Лучевая терапия

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Методы лучевой терапии

Основным принципом лучевой терапии является создание достаточной дозы в области опухоли для полного подавления ее роста при одновременном щажении окружающих тканей.

В основу классификации методов лучевой терапии положено деление их по виду ионизирующего излучения (гамма-терапия, рентгенотерапия, электронная терапия). Целесообразно рассматривать методы лучевой терапии не только в зависимости от вида ионизирующего излучения, но и от способа его подведения к патологическому очагу.

1.1 Классификация методов лучевой терапии

Дистанционные методы облучения - это такие методы лучевой терапии при которых источник находится на расстоянии от облучаемой поверхности.

Дистанционная гамма-терапия

Статическая: открытыми полями, через решетку, через свинцовый клиновидный фильтр, через свинцовые экранирующие блоки.

Подвижная: ротационная, маятниковая (секторная), тангенциальная или эксцентричная, ротационн-конвергентная, ротационная с управляемой скоростью.

Терапия тормозным излучением высокой энергии

Статическая: открытыми полями, через решетку, через свинцовый клиновидный фильтр, через свинцовые экранирующие блоки.

Подвижная: ротационная, маятниковая, тангенциальная, ротационная с управляемой скоростью.

Терапия быстрыми электронами

Статическая: открытыми полями, через свинцовую решетку, клиновидный фильтр, экранирующие блоки.

Подвижная: ротационная, маятниковая, тангенциальная.

Рентгенотерапия

Статическая: открытыми полями, через свинцовую решетку.

одвижная: ротационная, маятниковая, тангенциальная.

Контактные методы - это такие методы лучевой терапии, когда источник излучения во время лечения находится в непосредственной близости от опухоли или в ее ткани.

внутриполостной;

внутритканевый;

радиохирургический;

аппликационный;

близкофокусная рентгенотерапия;

метод избирательного накопления изотопов;

Сочетанные методы лучевой терапии - сочетание одного из методов дистанционного или контактного облучения.

Комбинированные методы лечения злокачественных опухолей

лучевая терапия и хирургическое лечение;

лучевая терапия и химиотерапия.

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.

2. Ускорители и изотопные установки в лучевой терапии

Используемые в практике лучевой терапии сверхвысоковольтные и изотопные установки, начиная с 1945 г. претерпели коренные изменения. Вскоре после 1951 г., когда впервые появились установки с источником Со60, они начали применяться во многих лечебных центрах. Конструкция этих установок непрерывно совершенствовалась, и в настоящее время создано много различных типов изотопных установок, которые в значительной мере могут заменить используемую ранее терапевтическую аппаратуру.

Много сведений из области ядерной физики дали эксперименты по бомбардировке ядер атомов частицами большой энергии. Известно, что средняя энергия связи на частицу в ядре равна примерно 8 Мэв. Силы, связывающие протоны с протонами, нейтроны с нейтронами и протоны с нейтронами, ''упакованными'' в ядрах, очень велики и в настоящее время еще не достаточно изучены. Имеются данные, указывающие на то, что ядерные силы отчасти сходны с обменными силами водородной связи, где один электрон взаимодействует с двумя положительными зарядами. Аналогичным образом силы связи между частицами внутри ядер могут быть обусловлены взаимодействием мезона с двумя частицами. До последнего времени источником мезонов являлись только космические лучи, поэтому изучение мезонов связано с большими экспериментальными трудностями. Успехи в изучении ядерных сил позволили создать установки, генерирующие интенсивные пучки мезонов; в настоящее время получена возможность ускорять частицы до энергий более 30000 Мэв. Эти установки чрезвычайно дороги в строительстве и эксплуатации; некоторые из них, созданные вначале для решения задач ядерной физики, стали ценными в лучевой терапии.

2.1 Сравнительная характеристика ускорителей и изотопных установок

Таблица 1.: Установки для получения излучений и частиц большой энергии, применяющиеся в лучевой терапии.

