Радиационная онкология, облучение

Радиационная онкология (интервенционная радиология) – область медицины, в которой исследуется применение ионизирующего излучения для лечения онкологических заболеваний. В общих чертах метод можно описать следующим образом. Корпускулярное или волновое излучение направляется на пораженный опухолью участок тела с целью удалить злокачественные клетки с минимальным повреждением окружающих здоровых тканей. Облучение является одним из трех основных методов борьбы с раком, наряду с хирургией и химиотерапией.

Классификация методов радиационной онкологии

Во-первых, следует выделить различные типы излучения.

Корпускулярное:

  • α-частицы,
  • протонные пучки,
  • β-частицы,
  • электронные пучки,
  • π-мезоны,
  • нейтронное излучение.

Волновое (фотонное):

  • γ-излучение,
  • тормозное рентгеновское излучение.

Во-вторых, существуют различные способы его подведения.

Брахитерапия:

  • Контактная терапия. При этом способе излучатель подносится непосредственно к опухоли. В большинстве случаев для реализации требуется оперативное вмешательство, поэтому метод применяется редко.
  • Интерстициальный метод. Радиоактивные частицы вводятся в ткань, содержащую опухоль. Как самостоятельное лечение,  в основном применяется при онкогинекологических и онкоурологических заболеваниях. Как дополнительное – при внешнем (дистанционном) облучении.

В настоящее время область применения брахитерапии как самостоятельного или вспомогательного метода расширяется, появляются новые методики, например, SIRT-терапия.

Внешнее (дистанционное) облучение:

При таком воздействии излучатель находится на удалении от области, содержащей злокачественное образование. Метод является наиболее универсальным, однако, и наиболее сложным в воплощении. Развитие этого направления онкологии имеет тесную связь с научно-техническим прогрессом. Первые значительные достижения ассоциируются с изобретением и внедрением кобальтовой радиотерапии (1950-е гг.).  Следующий этап был ознаменован созданием линейного ускорителя. Дальнейшее развитие обусловлено внедрением компьютерных технологий и различных методов модуляции (изменения характеристик пучка). В этом направлении было сделано множество нововведений, среди которых:

  • трехмерная конформная лучевая терапия (3DCRT),
  • радиотерапия с модуляцией интенсивности (IMRT),
  • появление радиохирургии (использование узких пучков высокой интенсивности),
  • технологии, совмещающие использование 3D/4D моделирования и модуляцию интенсивности (например, RapidArc).

Современные установки для проведения радиотерапии - сложнейшие и дорогостоящие устройства, объединяющие достижения инженерии из многих технологических областей. На сегодняшний день можно выделить две области дистанционного облучения.

  • Лучевая терапия. С самого начала радиационная онкология развивалась именно в этом направлении: лучевая терапия предполагает использование широких пучков ионизирующего излучения. Проведение традиционной ЛТ обычно проходит в несколько сеансов. Сейчас существует множество реализаций данного подхода: техника облучения постоянно совершенствуется и со временем притерпела множество изменений. Сейчас ЛТ является одним из самых распространенных способов лечения рака. Применяется для многих видов опухолей и стадий: либо как самостоятельный метод терапии, либо в сочетании с другими (например, радиохимиотерапия). Также ЛТ используется в паллиативных целях.
  • Радиохирургия. Сравнительно новое направление интервенционной радиологии, которое характеризуется применением узконаправленного облучения повышенной интенсивности. Процедура проходит за меньшее число сеансов в сравнении с ЛТ. Пока область применимости радиохирургии ограничена и мала, по сравнению с лучевой терапией. Однако направление активно развивается и прогрессирует. Наиболее популярные установки: «Кибер-нож» и его предшественники «Гамма-нож», «LINAC».

Воздействие облучения

Процессы, возникающие в клетках под облучением крайне сложны, происходят многочисленные морфологические и функциональные изменения тканей. Началом этих процессов служат ионизация и возбуждение атомов и молекул, составляющих клетки. Мы не ставим целью подробное описание этих процессов, поэтому приведем лишь несколько примеров.

Положительный эффект облучения состоит в нарушении процессов саморегуляции в злокачественных клетках, который с течением времени приводит к их смерти. В результате разрушения структуры ДНК раковых клеток, они теряют способность к делению. Облучение разрушает сосуды опухоли, нарушается её питание.

Отрицательный эффект заключается в том, что изменения могут происходить и в здоровых клетках. Это приводит к лучевым осложнениям, которые подразделяются на две группы.

  • Лучевые реакции. Нарушения временные и проходят после определенного времени (до нескольких недель).
  • Лучевые повреждения. Необратимые последствия облучения.

