Лучевая терапия. 
Ядерная медицина: физические и химические основы

Лучевая терапия — лечение ионизирующей радиацией (рентгеновским, гамма-излучением, бета-излучением, нейтронным излучением (быстрые или тепловые нейтроны), пучками ускоренных до высоких энергий элементарных частиц (протоны, пионы) или многозарядных ионов и т. п.).

В этой главе сначала будут рассмотрены основные принципы лучевой терапии, затем — особенности использования фотонного ионизирующего излучения (рентгеновского и гамма-излучения) для лечения различных заболеваний. Основное внимание уделено методам телерадиотерапии (дистанционной радиотерапии), при которых источник ионизирующего излучения находится вне тела пациента.

Основные принципы лучевой терапии

В зависимости от цели лечения онкологического заболевания лучевую терапию подразделяют на:

• — радикальную — достижение полной резорбции опухоли и излечение больного;
• — паллиативную — торможение роста опухоли и продление жизни больного;
• — симптоматическую — устранение отдельных мучительных симптомов;
• — комплексную — сочетание с другими методами лечения злокачественных новообразований (оперативным вмешательством и химиотерапией).

Применение лучевой терапии основано на способности ионизирующих излучений вызывать функциональные и анатомические изменения тканей, органов и организма в целом; подавлении способности роста и размножения раковых клеток; большей чувствительности к воздействию излучений патологически измененных тканей (опухолевые, дистрофические и др.); ответной реакции организма, его органов и тканей на облучение.

Методы лучевой терапии подразделяются по виду излучения — (рентгенотерапия, гамматерапия, нейтронотерапия и т. п.) и по расположению источника относительно тела человека: дистанционное облучение (на расстоянии), контактное и внутри полостное. Излучение может подводиться непосредственно к опухоли с помощью тонких игл с радиоактивным изотопом (внутритканевое облучение). С лечебной целью используются излучения от естественных и искусственных радиоактивных изотопов, а также радиация, создаваемая внешними источниками ионизирующих излучений — атомными реакторами, ускорителями и т. п. По типу излучения различают рентгенотерапию, гамма-, бета-, альфа-терапию, электронную, нейтронную, протонную терапию, терапию многозарядными ионами.

Конкретные виды излучений применяются для следующих целей:

• 1. Фотоны высоких энергий из радиоактивных источников (кобальт, цезий) или линейного ускорителя для облучения глубоко расположенных опухолей (при этом возможно повреждение нормальных тканей, окружающих опухоль).
• 2. Пучки электронов для облучения поверхностно расположенных опухолей.
• 3. Облучение протонами довольно глубоко расположенной опухоли, без повреждения ткани, через которые они проходят.
• 4- Облучение нейтронами опухолей головы, шеи и предстательной железы.

Глубина проникновения в ткани и плотность ионизации зависит от массы частицы, её заряда и энергии. При фотонном излучении глубина проникновения в ткани значительна, а плотность ионизации мала. Пространственное распределение энергии электронных пучков, поглощённых биологической тканью, существенно отличается от фотонов. Набор пучков фотонов и электронов различных энергий создаёт условия для широкого маневрирования при облучении опухолей, залегающих на различных глубинах от поверхности. Протонный пучок применяют для облучения небольших, глубоко расположенных мишеней, нейтроны — для лечения радиорезистентных опухолей.

Все виды ионизирующего излучения вызывают в тканях организма принципиально сходные биологические эффекты. Отличие заключается лишь в пространственном распределении энергии излучения, что используют при выборе того или иного вида излучения в зависимости от локализации патологического очага. Лечебное действие ионизирующего излучения является следствием непосредственного облучения патологического очага, но в отдельных случаях связано с косвенным эффектом от облучения нервной системы или желёз внутренней секреции.

Успех лучевой терапии возможен лишь тогда, когда в опухоли преобладают процессы повреждения, а в окружающих её тканях — восстановление. Здесь важен терапевтический интервал, т. е. различие в степени повреждения и восстановления опухолевой и нормальной тканей при равных уровнях поглощенных ими доз. Поэтому основная задача клинической радиологии — создание максимальной дозы в патологическом очаге при минимальном облучении нормальных тканей. Её решают путём выбора оптимальных вариантов пространственного распределения энергии излучения. Благодаря наличию различных источников излучения, многообразию методов и методик облучения, возможности сочетанного применения нескольких способов подведения ионизирующих излучений одновременно или последовательно, набору формирующих пучок излучения устройств можно облучить объект любой конфигурации. Формируя оптимальное пространственное распределение дозы излучения, одновременно используют различные способы радиомодификации, которые обеспечивают избирательную защиту^г нормальных тканей и усиление степени повреждения злокачественной опутсоли, т. е. расширяют терапевтический интервал.

В лучевой терапии обычно используются два метода: телетерапия и брахитерагшя. Термин «телетерапия» (tele = дальний) подразумевает, что лечение проводится на расстоянии, с помощью того или иного источника излучения. Брахитерапия (brachy = короткий) проводится, когда источник радиации помещается рядом или внутрь облучаемого объекта. При этом источник может находиться в биологической ткани (как, например, ‘^Аи или ^{, 2}5j) или вне её (wCs, *9²1 г, ⁶°Со).

