Клиническая дозиметрия при тотальном облучении тела человека

Во-первых, будет рассмотрена обычная  дозиметрия, в которой поглощенная  доза измеряется в фантоме в референсных  условиях. Во-вторых, мы рассматриваем  клиническую дозиметрию и проблемы, связанные с определением поглощенной  дозы в пациенте из фантомных измерений  и in vivo дозиметрии.

 

Обычная дозиметрия

Качество пучка

Может быть полезно определить коэффициент  качества пучка, чтобы иметь возможность  сравнения с результатами, полученными  в таких же условиях, но не для  прямой оценки дозы в ТОТ.

Коэффициент качества по определению  в большинстве протоколов – это отношение значений ионизации на глубинах 20 и 10 см глубине с постоянным исходным расстоянием до детектора.

Стандартное расстояние неудобно для  условий ТОТ, потому что в качестве пучка наблюдается очень большое изменение при расстояниях 1 и 4 метра, поэтому рекомендовано определять качество пучка в условиях ТОТ.

Коэффициент качества I предлагается определять по формуле:

I = _ײ

D₂₀ и D₁₀  - дозы, измеренные соответственно на глубине 20 и 10 см в водном фантоме, а   f  - расстояние от источника до кожи. Размер фантома должен иметь толщину по крайней мере 30 см, чтобы обеспечить достаточное обратное рассеяние на глубине 20 см.  Рис. 1 показывает значения коэффициента качества при ТОТ, опубликованные различными Европейскими центрами, как функцию номинальной энергии пучка излучения. Из рисунка видны наблюдаемые различия, полученные в разных центрах.

 

 

Рис. 1. Зависимость между коэффициентом качества и энергией. Крестики показывают коэффициент качества, опубликованный разными Европейскими центрами в условиях ТОТ. Кривая показывает данные, опубликованные British Journal of Radiology

 

Дозный профиль

Измерения дозного профиля в  точках, находящихся вне центрального луча, должны быть проведены, чтобы  определить полезную длину поля или  его диагонали.

В линейных ускорителях (ЛУЭ) используют компенсирующие фильтры. Кольцевой  фильтр, созданный для больших  полей, получаемых на обычных расстояниях, не компенсирует правильно на расстоянии четырех метров.  Может быть, необходимо создать специальные вторичные фильтры, чтобы достичь подходящей флатности на нужном расстоянии. Например, латунное кольцо, утолщенное на внешнем крае по сравнению с центром, помещается в коллиматор, чтобы улучшить однородность дозы в плоскости, перпендикулярной  оси пучка на больших расстояниях. Влияние латунного кольца на форму профиля пучка в воздухе на расстоянии 4,2 метра от мишени показано на рис. 2.

 

 

Рис. 2. Влияние латунного кольца на профиль пучка в воздухе на расстоянии 4,2 м от источника (5,6 МэВ). 1 – Доза при наличии латунного кольца, 2 – без кольца

 

Дозный профиль следует измерить, по крайней мере, на одной глубине в фантоме. Глубина измерений должна быть больше, чем глубина максимальной дозы, и предпочтительно должна быть равна 10 см, что в среднем соответствует половине толщины пациента. Полезная длина поля или диагонали пучка должна быть меньше, чем указанная лучом света (рис. 3). Это различие, определяется расстоянием между 90% и 50% изодозами, более важно для излучения кобальта, чем для линейного ускорителя.

Например, если диагональ пучка  226 см на расстоянии 4 м, то ширина 90% изодозы будет 210 см для ЛУЭ и только 150 см для кобальта.

 

Рис. 3. Используемая длина поля для диагонали пучка 226 см на расстоянии 400 см:

- 210 см (d = 8 см) для энергии 18МэВ

- 150 см (d = 38 см) для 60 Co

Измерения глубинной дозы

Глубинная доза, отношение ткань-воздух (ОТВ), отношение ткань-максимум (ОТМ) или максимальная мощность дозы в ткани должны быть измерены специально в тех геометрических условиях, которые применяются при ТОТ, потому что на больших расстояниях эти величины зависят от расстояния и отклонения в 2%-6% могут допускаться. Максимальная глубина и доза на коже сильно изменяется в геометрии, применяемой при обычном облучении и геометрией, применяемой при ТОТ.

