Рис. 1. Радиоактивный источник, содержащий 125I
Рис. 2. КТ левой орбиты человека. Распределение изодозных кривых у человека. Красная изолиния — 100%, синяя — 80%, оранжевая — 50%, голубая — 10% относительно предписанной дозы
Аппликационная БТ является ведущим методом при лечении внутриглазных опухолей и некоторых образований придатков глаза [1, 7].
Обзор литературы выявил немногочисленные публикации зарубежных ученых о клиническом применении БТ при лечении опухолей орбиты, а экспериментальных исследований в этой области не найдено [6].
Рис. 3. Гистограмма «доза-объем». Условные цветовые обозначения структур глаза и орбиты: красная кривая — облучаемый объем, зеленая — центральная зона сетчатки, розовая — хрусталик, желтая — цилиарное тело, синяя — передняя поверхность глаза Рис. 4. Расположение источников: а) имплантация источников в орбиту; б) 3D реконтрукция КТ кролика
Рис. 4. Расположение источников: а) имплантация источников в орбиту; б) 3D реконтрукция КТ кролика
Изучение отдельных этапов БТ опухолей орбиты, в том числе дозиметрического планирования, является актуальным и представляет определенный научный интерес ввиду перспективы практической значимости как одного из методов улучшения клинических результатов при лечении злокачественных опухолей орбиты.
Цель
Провести дозиметрическое планирование БТ с йодом-125 (125I) на орбитах экспериментальных животных и проанализировать полученные результаты.
Материал и методы
Задачей исследования было проведение моделирования контактного облучения на орбитах экспериментальных животных для изучения реакции здоровых тканей орбиты и структур органа зрения на дозы излучения 125I, эквивалентные лучевым нагрузкам при БТ опухолей орбиты в клинических условиях.
Клиническим прототипом для расчета дозных нагрузок на структуры орбиты и глаза экспериментальных животных явились случаи аденокарциномы слезной железы у человека, требующие проведения дистанционной лучевой терапии в постоперационном периоде. Основанием для нашего выбора послужили статистические данные, выявившие превалирование данной патологии среди остальных злокачественных опухолей орбиты [3, 11, 17]. Дозиметрическое планирование БТ осуществляли совместно лучевой терапевт и медицинский физик. Расчеты проводили по данным КТ орбит 5 пациентов. За облучаемый объем принимали объем тканей орбиты в верхне-латеральном квадранте, равный объему слезной железы. С учетом имеющихся данных [15, 16], очаговая доза, необходимая для достижения лучевого патоморфоза возможной резидуальной опухоли в постоперационном периоде, была принята нами равной 50 Гр. Так как для проведения эксперимента планировалось использование источников активностью 4,8 мКи (177,6 МБк), предлучевые расчеты осуществляли с источниками данной активности. В каждом случае использовано 4 источника, которые размещали в облучаемом объеме по единой схеме. Расчетное время экспозиции источников составило 6 сут. Определяли дозные нагрузки на переднюю поверхность глаза, хрусталик, цилиарное тело, центральную зону глазного дна и зрительный нерв.
Рис. 5. МРТ- (а) и КТ-изображения (б) орбит кролика с радионуклидными источниками 125I. Стрелкой отмечена область расположения источников
Рис. 6. Поверхностное распределение дозных нагрузок. Самые светлые зоны (обозначены желтым цветом) соответствуют наиболее «горячим» участкам. Чем темнее участок, тем меньшей лучевой нагрузке подвергается структура
В качестве источника ионизирующего излучения использовали закрытый источник, содержащий радионуклид 125I (IsoSeed, Eckert & Ziegler BEBIG GmbH, Germany). Он представляет собой герметичную цилиндрической формы титановую капсулу размером 0,8х4,5 мм, внутри которой находится сердечник с осажденным на керамическом сердечнике радионуклидом (рис. 1).
Имплантацию источников в орбиты кроликов проводили путем трансконъюнктивальной орбитотомии.
С целью уточнения локализации имплантированных в орбиты источников, а также расчета необходимого времени экспозиции и дозных нагрузок выполняли томографию орбит кроликов в 3 стандартных проекциях с шагом 1-3 мм.
Полученные изображения обрабатывали с помощью компьютерной программы планирования БТ Permanent Seed Implant Dosimetry (PSID) версии 4.5, которую в клинической практике используют для планирования перманентного облучения с 125I при лечении рака предстательной железы [14]. Для адекватного расчета параметров облучения, отличных от урологических, проводили пересчет полученных доз с учетом времени экспозиции.