Каждый вид клеток имеет свои показатели радиочувствительности, то есть изменения в клетках начинаются при определенном соотношении частоты, типа, интенсивности и продолжительности излучения. Принципиально, любую опухоль можно уничтожить воздействием излучения, однако при этом будут повреждены и здоровые клетки. Основная задача рациационной онкологии – подобрать оптимальный баланс между полезным действием облучения и минимизацией риска осложнений.

Более подробно наиболее характерные побочные эффекты и особенности проведения облучения рассмотрены для конкретных видов онкологических заболеваний, к которым применима лучевая терапия. Смотрите следующие материалы

Минимизация осложнений

С момента зарождения области, радиационная онкология развивается в направлении минимизации побочных эффектов. На этом пути разработано множество нововведений. Рассмотрим основные приемы, которые используются специалистами для уменьшения риска повреждения здоровых тканей.

Рентгеновский диапазон

Высокоинтенсивное рентгеновское излучение позволяет воздействовать на глубокие ткани, при этом слабо повреждая поверхностные: луч проходит через кожу, почти не теряя на ней энергии. Подбором оптимальной интенсивности область основного воздействия переносится на необходимую глубину, в результате на здоровые клетки приходится небольшая доза радиации, исчезает вероятность получения ожога на коже.

В настоящее время рентген используется в абсолютном большинстве установок, однако это не единственный вид применяемого в интервенционной радиологии излучения: широкие перспективы открывает, например, протонная терапия.

Точное подведение

Первоочередная задача состоит в точном определении месторасположения опухоли. Часто приходится удалять не четко обособленное новообразование, а остатки опухоли после проведенной операции, возможные очаги метастазирования, которые могут быть множественными, труднозаметными и иметь беспорядочное расположение. Для определения их месторасположения используются все доступные средства: МРТ, компьютерная томография, ПЭТ-КТ, протокол проведенной операции. Также требуются достоверные знания о свойствах окружающих такней: необходимо определить, где могут образоваться новые опухолевые очаги и предотвратить этот процесс.

Сегодня использование компьютерной модели опухолевого процесса стало золотым стандартом для проведения ЛТ и радиохирургии: по таким моделям рассчитывается стратегия облучения. В Кибер-ноже, например, для этого используется суперкомпьютерное вычисление.

Немалые усилия направлены и на соблюдение итоговой точности облучения: реальное положение пациента может отличаться от того, в котором проводилось построение модели, поэтому требуются либо методики воссоздания положения, либо коррекции напраления облучения.

  • Методы фиксации. Нередко лучевая терапия длится 30-40 курсов, и при этом необходимо соблюдать точность в пределах половины сантиметра. Для этих целей используются различные методы фиксации положения пациента.
  • Респираторный контроль. Существенную сложность представляет облучение подвижных органов: в настоящее время разработаны несколько методик, позволяющих отслеживать дыхание пациента и, либо корректировать направление воздействия, либо приостанавливать его до возвращения в допустимый диапазон положений.

Облучение под разными углами

За исключением редких случаев, когда смена угла, под которым направляется луч, невозможна, этот способ обязательно применяется. Такой прием позволяет равномерно распределить побочное воздействие и снизить общую дозу, приходящуюся на единицу объема здоровой ткани. Большинство установок могут вращать линейный ускоритель по окружности (2D вращение), некоторые установки позволяют совершать и пространственные вращения/перемещения (не только по одной оси).

Фракционирование

Необходимо как можно точнее определить свойства здоровых и раковых клеток, подпадающих под воздействие и выявить различия в радиочувствительности. Интенсивность и тип об-ния подбираются индивидуально для каждого случая, благодаря этому удается оптимизировать эффективность терапии.

Модуляция

Помимо направления воздействия, у пучка есть две важные характеристики поперечного сечения: форма и распределение интенсивности. За счет изменения формы пучка можно предотвратить воздействие на здоровые органы с высокой радиочувствительностью. За счет распределения интенсивности - снизить дозу радиации, для пограничных с опухолью тканей и, наоборот, повысить для опухолевого очага.

Подобные приемы применяются с 90-х гг., когда была изобретена технология модуляции интенсивности. Сначала устройства позволяли использование лишь нескольких (1-7) направлений облучения (для каждого из которых заранее рассчитывались оптимальные характеристики пучка) в ходе одного сеанса. Сейчас появились многолепестковые коллиматоры (устройство, формирующее форму пучка), которые могут быстро воссоздавать различные профили, успевая за вращение линейного ускорителя. Благодаря этому появилась возможность производить в ходе одного сеанса облучение по неограниченному числу направлений (технология RapidArc), что позволяет почти на порядок сократить продолжительность терапии.

Материал оказался полезным?