Методы лучевой терапии делятся на наружные (источник излучения находится вне организма) и внутренние (источник излучения введён в ткани или в полости организма).

К наружным методам облучения относятся: дистанционная у- терапия; глубокая рентгенотерапия; терапия тормозным излучением высокой энергии; терапия быстрыми электронами; протонная терапия, нейтронная и терапия ускоренными ионами или мезонами; аппликационный метод облучения.

Дистанционная лучевая терапия проводится в статическом и подвижном режимах. При статическом облучении источник излучения неподвижен по отношению к больному. К подвижным методам облучения относятся ротационно-маятниковое, ротационно-конвергентное и ротационное облучение с управляемой скоростью. Облучение может осуществляться через одно поле или быть многопольным — через два, три и более полей. При этом возможны варианты встречных или перекрёстных полей. Облучение проводится открытым пучком или с использованием различных формирующих устройств — защитных блоков, клиновидных и выравнивающих фильтров, решётчатой диафрагмы. Обычно радиационные поля имеют сложную конфигурацию, зависящую от особенностей расположения опухоли, характера её метастазирования. Близкофокусную рентгенотерапию применяют для лечения злокачественных опухолей кожи, при этом расстояние от выносного анода до опухоли составляет несколько сантиметров.

К внутренним методам облучения относятся: внутриполостное облучение; внутритканевое облучение; системная радионуклидная терапия.

Побочные эффекты от лучевой терапии зависят от того, какая область тела подвергается облучению, а также от дозы облучения. По прекращении лучевой терапии большинство побочных эффектов проходят сами собой.

Табл. 1. Побочные эффекты при лучевой терапии.

Перед проведением курса лучевой терапии проводится тщательное обследование пациента и точное определение области, которую следует облучать. Подготовка пациента к облучению проходит в два этапа: моделирование и визуализация области облучения.

Во время физического моделирования врачи тренируют пациента лежать неподвижно во время облучения. Для больного подыскивается комфортное положение, чтоб он мог спокойно, не двигаясь, дождаться окончания сеанса облучения. Положение пациента хранится в памяти компьютера и при последующих сеансах облучения оно воспроизводится. Обычно пациент во время сеанса облучения фиксируется. Область облучения маркируется. Метки, наносимые на кожу пациента, могут быть временными (цветные чернила), либо постоянными (татуировка). Иногда маркеры («семена») внедряют в опухоль во время операции. После проведения рентгеновской КТ решается вопрос о типе лучевой терапии и необходимой дозе облучения, в зависимости от типа опухоли и её стадии, а также целей лечения. Распределение дозы по облучаемому объёму должно оказывать минимальное воздействие на здоровые ткани.

Лучевая терапия требует соблюдения следующих принципов: точный выбор мишени и определение координат её расположения (локализация опухоли, определение её размеров и формы, а также её близости к другим важным органам; локализация опухоли проводится методами КТ, ПЭТ, ЯМР или УЗИ), удержание мишени на месте в ходе облучения (обеспечивается специальными держателями, обездвиживающими пациента при терапии), точное нацеливание (лазерный прицел на маркеры на теле пациента) пучка радиации (она должна поступать в центр мишени даже при перемещении её при дыхании и каких-либо других естественных процессов), обеспечение оптимальной формы пучка (зона облучения должна повторять контуры опухоли, ионизация не должна попадать на здоровые ткани).

Обычно курс лучевой терапии проводят пять дней в неделю, в течение двух — десяти недель. Фракционирование необходимо, чтобы здоровые клетки успевали восстановиться быстрее раковых. Каждый сеанс лучевой терапии длится 10*30 минут.

В лучевой терапии используются как радиоактивные изотопы, претерпевающие различные виды распада, так и ускорители элементарных частиц. При этом ускоритель электронов может генерировать пучок ускоренных электронов медицинского назначения или пучок тормозного излучения (или рентгеновского или гамма-диапазона). Переключение с электронного режима на фотонный производится постановкой на пути электронов мишени из тутоплавкого металла (рис. l).

Ускоритель частиц вращается вокруг пациента по заданной программе, облучая нужный участок тела под разными утлами (рис. 2). Таким образом, точка, где находится опухоль, получает наибольшую дозу радиации, по сравнению со здоровыми окружающими тканями.

Опухоль обычно не обладает идеальной формой. Для полного и равномерного облучения требуемой области была разработана зО-лучевая терапия, учитывающая трёхмерное строение опухоли, а также расположение окружающих органов и тканей. Изображение опухоли получают методами компьютерной, ПЭТ или ЯМР-томографии. Управление потоком фотонов, падающих на объект осуществляют с помощью листовых коллиматоров, болюсов, накладные пластин и др. Лучевая терапия с модулированной интенсивностью (IMRT — модуляция интенсивности и направления) позволяет точно направить радиацию на нужный объект. Она основана на том, что излучение разделяется на несколько мелких лучей, причём интенсивность каждого луча модулируется программно. Это позволяет направить максимальную интенсивность радиации на опухоль, практически не облучая здоровые ткани. Аппаратура корректирует смещение органа при облучении (например, при дыхании) — 4/>терагшя.