Изотопные установки также включены в таблицу 1. В этих установках источником излучения является радиоактивный изотоп, испускающий проникающие -лучи.

3. Линейный ускоритель

лучевой терапия генерирование клетка

В ускорителях для получения пучка частиц с энергиями, превышающими несколько Мэв, используют принцип многократного ускорения.

3.1 Принцип генерирования излучений высоких энергий

Реальный прогресс в ускорении частиц наступил с применением высокочастотных генераторов, которые позволили осуществлять ускорение частиц переменным электрическим током. Принцип работы подобного ускорителя изображен на рис.1

Рис.1 Схема линейного ускорителя.

В хорошо откачанной ускорительной камере последовательно вдоль ее оси располагаются цилиндрические полые электроды. Нечетные электроды (1, 3, 5 и т.д.) соединены с одним полюсом высокочастотного генератора, четные электроды - с другим. Размеры электродов, зазоры между ними и частота высокочастотного генератора подобраны таким образом, что частицы на любом участке между соседними электродами оказываются в ускоряющем электрическом поле. Например, частица, получив ускорение на участке между электродами 1 и 2, пройдя электрод 2, попадет на участок, на котором к этому времени также действует ускоряющее поле в направление электрода 3. Для того чтобы частицы во всех зазорах оказывались в режиме ускорения, они должны двигаться в такт с изменением электрического поля. Поэтому при постоянном напряжении и частоте высокочастотного генератора длины следующих друг за другом цилиндрических электродов (т.е. участков на которых ускорение не происходит) относятся как квадратные корни последовательного ряда чисел. Требование к последовательному увеличению длины цилиндрических электродов связано с сохранением синфазного ускорения частиц по мере увеличения их кинетической энергии. Кинетическая энергия частицы с зарядом Z , прошедшей разность потенциалов U , равна

где v-скорость частицы.

При этом чем меньше масса частицы, тем длиннее должна быть ускорительная камера и больше частота высокочастотного генератора. Линейные укорители нашли практическое применение в медицине после того, как были разработаны достаточно мощные генераторы сантиметрового диапазона ( магнетроны и клистроны ).

3.2 Устройство линейного ускорителя

Линейные ускорители можно использовать для ускорения заряженных частиц всех видов. Особые трудности до сих пор возникали при ускорении электронов, так как для этого требовалась очень длинная ускорительная камера и релятивистский прирост массы сказывается уже при относительно малых энергиях. Поэтому в современных линейных ускорителях отказались от конструкций с цилиндрическими электродами и перешли к резонансным ускорителям с бегущей волной. При достаточно высокой частоте генератора, а следовательно, малой длине волны (5r, где r-внутренний диаметр ускорительной камеры ) в ускорительной камере возбуждается высокочастотное электрическое поле с бегущей волной. Вектор электрического поля направлен параллельно оси камеры, а магнитные силовые линии образуют концентрические окружности. Для уменьшения фазовой скорости бегущей волны ускорительная камера разделяется дисками с концентрическими отверстиями. Пространство между двумя соседними дисками представляет собой объемный резонатор. Таким образом, фазовая скорость снижается в зависимости от емкости и индуктивности резонаторов. Фазовая скорость бегущей волны везде должна быть равной скорости электронов, которые все время должны находиться вблизи бегущей волны и двигаться в такт с ней.

В ускорителях электронов, во избежания рассеяния частиц, в процессе работы должен поддерживаться высокий вакуум. Хотя конструкция электронов уже обеспечивает фокусировку пучка, в большинстве современных ускорителей устанавливают дополнительные фокусирующие устройства типа электромагнитных линз, используемых в электронной оптике. В большинстве электронных ускорителей, предназначенных для медицинских целей, генерирование тормозного рентгеновского излучение осуществляется путем торможения потока ускоренных частиц о мишень из платины или другого тяжелого материала. Пучок ускоренных электронов можно вывести из ускорительной камеры через тонкое окно. Для лучевой терапии можно уже сегодня изготавливать линейные ускорители с энергией десятки Мэв сравнительно небольших размеров. Линейные ускорители генерируют поток частиц высокой плотности и поэтому позволяют получить значительные мощности дозы. Линейные ускорители в отличие от генератора Ван-де-Граафа генерируют импульсное излучение с большой скажностью, так как современные высокочастотные генераторы, питающие ускоритель, могут работать только в импульсном режиме.