Доза в области накопления дозы (область build-up) сильно зависит от размера поля, расстояния и рассеивающих материалов. В прямых пучках для больших расстояний источник-кожа, используемых при ТОТ, глубина положения максимальной дозы будет меньше, чем при стандартных условиях лучевой терапии (рис. 4).

Подходящим параметром является глубина, где доза равна 90% или 95% максимума дозы. С большими размерами полей и большими расстояниями доза возрастает в поверхностных слоях ткани.

 

Рис. 4. Экспериментально полученные кривые распределения дозы в области накопления дозы для излучения 18 МэВ в условиях ТОТ (А) и стандартных условиях (B). Кривая A построена для поля 200х200 см²  при расстоянии источник-поверхность 420 см. Кривая В измерена для поля 10х10 см² при расстоянии источник-поверхность 100 см

 

 

Таблица 2

Возрастание дозы на коже на входе  достигается использованием покрывала  на пациенте. Доза на входе измеряется на глубине х_о с помощью плоскопараллельной камеры и цилиндрической камеры для излучения 18 МэВ (Saturne)

Ионизационная камера	Доза (хо) Доза (хmax) без покрывала	Доза (хо) с покрывалом Доза без покрывала	Толщина покрывала
Плоскопараллельная камера	0,62 (xo = 0.08 мм)	1,165	1,5-2 мм
Цилиндрическая камера	0,60 (xo = 0.04 мм)	1,14	1,5 мм
Среднее значение	0,61	1,15	1,5 мм

 

 

Доза на поверхности

Доза на поверхности важна при  ТОТ, так как кожа – часть облучаемого объема мишени.  Когда используются какие-либо покрывала, следует оценить дозу на коже (табл. 2). С покрывалом входящая доза на коже (нормированная на максимальную дозу) возрастает на 15% для Х-лучей с энергией 18 МэВ, а водный эквивалент толщина покрывала - 1,5 мм.

При применении двух противоположных пучков с энергией 18 МэВ доза на коже равна 70% или 76% от дозы на глубине 10 см (рис. 5). В этих условиях поверхностные ткани, которые получают меньше, чем 90% номинальной дозы, представляют 4% объема всего тела.

Для излучения с энергией большей 10 МэВ может быть необходимо уменьшить влияние области накопления дозы области и подвести полную дозу на кожу, используя тканеэквивалентную пластину перед пациентом (рис. 6). Возрастание дозы на поверхности зависит от расстояния от рассеивающего экрана до поверхности. Доза на коже возрастает с уменьшением расстояния до экрана.

 

 

Рис. 5. Доза на коже по отношению к дозе на глубине 10 см различается при использовании одеяла (кривая II) и без него (кривая I). Доза на коже измерена на глубине Z при двухпольном облучении на расстоянии 4 м энергией 18 МэВ для толщины тела 20 см

 

Рис. 6. Влияние расстояния d между поверхностью фантома и тканеэквивалентной пластиной на поверхностную дозу для излучения 18 МэВ в условиях ТОТ

1 – при d=10 см

2 – без тканеэквивалентной пластины

 

Доза на выходе

Когда используются противолежащие поля, то доза на коже понимается как суммарная доза от дозы на входе и на выходе. Таким образом, доза на выходе должна быть измерена в условиях ТОТ, чтобы оценить недостаток обратно рассеянных частиц из-за конечного размера и толщины пациента и из-за обратного рассеяния от стены. В условиях ТОТ для излучения 18 МэВ изменение дозы с толщиной среды обратного рассеяния составляет около 2%. (рис. 7). В отличие от стандартных условий, когда размер поля и расстояния меньше, эта величина равна 10% для 25 МэВ и достигает 18% для ⁶⁰Co. (рис. 8)

 

Рис. 7. Зависимость отношения дозы на выходе DS_R к дозе на глубине 10 см от толщины r слоя обратного рассеяния в условиях ТОТ на расстоянии 4 м для излучения 18МэВ

 

Рис. 8. Влияние толщины слоя обратного рассеяния на дозу на выходе в стандартных условиях (размер поля меньше площади фантома)

 

Доза на выходе зависит от расстояния между пациентом и стенкой. Она  также зависит от размера пучка  и фантома.

