрис. Оно проводится шотами разного диаметра: 4 мм (совсем маленькие), 8 мм (средние) и 16 мм (самые крупные). При этом форма шота зависит от формы коллиматоров лучевой установки (на гамма-ноже коллиматоры круглые, поэтому шоты – тоже)

4. Укладка пациента, проверка и реализация плана лечения

Пациент укладывается на кушетку лечебного аппарата, а его голова фиксируется с помощью уже установленной стереотаксической рамы или заранее изготовленный маски. С использованием позиционирующей системы (основанной на лазерной сетке, конусно-лучевой компьютерной томографии или ортогональных рентгенограммах) производится совмещение координат планирующей системы с системой координат лечебного аппарата. Затем реализуется план облучения.

Welcome to the New Age: введение в современную нейрорадиохирургию, image #30
  • На этом первая статья радиоактивного цикла подошла к концу! Если вы добрались сюда, дочитав, а не перепрыгнув, то теперь почти наверняка радиолюминесцируете! Просьба соблюдать радиационную безопасность и не обниматься с кошкой! А как перестанете светиться знаниями, мы подготовим для вас следующую статью цикла, которая не заставит себя долго ждать.

Take Home Message and Stay Tuned

Welcome to the New Age: введение в современную нейрорадиохирургию, image #31
  • Большие дозы ионизирующего излучения опасны, но на службе у радиационных онкологов они могут быть чрезвычайно полезны. Радиофобия – зло. Развеять страх перед неведомым можно только знаниями.
  • Современные лучевые установки – как заправленные гоночные болиды Формулы-1. И сейчас алым Ferrari очень не хватает талантливых Михаэлей Шумахеров.
  • Оставайтесь с нами, ведь на пути у радиоактивного цикла статей наиболее непростая область онкологии – опухоли центральной нервной системы

Что еще можно почитать?

Нейрорадиохирургия на Гамма-ноже под редакцией профессора Голанова А.В. и Костюченко В.В.

Стереотаксическое облучение патологии ЦНС на аппарате КиберНож под редакцией профессора Голанова А.В.

Раздел ядерной медицины на Постнауке

636 views·45 shares