В настоящее время для лучевой терапии используются линейные ускорители на энергии 4,6,8,15,и 45 Мэв.

Наибольшее распространение получил линейный ускоритель на 4 Мэв. Благодаря применению принципа бегущей волны ускоритель может быть создан столь небольшим , что головка для излучения может быть выполнена подвижной и для возможности ротационного облучения.

Установки на 8 и 15 Мэв имеют такую большую длину ускорительных камер, что они уже не могут выполняться подвижными.

В конце пути ускорения электронный пучок с помощью магнитной оптики отклоняется на 90* и потом сбрасывается на мишень. Благодаря этому получается конический пучок рентгеновского излучения , который проходит перпендикулярно вниз . Магнитное отклонение теперь можно повернуть на угол 120 * по отношению к оси камеры ускорителя , так что пучок рентгеновского излучения может быть наклонен от 15* к вертикали до 15* к горизонтали . Для ограничения поля служит вставная диафрагма из вольфрамового сплава толщиной 8 см , которая обеспечивает установку прямоугольного поля облучения ступенями в пределах от 4 4 см до 20 20см.

В этом ускорители также предусмотрена возможность облучения качающимся полем путем комбинации вращения пучка рентгеновского излучения вокруг горизонтальной оси с одновременным горизонтальным и вертикальным перемещением стола , на котором располагается пациент.

В Станфордском университете был сконструирован линейный ускоритель с энергией электронов 20-45 Мэв, который также предназначался для медицинской электронной терапии. Аппарат был введен в действие Uhlmann с сотрудниками в 1954 г. Чикаго.

Аппарат предусматривал возможность облучения качающимся полем . По отношению к горизонтально расположенной камере ускорителя пучок электронов с помощью магнитной оптики сначала поворачивался на угол 45*вверх ,а потом на угол 135* вниз ,так что обеспечивалось вертикальное направление центрального пучка излучения. Одновременно со вторым отклонением достигалась дефокусировка электронного пучка, необходимая для облучения полей большого размера. Благодаря этому возможно облучение качающимся полем, во время которого общая магнитная отклоняющая система вращается вокруг оси камеры ускорителя. Этот ускоритель предусматривает облучение только электронами и находится в стадии испытаний.

4. Функциональные и морфологические изменения в клетках, возникающие в результате воздействия излучений

Первичные физические и химические процессы, развивающиеся в дифференцированных биологических структурах при облучении, в основном сходны с действием излучений на неживое вещество. В настоящее время лишь в немногих случаях удается понять сущность действия излучений во всех его деталях. В еще большей мере это положение относится к тем последующим процессам, которые вызывают переход первичных лучевых проявлений в видимые биологические эффекты. Поэтому радиобиологи неизбежно вынуждены довольствоваться во многих случаях лишь описанием качественной и количественной стороны этих процессов.

Живые существа на воздействие излучений реагируют различно, причем развитие лучевых реакций во многом зависит от дозы излучений. Поэтому целесообразно различать: 1) воздействие малых доз, примерно до 10 рад; 2) воздействие средних доз, обычно применяемых с терапевтическими целями, которые граничат 'своим верхним пределом с воздействием высоких доз. При воздействии излучении различают реакции, возникающие немедленно, ранние реакции, а также поздние (отдаленные) проявления. Конечный результат облучения часто во многом зависит от мощности дозы, различных условий облучения и особенно от природы излучений. Это относится также к области применения излучений в клинической практике с лечебными целями. На основе изучения радиобиологических реакций простейших организмов можно более глубоко понять все те сложные взаимоотношения, которые возникают в организме человека в результате облучения. Особый интерес в этом отношении представляют лучевые реакции, развивающиеся в одноклеточных организмах. Однако следует иметь в виду, что при изучении одноклеточных организмов исключаются те сложные взаимоотношения, которые обусловлены нервной регуляцией между отдельными органами и системами.

