Радиохирургия. 
Ядерная медицина: физические и химические основы

При очень больших мощностях поглощенной дозы методы радиотерапии переходят в методы радиохирургии, которые не лечат, а уничтожают злокачественные новообразования.

В данной главе будут рассмотрены основные принципы современной радиационной хирургии, её аппаратурное оформление и особенности применения гамма-ножей в онкологии.

При высокой интенсивности ионизирующего излучения лучевая терапия переходит в режим лучевой хирургии, поскольку появляется возможность не только подавить рост опухоли, но уничтожить её саму.

Радиохирургия или стереотактическая радиохирургия — медицинская процедура, состоящая в однократном облучении высокой дозой ионизирующего излучения доброкачественных и злокачественных опухолей, артериовенозных мальформаций и др. патологических очагов с целью их уничтожения или приостановки их функционирования.

Инвазивный — имеющий отношение к проникновению внутрь (организма). Инвазивные методы исследования — методы, основанные на введении веществ внутримышечно, внутривенно или в полости организма с повреждением кожных покровов или слизистых оболочек.

Неинвазивный — метод лечения не предусматривающий вторжения во внутрь организма.

В режиме радиохирургии ионизирующее излучение высокой мощности собирается в узкий пучок и используется в качестве средства деструкции биологических тканей — опухолевых или здоровых. Важно, что излучение довольно точно фокусируется на цели в организме пациента, не затрагивая окружающие здоровые ткани.

В первую очередь радиохирургия используется для лечения заболеваний головного мозга, в силу возможности осуществления жёсткой фиксации головы, что обеспечивает высокую пространственную точность, а также позвоночника. В ряде случаев радиохирургия является альтернативой для хирургии, позволяя проводить лечение без хирургических манипуляций, таких как трепанация черепа и др. и связанных с ними рисков. С друтой стороны в большинстве случаев эффект от радиохирургии отсрочен (для доброкачественных опухолей на полгода-год, для метастазов на з месяца), вследствие чего для пациентов, с острыми симптомами в ряде случаев оказывается предпочтительней хирургия.

Одноразовое подведение высокой дозы накладывает ограничения на размер очага (з.о^з.5 см для опухолей головного мозга), так как с ростом размера очага возрастает и дозовая нагрузка на прилегающие здоровые ткани, а, следовательно, возрастает риск постлучевых осложнений. В таком случае альтернативой радиохирургии (кроме хирургии) является также радиотерапия, в которой за счёт фракционирования — подведения дозы за несколько сеансов, снижается риск подобных повреждений. При этом в отличие от радиохирургии используется не только различие в радиочувствительности облучаемого очага и прилежащих тканей, но также и различие в скорости их восстановления. С другой стороны фракционирование требует многократной укладки пациента, что значительно снижает точность радиотерапии по сравнению с радиохирургией. Кроме того, кривая зависимости доли погибших клеток от дозы за фракцию имеет максимум в предельном случае первой фракции, т. е. соответствует случаю радиохирургии, что является дополнительным плюсом радиохирургии по.

сравнению с радиотерапией.

Рис. 1. Схема действия установки гамма-нож. Строго говоря, стереотаксическая радиохирургия не является хирургической процедурой. Она обеспечивает одну высокую дозу точно ориентированного излучения. Хотя применение радиохирургии часто ограничивается периодом однодневной сессии, врачи иногда рекомендуют несколько этапов лечения, особенно при опухолях размером больше 3 см в диаметре. Когда проводится от двух до пяти фракций, эту процедуру принято считать фракционированной радиохирургией. Если проводится более пяти этапов лечения, то говорят о стереотаксической радиотерапии.

Стереотаксическая радиохирургия является важной альтернативой инвазивной хирургии, особенно при опухолях и аномалиях кровеносных сосудов, расположенных глубоко в мозге или вблизи жизненно важных его областей. Радиохирургия применяется для лечения рака и удаления многих видов опуэсолей головного мозга и глаз, позвоночника, метастаз, спинного мозга и нервов, рака простаты, доброкачественных и злокачественных опухолей, первичных или метастатических, одиночных или множественных. Иногда радиохирургия проводится после нейрохирургических операций для лечения остаточных опухолевых клеток. Радиохирургия используется для лечения клубка расширенных кровеносных сосудов, который нарушает нормальный поток крови в мозгу, а иногда кровоточит. Эти клубки являются основной причиной инсульта у молодых людей. Рис. 2. Шлем для установки гамма-нож.