Лучевую терапию проводят с различным распределением дозы облучения во времени. Применяют однократное, фракционированное (дробное) или непрерывное облучение. Фракционированное облучение является основным методом подведения дозы при дистанционной терапии. Облучение проводят отдельными порциями, или фракциями (фракция — дневная доза). Установлено, что крупные фракции более эффективны, чем мелкие.

Укрупнение фракций при уменьшении их числа требует уменьшения суммарной дозы, если не изменяется общее время курса.

Рис. 1. Варианты использования ускорителя электронов в лучевой терапии: а — аппаратура для облучения пациента тормозным фотонным (рентгеновское и у-.

излучение); б — аппаратура для облучения пучком ускоренных электронов.

Рис. 2. Облучение раковой опухоли простаты фотонным пучком под различными углами.

При проведении лучевой терапии используют методы модификации радиочувствительности злокачественных опухолей. Радиосенсибилизация лучевого воздействия — процесс, при котором различные способы приводят к увеличению поражения тканей под влиянием облучения.

Существует несколько методов воздействия на злокачественные опухоли, применяемые совместно с радиотерапией.

Оксигенацию используют для борьбы со злокачественными новообразованиями. Считается, что в опухоли имеются острогипоксические радиорезистентные клетки. Для борьбы с ними опухоль насыщают кислородом. Под действием излучения возникают высокоактивные кислородсодержащие радикалы, атакующие раковые клетки и разрушающие их. Оксигенотерапия — метод оксигенации опухоли во время облучения с использованием для дыхания чистого кислорода при обычном давлении. Оксигенобаротерапия — метод оксигенации опухоли во время облучения с использованием для дыхания чистого кислорода в специальных барокамерах под давлением до 3+4 атм. Турникетная гипоксия — метод облучения больных со злокачественными опухолями конечностей в условиях наложения на них пневматического жгута. Метод основан на том, что при наложении жгута р₀2 в нормальных тканях в первые минуты падает почти до нуля, а в опухоли напряжение кислорода ещё некоторое время остаётся значительным. Это даёт возможность увеличить разовую и суммарную дозы облучения без повышения частоты лучевых повреждений нормальных тканей.

Напротив, гипоксию применяют для защиты высокочувствительных к лучевой терапии нормальных тканей, расположенных вблизи облучаемой опухоли. Гипоксическая терапия — метод, при котором до и во время сеанса облучения пациент дышит газовой смесью, содержащей 10% кислорода и 90% азота или при уменьшении содержания кислорода до 8%.

Термотерапия основана на разрушительном воздействии на опухолевые клетки, осуществляемом путём перегрева опухоли. При комбинации температурного воздействия и облучения большое число клеток одновременно вступает в наиболее чувствительную к облучению фазу. Существуют аппараты для микроволновой (СВЧ) гипертермии, предназначенные для прогревания опухоли. Облучение следует сразу за сеансом гипертермии.

Предоперационное облучение приводит к уменьшению числа рецидивов и возникновения метастазов. Послеоперационное облучение проводится в качестве дополнительного воздействия на остатки опухоли после нерадикальных операций, а также для уничтожения очагов и возможных метастазов в регионарных лимфатических узлах. В тех случаях, когда операция является первым этапом противоопухолевого лечения, даже при радикальном удалении опухоли, облучение ложа удалённой опухоли и путей регионарного метастазирования, а также всего органа может существенно повысить результаты лечения.

Табл. 2. Сравнение основных подходов к терапии рака.

При интраоперационном облучении больного, находящегося под наркозом, подвергают однократному интенсивному лучевому воздействию через открытое операционное поле. Применение такого облучения, при котором здоровые ткани просто механически отодвигаются из зоны предполагаемого облучения, позволяет повысить избирательность лучевого воздействия при местно распространенных новообразованиях.

Паллиативный курс лучевой терапии отличается от радикального: его цель — облегчение симптомов, нарушающих функцию или комфортность или дающих риск развития таковых в обозримом будущем. Режимы паллиативной терапии отличаются увеличенными ежедневными фракциями облучения (>200 сГр, чаще 250⁴⁰⁰ сГр), укороченным общим временем лечения (несколько недель) и низкой общей дозой (2000;4000 сГр).

Обычно на основании различных медицинских изображений (например, с КТ или ПЭТ) строится виртуальная модель пациента для определения геометрических и радиологических аспектов последующей радиотерапии. При этом выбирается подходящий тип излучения (фотоны, электроны, нейтроны) и энергии частиц или фотонов. Планы облучения завершаются построением гистограммы доза — объём опухоли, которая позволяет врачу оценить, насколько будут поражены радиацией требуемые зоны (опухоль) и какой есть резерв по облучению здоровых тканей.

Табл. 3. Различные виды лучевой терапии.

Большой арсенал методов лучевой терапии позволяет индивидуализировать лечение и применять тот или иной способ облучения в зависимости от общего состояния больного, локализации, глубины залегания и распространенности опухолевого процесса.