Для количественной оценки действия разных видов излучений практическое значение имеет понятие об относительной биологической эффективности (ОБЭ). Одно из определений ОБЭ, которое более целесообразно применять в этом разделе, заключается в следующем: под относительной биологической эффективностью одного вида излучений к другому понимают соотношение величины дозы второго вида излучений к первому, которые необходимы для получения одинакового биологического действия.

Согласно другому определению, под ОБЭ понимают соотношение радиационных эффектов (измеренных в определенных единицах), которые возникают в организме в результате воздействия одинаковых доз излучений первого и второго вида.

В результате облучения могут наблюдаться следующие основные виды клеточных реакций: угнетение деления, разные типы хромосомных аберраций и различные летальные эффекты.

Угнетение клеточного деления относится к функциональным неспецифическим клеточным нарушениям, носит временный, обратимый характер и может наблюдаться как у одноклеточных организмов, так и у клеток, составляющих ткани высших организмов. Как правило, угнетение клеточного деления является результатом воздействия малых доз излучения. При воздействии больших доз клеточное деление полностью прекращается и приводит к бесплодию.

В результате облучения очень большого количества однотипных клеток установлено, что при воздействии разных видов излучений длительность обратимого угнетения клеточного деления и процент клеток, у которых деление полностью прекратилось, возрастают по мере увеличения дозы излучения. С увеличением дозы излучений все большее число клеток теряет способность к размножению или по крайней мере у них временно прекращается процесс деления. Одним из показателей нарушения этой способности клеток к размножению как у одноклеточных, так и у клеток тканей высших организмов является возникновение гигантских форм клеток.

Функции обмена веществ у клеток всей популяции, которые полностью стали стерильными, вначале могут быть в значительной степени сохранены. Такие клетки во многих отношениях еще не отличаются от необлученных. Например, облученные бактериофаги фагоцитируют бактерий, как и обычно; следовательно, бактериофаги в таких случаях могут служить еще нормальным хозяином. Лишь при очень высоких дозах облучения, порядка 10^5--10^6 рад, в результате внезапно наступающих тяжелых нарушений обмена наступает быстрая гибель как одноклеточных организмов, так и клеток высших организмов.

Некоторые радиационно-биохимические изменения появляются уже после воздействия относительно малых доз, другие изменения наступают лишь в результате воздействия средних или высоких доз излучений. Среди нарушений обмена веществ, возникающих при воздействии ионизирующих излучений, на первое место следует поставить нарушение самого радиочувствительного субстрата--нуклеиновых кислот. Лучевые поражения в виде угнетения синтеза нуклеиновых кислот нельзя рассматривать как непосредственную причину угнетения клеточного деления или разрыва хромосом, которые могут привести к их грубым морфологическим нарушениям, определяемым при митозах после облучения. Нарушения других видов обмена, например углеводного, дают право говорить об его очень низкой радио чувствительности. Изменения углеводного обмена после облучения, в частности угнетение анаэробного гликолиза, становятся заметными, как правило, лишь после воздействия в дозах порядка 5000--20000 р.; нарушение клеточного дыхания обычно наблюдается в результате воздействия еще больших доз--от 20000 до 100000 р.

Цитостатический эффект облучения относится к функциональным лучевым реакциям; он зависит от природы излучений, следовательно, от линейной потери энергии (ЛПЭ). В прямой зависимости от величины ЛПЭ находится изменение относительной биологической эффективности. Эти соотношения, очевидно, можно связать с «эффектом насыщения», который наблюдается при радиохимических реакциях. При прямом действии обычных рентгеновых лучей, а в определенных случаях и при косвенном, отмечается аналогичное уменьшение выхода некоторых радиохимических реакций по сравнению с воздействием таких видов ионизирующих излучений, как нейтроны, или а-частицы, характеризующиеся высокой плотностью ионизации.