После лечения доброкачественные опухоли обычно уменьшаются в течение периода от 18 месяцев до двух лет. Злокачественные опухоли и метастазы могут сократиться более быстрыми темпами, даже в течение нескольких месяцев.

К недостаткам радиохирургии относятся малые размеры патологического очага и отсроченность результата; к преимуществам — одномоментность (по сравнению с радиотерапией), снижение хирургических рисков, высокая степень комфортности. По сравнению с радиохирургией с использованием линейных ускорителей гамманож имеет несколько большую пространственную точность (лучше 0.5 мм), меньшую равномерность дозы внутри мишени (наиболее распространено облучение 50% изодозой, тогда как на линейных ускорителях используются изодозы 80−90%).

Используемые для радиохирургии установки обычно включают в себя линейные ускорители электронов. Непосредственно для борьбы с опухолями используется интенсивное тормозное электромагнитное излучение в рентгеновском или у-диапазоне. Установки для рентгеновской гаммахирургии носят названия Х-нож, гамма-нож, кибер-нож и т. п. В качестве «гамма-ножа» выступают и мощные кобальтовые пушки, источником излучения в которых является радионуклид ⁶°Со.

Гамма-нож — установка для стереотаксической радиохирургии патологий головного мозга.

В установке типа гамма-нож (Gamma Knife) размещены многочисленные источники высокосконцентрированных пучков у-лучей, направленных в зону поражения. Типичная установка располагает 201 источником ⁶°Со с начальной активностью 30 Ки (1.1 ТБк) каждый. Источники расположены в защитном кожухе по диаметру полусферы. Дозовое поле близко к сферическому. Диаметр изодозовой сферы определяется вторичным сменным коллимационным шлемом из вольфрама. Многочисленные лучи могут быть сконцентрированы в сфере радиуса 0,5 мм. Каждый отдельный луч безвреден для здоровья, а в точке их пересечения происходит уничтожение пораженного болезнью участка.

Кобальтовые источники вращаются вокруг невидимой точки фокуса в теле пациента, что позволяет снизить интенсивность излучения, проходящего через здоровые ткани, до безопасного уровня. При этом несколько пучков направляются с разных сторон на одну и ту же мишень. С каждого пучка к мишени подводится порядка го сГр. В точке пересечения пучков идет массовое повреждение раковых клеток. Прецизионный аппарат крутится вокруг этой, выбранной врачом точки в теле пациента, при этом больной не может двигаться. Применяются специальные приспособления,.

позволяющие зафиксировать положение головы больного (например, для лечения опухолей мозга) или нивелировать эффект от дыхания (для лечения рака легких) и т. д.

Рис. 3. Фиксация головы пациента в установке типа гамма-нож.

Гамма-нож идеально подходит для обработки небольших и средних размеров опухолевых поражений (размер опухоли — до 3,5 сантиметров).

В современной установке «Leksell Gamma Knife® Perfexion» несколько шлемов заменены на единственную роботизированную систему с автоматическим изменением коллиматоров в соответствии с планом лечения, что существенно сократило время лечения. На установке проводится точное локальное облучение различных труднодоступных опухолевых образований головного мозга и области голова-шея, в том числе — некурабельных (невралгия тройничного нерва, опухоли в шейном отделе позвоночника и спинного мозга). Так, невриному слухового нерва невозможно удалить обычным хирургическим путём, однако потерянный пациентом слух может восстанавливаться уже во время сеанса радиохирургии в аппарате гамма-нож. Применение «Leksell Gamma Knife» не имеет ограничений в отношении локализации патологических образований.

Стереотаксическая радиохирургия с применением установки «гамма-нож» является эффективным и достаточно безопасным методом лечения пациентов с различными видами рака, позволяющим достигать хороших результатов, с сохранением на высоком уровне качества жизни больных при низкой вероятности развития осложнений. Имеется возможность проведения лечения целого ряда заболеваний амбулаторно, без анестезиологического, реанимационного и реабилитационного сопровождения, что.

обусловливает экономическую эффективность радиохирургии.

Рис. 4. Установка для лучевой хирургии.

