Адекватное моделирование топометрических параметров входных полей облучения опухолей головного мозга

ОПЫТ РАБОТЫ ОНКОЛОГИЧЕСКИХ УЧРЕЖДЕНИЙ

АДЕКВАТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТОПОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВХОДНЫХ ПОЛЕЙ ОБЛУЧЕНИЯ ОПУХОЛЕЙ ГОЛОВНОГО МОЗГА

О.Н. Чернова, Н.В. Ваганов, А.В. Важенин

Челябинский областной онкологический диспансер

Методика предлучевой топометрии новообразований головного мозга путем выполнения геометрических расчетов параметров облучения по компьютерным томограммам широко известна. Укладку головы пациента производят с учетом определенных линий и плоскостей, которые используют также и при вынесении кожных проекций изоцентра и границ облучаемой зоны.

Нами разработан и применяется способ предлучевой топометрии новообразований головы [1], который обеспечивает комфортное положение для пациента, воспроизводимость укладки, точность аппаратных расчетов геометрических параметров облучения, но предполагает ручное вынесение кожных проекций изоцентра зоны облучения. К сожалению, последнее обстоятельство с учетом неправильношаровидной формы головы и сложного рельефа ее поверхности приводит к неточному проецированию полей облучения на кожу головы пациента.

Существует технология разметки полей облучения на рентгеновском симуляторе с учетом данных диагностического компьютерно-томографического исследования [2, 3]. Установленная в аппарате система лазерных и оптических центраторов позволяет определять световые проекции зоны облучения на кожу больного. Но основным и существенным недостатком данной технологии является невозможность прямой рентгеновской визуализации подавляющего большинства новообразований головного мозга, за исключением, пожалуй, только опухолей гипофиза по их косвенным признакам. Причиной этого является отсутствие их естественной рентгеноконтрастнос-ти. Поэтому поиск изоцентра и границ зоны облучения на симуляторе при рентгеноскопии происходит,

по сути, «вслепую». При этом единственным ориентиром для поиска, причем весьма приблизительным, могут служить данные представленных диагностических компьютерных томограмм.

Таким образом, при топометрии опухолей головного мозга с помощью описанных технологий обнажается существенная проблема точности моделирования полей облучения и определенные противоречия аппаратного обеспечения. С одной стороны, это точная, высокоинформативная визуализация облучаемой мишени на компьютерных томограммах, сопровождающаяся, однако, затруднениями при определении параметров наружных (входных) полей, с другой стороны, большие возможности симулятора в проецировании последних, но сочетание их с отсутствием прямой рентгеновской визуализации самой опухоли.

В связи с этим дальнейшей задачей в обеспечении предлучевой топометрии опухолей головного мозга явился поиск путей решения указанной проблемы.

Сущность этого решения заключается в последовательном выполнении двух этапов топометрической подготовки в единой трехмерной системе координат. На первом этапе выполняют расчет установленных геометрических параметров облучения в строго определенной трехмерной системе координат по серии компьютерных томограмм головного мозга. Второй этап осуществляют на рентгеновском симуляторе с учетом топометрических данных компьютерной томографии, полученных на первом этапе. При этом определение проекций зоны облучения на кожу головы пациента производят с помощью навигационной системы рабочего стола симулятора, а также его систем лазерных и световых центраторов.

О.Н. ЧЕРНОВА, Н.В. ВАГАНОВ, А.В. ВАЖЕНИН

Данную технологию предлучевой топометрии новообразований головного мозга подробно характеризуют следующие моменты: предварительно по световому центратору компьютерного томографа на коже головы пациента устанавливают три рентгеноконтрастные метки таким образом, чтобы они располагались на одной световой вертикальной линии. Кожные проекции меток маркируют. Эти точки считают

реперными. Далее осуществляют компьютерно-томографическое сканирование головного мозга таким образом, чтобы один из сканов проходил через все три рентгеноконтрастные метки. По серии томограмм рассчитывают геометрические параметры облучения -размеры зоны облучения в трех взаимоперпендику-лярных плоскостях и ее пространственное положение в следующей системе координат (рис. 1):

А.

Ось 2

Б.

Ось

Реперные точки

Облучаемая

мишень

Рис. 1. Система координат для пространственного определения облучаемой мишени по компьютерным томограммам: А — начальная плоскость отсчета проходит через три реперные точки; Б — аксиальный срез, лежащий в начальной плоскости отсчета,

также проходит через три реперные точки.