Для расчета поглощенной дозы в облучаемом объеме используют выражение (см. иллюстрацию)
Результаты
У человека с помощью программного планирования БТ рассчитаны дозные нагрузки на переднюю поверхность глазного яблока, цилиарное тело, хрусталик, центральную зону глазного дна и зрительный нерв. На основании расчетов, проведенных по формуле (3), выполнен анализ дозных нагрузок на интересующие структуры орбиты и глаза (табл. 1, рис. 2). Приведенные в табл. 1 дозы на изучаемые структуры рассчитаны для случая точечного источника. При учете линейной геометрии источников отмечается тенденция к увеличению дозной нагрузки, при этом выявленная погрешность лежит в диапазоне от 0 до 9% (в среднем 4,5%).
Оценка качества планирования облучения проводится по гистограммам «доза-объем» облучаемых тканей, построение которых является одной из функций программы PSID 4.5. На представленном графике (рис. 3) продемонстрировано полное покрытие целевого объема расчетной дозой, а также уменьшение облучаемого объема и полученной дозной нагрузки в зависимости от удаления интересующих структур от радиоактивных источников.
Точное соблюдение дозных нагрузок на все интересующие структуры орбиты кролика в эксперименте представляло определенные сложности в связи с особенностями хирургической анатомии орбиты кроликов, описанными нами ранее [2], и неизбежностью погрешностей при воспроизведении намеченного плана облучения. Главным ориентиром для дальнейших расчетов был выбран хрусталик глаза ввиду того, что он является наименее радиорезистентной структурой. Таким образом, расчетная дозная нагрузка на хрусталик кролика составила 4,5 Гр, а передний верхне-наружный квадрант орбиты кролика был определен как место предпочтительной имплантации комплекса из 2 источников 125I начальной активностью 4,8 мКи (177,6 МБк) (рис. 4).
Постимплантационное программное планирование БТ проводили с помощью одного из доступных томографических методов.
Приоритетным и более информативным методом для локализации источников и дифференциации структур орбиты и глаза кролика явилась КТ, выполненная в аксиальной или фронтальной проекции с шагом 1,0 мм (рис. 5).
Программная обработка полученных КТ- или МРТ-данных позволила получить дозные нагрузки на переднюю поверхность глаза, хрусталик, цилиарное тело, центральную зону глазного дна и зрительный нерв кролика (рис. 6). Далее проводили дополнительные расчеты с учетом временного нахождения источников в тканях, используя формулу (3).
В связи с затрудненной визуализацией источников на МРТ-изображениях при расчете дозных нагрузок выполняли 4-кратную обработку изменяющихся дозных полей.
Рассчитано, что поглощенная доза излучения на передней поверхности глазного яблока составила 2,0-5,1 Гр, на цилиарном теле — 2,06,1 Гр, на хрусталике — 2,8-7,4 Гр, на центральной зоне глазного дна — 4,2-12,7 Гр, на зрительном нерве — 4,2-11,2 Гр.
Результаты соответствующих данных по дозиметрическому контролю, клиническим наблюдениям и патоморфологическим исследованиям на различных сроках эксперимента будут предметом отдельных сообщений.
Сравнивая характер распределения дозных нагрузок при лечении аденокарциномы слезной железы с помощью различных видов лучевой терапии, можно отметить, что при применении современных прецизионных технологий дистанционного облучения (протонотерапия, гамма-нож, интенсивно-модулированная радиотерапия и др.) на хрусталик приходится порядка 20-40% СОД [9, 10, 13], что значительно ниже по сравнению с дистанционным гамма-облучением [12]. По нашим данным, при планировании БТ на ложе удаленной опухоли на хрусталик приходилось 2,7-6,8 Гр, что составило лишь 5,4-13,6% очаговой дозы (табл. 1).
Выводы
Проведен один из ключевых этапов исследования по проблеме БТ опухолей орбиты.
1. Дозиметрическое планирование БТ с 125I позволило рассчитать дозные нагрузки на структуры глаза и орбиты человека и провести экспериментальные исследования in vivo.
2. Используемая при этом программа позволяет проводить дозиметрическое планирование БТ опухолей орбиты и осуществлять необходимую коррекцию параметров облучения.
3. Рассчитанные значения поглощенных доз для изучаемых структур орбиты и глаза человека не превышают известных критических значений. Экспериментально полученные значения поглощенных доз на интересующие структуры у кролика были следующими: на переднюю поверхность глазного яблока приходилось в среднем 3,6 Гр, на цилиарное тело — 3,8 Гр, на хрусталик — 4,9 Гр, на центральную зону глазного дна — 6,8 Гр, на зрительный нерв — 6,8 Гр, что сопоставимо с рассчитанными значениями дозных нагрузок на структуры глаза и орбиты человека.
4. Полученные предварительные результаты открывают перспективы для продолжения экспериментальных и клинических исследований.