В противоположность этому при воздействии излучения с очень низкой величиной ЛПЭ (у-излучение, быстрые электроны) нередко проявляется другой феномен: появляется зависимость относительной биологической эффективности от величины дозы излучения. Это имеет место также при действии одной частицы, проходящей через радиочувствительные структуры, при сравнении с эффектом многих частиц, производящих меньшую плотность ионизации («аккумуляция попаданий»). Таким образом, при определенных значениях ЛПЭ обнаруживается менее выраженная зависимость максимума цитостатического эффекта от величины дозы излучений (Gray и др.).

При воздействии малых доз излучении наблюдается угнетение клеточного деления. При больших дозах клетки окончательно теряют способность к размножению. Временное угнетение митозов и полная стерильность не могут быть обусловлены единым механизмом, несмотря на то, что оба эти явления на первый взгляд могут показаться вполне родственными.

Величины ОБЭ могут резко отличаться даже по отношению к одним и тем же биологическим объектам, если биологическую эффективность рассматривать по отношению к различным лучевым реакциям. Относительная биологическая эффективность меняется от объекта к объекту и в некоторых случаях, например при воздействии на определенные виды клеток в культурах тканей, при малой ЛПЭ существенно зависит от мощности дозы.

От качества излучений, кроме функциональных изменений, зависят также определенные виды лучевых хромосомных аберраций. В клеточных популяциях с митотическим делением клеток после облучения сначала отмечается кратковременное увеличение частоты митозов, а затем падение до определенной минимальной величины. Alberti и Politzer назвали такое явление «первичным эффектом излучений». Вслед за этим число делящихся клеток снова увеличивается при условии, что величина дозы излучений была не очень велика и не все клетки потеряли способность к размножению. Минимальное число митозов и время их появления зависят от величины дозы излучений. В случае облучения, раковых клеток, когда применяются обычные для лучевой терапии дозы, минимальное число митозов большей частью наблюдается через несколько часов Затем следует медленное повышение их числа, что определяется как «вторичный эффект излучений» .

Для первичного и вторичного эффекта излучений характерны определенные типы хромосомных изменений. При первичном эффекте в клетках, еще сохраняющих митотическую активность, обнаруживаются преимущественно следующие типы хромосомных изменений: пикноз ядра, псевдоамитозы и склеивание хромосом, а также агглютинация хроматина.

В противоположность этому при вторичном эффекте наблюдаются главным образом структурные изменения хромосом. Хромосомные аберрации вторичного эффекта морфологически проявляются в клетках преимущественно в виде образования фрагментов и хромосомных мостиков.

Механизм хромосомных изменений при первичном и вторичном эффекте различен. Хромосомные изменения, типичные для первичного эффекта, возникают главным образом в тех клетках, которые во время облучения имели митотическую активность и находились в стадии метафаза. У определенного числа этих клеток наблюдаются митозы, частота которых снижается в результате облучения. У других митотически делящихся клеток, достигших или прошедших стадию метафазы, митозы продолжаются, но в более замедленном темпе.

Список литературы

1. Х. Джонс Физика радиологии - М.: Атомиздат, 1965.-348 с.

2. Лучевая терапия с помощью излучений высокой энергии / под ред. И. Беккера, Г. Шуберта. - М.: Медицина, 1964. - 624 с.

3. И.А. Переслегин, Ю.Х. Саркисян Клиническая радиология - М.: Медицина, 1973. - 456 с.

Приложение А

Схематическое изображение лучевой трубки.

X - рентгеновские лучи, K - катод, А - анод, С - теплоотвод, Uh - напряжение накала катода, Ua - ускоряющее напряжение, Win - впуск водяного охлаждения, Wout - выпуск водяного охлаждения.

Приложение Б