- ось абсцисс X находится в плоскости скана, проходящего через рентгеноконтрастные метки;

- ось ординат У лежит в плоскости срединной сагиттальной плоскости головы;

- ось Ъ лежит в плоскости, перпендикулярной обеим предыдущим плоскостям и проходит через изоцентр передне-заднего размера зоны облучения.

Таким образом, координаты по оси X указывают пространственное положение границ и изоцентра зоны облучения в поперечном направлении головы (по ширине), координаты по оси У - положение границ и изоцентра в кранио-каудальном направлении (по высоте), координаты по оси Ъ - положение границ и изоцентра зоны облучения в передне-заднем направлении (по длине).

Для выполнения второго этапа пациента укладывают на рабочий стол симулятора точно в такое же положение, как на первом этапе, контролируя правильность укладки боковыми лазерными центраторами: все три маркированные кожные метки должны

быть на одной прямой, следовательно, лежать в одной плоскости. Ею является та же самая плоскость, которая была использована для укладки пациента, сканирования и расчетов на первом этапе.

Далее по монитору устанавливают положение рабочего стола симулятора и определяют пространственное положение изоцентра зоны облучения, используя данные, полученные на первом этапе (рис. 2):

- продольно смещают стол на расстояние, выраженное координатой изоцентра зоны облучения по оси У;

- латерально смещают стол на расстояние, выраженное координатой изоцентра зоны облучения по оси X;

- по высоте смещают стол на расстояние, выраженное координатой изоцентра зоны облучения по оси Ъ.

Затем с помощью светового центратора симулятора находят кожную проекцию изоцентра зоны облучения: световая проекция его перекрестия на кожу пациента будет совпадать с наружной проекцией изоцентра зоны облучения. Найденную таким образом

Адекватное моделирование топометрических параметров входных полей облучения опухолей

головного мозга

о

Ось Z

Ось У

Рис. 2. Система координат для моделирования входных полей облучения на кожу пациента с помощью навигационной системы симулятора

наружную проекцию маркируют. Одновременно при необходимости аналогичным образом находят кожную проекцию границ облучаемой зоны.

Предлучевая топометрия новообразований головы данным способом была выполнена на полом фантоме шарообразной формы, имитирующем голову человека. Внутрь фантома устанавливали шарообразной формы фантом меньшего диаметра, имитирующий опухоль. Его положение при каждом из 8 экспериментальных исследований изменяли, имитируя различные локализации опухоли. Выполняли последовательно два этапа предлу-чевой топометрии. Найденные таким образом проекции изоцентра и границ зоны облучения на поверхности фантома частично выкладывали тонкими рентгеноконтрастными маркерами и вновь выполняли контрольную компьютерную томографию. Во всех случаях получали совпадение найденных на симуляторе границ и изоцентра зоны облучения с рассчитанными по компьютерным томограммам.

Таким образом, применение предлагаемой технологии моделирования топометрических параметров клинического облучения головного мозга обеспечивает максимально точное наружное проецирование полей облучения головного мозга. Положительными эффектами способа являются исключение ошибок «ручного» поиска кожных проекций полей облучения новообразований головного мозга за счет практически полностью автоматизированных этапов аппаратной топометрии, выполняемых в строго опре-

деленной последовательности и в единой трехмерной системе координат. Кроме того, отсутствует дополнительное воздействие рентгеновского излучения на втором этапе, так как применяется лишь навигационная система рабочего стола симулятора. Данный технологический процесс комбинированного использования аппаратов открывает новые технические возможности в плане предлучевой клинической топометрии, позволяя осуществлять ее на высоком уровне качества.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент на изобретение 2228139 МКИ А 61 В 6/00 Способ предлучевой топометрии образований головы / А.В. Важенин, Н.В. Ваганов, О.Н. Чернова, Ю.В. Круглова, В.Н. Караманова (Россия) // Бюл.: Изобретения. Полезные модели. 2004. № 13.

2. Лучевая терапия злокачественных опухолей: Руководство для врачей / Под ред. Е.С. Киселевой. М.: Медицина, 1996. С. 52-54.

3. Лучевая терапия в лечении рака: практическое руководство ВОЗ / Пер. О.И. Щербенко. М.: Медицина, 2000. 256 с.

Поступила 29.06.05