В начале лечения на голове пациента под местной анестезией специальными шипами фиксируется стереотаксическая рама. Далее проводится диагностические исследования (компьютерная томография и др.), с использованием локалайзеров, надеваемых на стереотаксическую раму, и обеспечивающих привязку томографических координат к координатам рамы. На основе полученных изображений, с помощью компьютера разрабатывается план лечения, который передаётся на пульт управления установкой. Планирование осуществляется путём выбора числа изоцентров, их положения, веса, утла наклона головы, исключаемых направлений пучков. При этом учитывается расположение и форма опухоли, прилежащих здоровых тканей, критических органов, а также общая дозовая нагрузка на голову пациента. Пациент укладывается на лечебный стол, его голова фиксируется в системе позиционирования, таким образом, чтобы выбранная мишень совпадала с изоцентром аппарата. Проводится проверка положения изоцентров и их достижимости, после чего персонал покидает помещение, лечебный стол задвигается внутрь аппарата, где и происходит облучение. В процессе облучения с пациентом поддерживается двусторонняя аудиои односторонняя видеосвязь. Сам процесс лечения абсолютно безболезненный. Время процедуры составляет от ю минут до нескольких часов, в зависимости от типа патологии, числа опухолей, их.

размера и расположения. После окончания облучения, рама снимается с головы пациента, после чего пациент может покинуть лечебное заведение.

Рис. 5. Схема функционирования системы икс-нож.

Помимо изотопных источников в радиохирургии нашли применение линейные ускорители электронов, генерирующие интенсивное электромагнитное в рентгеновском энергетическом диапазоне. Медицинским линейным ускорителем выполняют радиохирургию на больших опухолях в течение одной сессии или в ходе нескольких сессий, которые называются фракционированной стереотаксической радиотерапией. Представителями таковых являются установки «Икс-нож» {XKnife), «Кибер-нож» {Су her Knife) и Novalis Тх™ (Новалис).

Икс-нож (X-Knife) — медицинский линейный ускоритель, оснащенный дополнительным оборудованием, включающим в себя коллимационные устройства, стереотаксические рамки, стереотаксические локалайзеры и специальное программное обеспечение для планирования процедуры радиохирургии и управления работой ускорителя. Благодаря простоте настройки и использованию линейных ускорителей, X-Knife получил большое распространение.

Система XKnife — технологический стандарт для радиохирурги и ю Она превращает медицинский линейный ускоритель в гибкий, мощный и универсальный комплекс, применение которого увеличивает продолжительность и качество жизни онкологических больных.

Система XKnife представляет собой набор стереотаксических инструментов, коллимационные устройства, лазерные позиционеры, модуль фиксации малого таза пациента, устройства слежения за дыханием пациента и управляющее программное обеспечение с модулем дозиметрии. Указанные элементы системы устанавливаются на любой линейный ускоритель без дополнительных доработок и модификаций. Функциональные достоинства метода очевидны: чисто (без радиоактивного загрязнения), эффективно (легко удаляются множественные неоперабельные опухолевые.

метастазы), бескровно (лечение проводится в 40% случаев амбулаторно).

Рис. 6. Установка кибер-нож: 1 — трубка для ренгеновской КТ, 2−6 МэВ линейный ускоритель, з — коллиматор, 4 — гентри, 5 — кремниевый детектор рентгеновского излучения, 6 — ложе для пациета.

Кибер-нож (CyberKnife) — автоматизированная система стереотаксической радиохирургии, состоящая из трёх основных компонентов: l) Лёгкий линейный ускоритель (IANAC) — генератор у-лучей с энергией 6 МэВ; 2) Робот с подвижной «рукой», способный манипулировать закреплённым на ней линейным ускорителем под самыми разными углами; з) Несколько рентгеновских камер (устройства слежения и обработки изображений), которые объединены с программным обеспечением для отслеживания позиций пациента и опухоли. Рентгеновские камеры в процессе лечения периодически получают изображения пациента и используют эту информацию для нацеливания пучка излучения, испускаемого линейным ускорителем.

Робот играет важную роль в нацеливании ускорителя. Когда во время лечения пациент перемещается, рентгеновские камеры обнаруживают и фиксируют изменение в его позиции, то робот подстраивает и направляет линейный ускоритель ещё до вывода пучка излучения. Этот процесс обеспечивает точное направление излучения во время лечения злокачественных и доброкачественных опухолей.