Как показано на рис. 9, доза со слоем обратного рассеяния на расстоянии 1,03 см равна 98% или 99% дозы со слоем 15,5 см.  Это не зависит от расстояния до стены и относительных размеров пучка и фантома; это означает, что слой в 1 см достаточен в данных условиях, чтобы получить полное обратное рассеяние.

Без слоя обратного рассеяния доза на выходе зависит от расстояния между пациентом и стеной. При малом расстоянии вклад в дозу на выходе от обратного рассеяния от стены сильно зависит от взаимных размеров пучка и фантома.

 

 

Рис. 9. Изменение относительной дозы на выходе при изменении относительного размера пучка и фантома для различных значений расстояний (d_m) между пациентом и стеной. Относительная доза выражается как мощность дозы на выходе, измеренная при толщине “r” слоя обратного рассеяния к дозе, измеренной при толщине этого слоя, равного 15,5 см

 

Клиническая дозиметрия

In-vivo дозиметрия

Одно из основных требований ТОТ – это подведение известной дозы на все тело пациента с хорошей точностью.

Определение поглощенной дозы может  быть либо вычислено, либо измерено, либо проведено обоими методами. In vivo дозиметрия настоятельно рекомендована для ТОТ всеми иностранными протоколами.  Форма тела, различия плотностей тканей, движение пациентов во время облучения – все это допускает лишь приблизительные предварительные вычисления, поэтому, что необходимы прямые измерения дозы.

 

Детекторы для in vivo дозиметрии

Определение дозы, подведенной к  пациенту, должно быть безопасным, простым  и удобным. Детекторы для in vivo дозиметрии должны давать показания, независящие от энергии, дозы, мощности дозы и температуры. Но не существует идеального детектора, удовлетворяющего всем этим требованиям. Преимущества и недостатки различных методов дозиметров перечислены в табл. 3, где число минусов означает насколько данный параметр   Ионизационные камеры – это дозиметры, выбранные для фантомных измерений, но они неудобны для in vivo дозиметрии. Термолюминесцентные дозиметры наиболее надежны и независят от большинства параметров, но получение результата заведомо отложено во времени. Диоды должны быть строго откалиброваны в условиях облучения и должны периодически перепроверяться из-за их сильной зависимости от разных физических параметров, тем не менее с их помощью можно контролировать облучение. Использование одновременно двух дозиметров обеспечивает надежную in vivo дозиметрию: полупроводниковые диоды для контроля и ТЛД для точного определения подведенной дозы.

 

Таблица 3

Недостатки детекторов, используемых при in vivo дозиметрии

Детекторы	Размер		Кабели		Высокое напряжение		Время получения результата
Ионизац. камера	--		---		---		0
ППД	0		-		0		0
ТЛД	0		0		0		--
Детекторы		Зависимость отклика от:
		Доза		Мощность дозы		Энергия		Температура
Ионизац. камера		0		-		--		---
ППД		0		--		---		-
ТЛД		-		0		-		0

 

Индивидуальная калибровка в условиях ТОТ может только показать взаимосвязь между показанием дозиметра, расположенного на коже пациента и поглощенной дозы в контрольной точке на средней линии тела. Должно быть определено, повернут ли детектор к источнику, находится ли точка измерения под защитным экраном или нет, и находится ли детектор за тканями легких или в обычной ткани.

Фантом, используемый для обычных  измерений, должен иметь размеры среднего пациента для обеспечения реалистичных условий рассеяния и должен быть тканеэквивалентным. Использование материала, эквивалентного тканям легких, необходимо для определения дозы в торакальной области.

Так как показания детектора  на коже зависят от рассеяния, для  измерений in vivo необходимо соблюдать электронное равновесие. Детекторы должны быть закрыты в подходящий материал, обеспечивающий рост дозы до уровня, по крайней мере 95% от максимальной. Для больших энергий должен быть использован более плотный материал (тефлон, свинец).