При радиохирургии лёгкого система способна отслеживать мягкие ткани организма. Она позволяет получать чёткие изображения раковой опухоли или метастаз и использовать их для точной ориентации пучка излучения, что позволяет оптимизировать дозы, получаемые опухолью и здоровой тканью. Эта технология обеспечивает неинвазивное лечение онкологических больных; позволяет отслеживать движения опухоли с непрерывным контролем по изображению на протяжении всего лечения; устраняет инвазивные операции и уменьшает время лечения; динамически отслеживает цели облучения, которые движутся вместе с дыханием; обеспечивает минимальное облучение здоровых тканей и критически важных структур; позволяет пациенту' нормально дышать во время лечения.

Опираясь на систему высокоточного рентгеновского^{-изображения,} установка Кибер-нож сопоставляет движения опухоли с дыхательными движениями, динамично направляя линейный ускоритель для доставки (непрерывно в течение всего дыхательного цикла) пучков излу'- чения точно в движущуюся опухоль. Система синхронизации позволяет.

врачам-онкологам лечить сложные движущиеся опухоли с точностью ориентации, необходимой для радиохирургии.

Рис. 7. Кибер-нож.

Линейный ускоритель Новалис

(Novalis) — система, позволяющая проведение радиохирургических операций без необходимости фиксации жёсткой рамы на голове. Данный способ связан с гораздо меньшими неудобствами и значительно легче переносится пациентом.

Медицинский линейный ускоритель Новалис (Novalis) предназначен для радиохирургии позвоночника, которая требует большого опыта и сложного оборудования, поскольку' «мишень» расположена очень близко к спинному мозгу', крайне чувствительному к повреждающему воздействию облучения. В системе Новалис сформированные лучи позволяют реализовать различные методы лечения, в том числе интенсивно-модулированную радиохирургию (ИМРХ). Здесь высокие дозы направлены на поражённые ткани, а спинной мозг остаётся защищёнными от радиации. Новалис оснащён роботизированным столом, способным менять положение в шести.

плоскостях при помощи сложной системы детекторов инфракрасного излучения и интеллектуального стереометрического контроля.

Рис. 8. Линейный ускоритель «Новалис».

Система позволяет проводить и другие виды радиохирургического лечения, в том числе на печени, лёгких и простате.

Процессу лечения системой Кибер-нож могут быть подвергнуты опухоли головного мозга и глаз; опухоли спинного мозга и позвоночника; метастазы экстракраниальных опухолей мозга и поражения внутренних органов и др.

Важное применение установки типа гамма-нож нашли в лечении рака простаты. Методы лечения рака предстательной железы включают конформную лучевую терапию, интенсивно модулированную радиотерапию с высоким разрешением и контролем по изображению (IMRT), а также брахитерапию рака простаты. Кибер-нож лечит рак простаты без разрезов с помощью облучения радиацией. Отличием от обычной наружной лучевой терапии в том, что Кибер-нож характеризуется точной направленностью пучков радиации в области опухоли. Локализация простаты во время сеанса терапии может меняться, что связано с движением петель кишечника, давлением газов и мочевого пузыря. Кибер-нож способен контролировать локализацию простаты прямо во время сеанса облучения. Это позволяет пациенту лежать спокойно и избежать дискомфорта длительной фиксации, а кроме того, снижает риск облучения окружающих здоровых тканей. В результате, весь ку^рс лечения занимает от одного до пяти дней.

Лечение рака простаты системой радиохирургии Кибер-нож даёт мужчине возможность сохранить важную функцию мужского организма — потенцию и сексуальную активность, т.к. лечение и удаление опухоли рака простаты неинвазивное и является хорошей заменой хирургической операции по лечению рака предстательной железы или вообще её полному удалению.

Другим примером является использование радиохирургии для борьбы с аденомой гипофиза мозга, которая располагается среди тканей головного мозга, чем и затрудняется её лечение. Ещё одним примером является лечение невриномы слухового нерва. Операция является бескровной и амбулаторной, а по времени занимает от одной до пяти лечебных фракций. Кибер-нож и аналогичные системы применяются и для лечения рака печени, поджелудочной железы, почки, лёгкого, шеи и головы. Методами радиохирургии удаляют метастазы в позвоночнике.