7. Нейтронна терапія
В даний час ведуться фундаментальні та прикладні дослідження біологічної дії нейтронів різних енергій з метою отримання нових знань про природу біологічної дії нейтронів, підвищення ефективності нейтронної терапії, уточнення норм радіаційної безпеки. У числі біологічних об'єктів - мікроорганізми (клітини бактерій і дріжджів з різним репараційним генотипом), клітини ссавців і людини, лабораторні тварини (миші, щури, кролики, собаки, поросята). Досліджувані тест-ефекти - утворення генних і структурних мутацій, протипухлинна ефективність на модельних пухлинах, вплив радіомодифікуючих факторів, відносна біологічна ефективність на клітинному та організмовому рівнях, репарація пошкоджень ДНК, генетичний контроль радіочутливості, адаптивна відповідь, ефекти потужності дози нейтронів різних випромінювань. Встановлено, що різне поєднання гама та нейтронний компонент призводить до суттєвої зміни ефекту впливу на пухлини та нормальні тканини.
На імпульсному реакторі БАРС-6 (ГНЦ Україна ФЕІ) проводяться дослідження особливостей біологічної дії імпульсних радіаційних впливів (нейтронного, змішаного гамма-нейтронного, гамма) у діапазоні потужностей доз від 10 -2 Гр/с до 10 7 Гр/с). Накопичено досвід дистанційної нейтронної терапії пухлин на реакторі БР-10. Отримано обґрунтування терапевтичного застосування реакторних нейтронів. Починається клінічний етап нейтрон-захоплювальної терапії в Україні.
8. Радіаційні дози в променевій терапії
8.1 Експозиційна та поглинена доза іонізуючого випромінювання.
У практиці клінічних умов вводиться поняття вхідної експозиційної дози, під якою розуміють дозу випромінювань,виміряну в повітрі на певній відстані між джерелом випромінювання та поверхнею тіла. Вона може бути перерахована на поглинену дозу, тобто. в енергію, поглинуту деяким обсягом біологічної тканини. Особливий клінічний інтерес представляють оцінки локальної дози, тобто. дози в деякій точці біологічного об'єкта, що досліджується. Поглинена доза приповерхневого шару тіла, а виміряна на певній відстані від поверхні – глибинна.
Розмір поверхневої дози визначається як вхідний дозою, а й розсіяним випромінюванням, що виникає у тканинах. Величина поверхневої дози залежить від природи випромінювань, їх енергії та об'єму ділянки тіла, що опромінюється. Об'єм ділянки, що опромінюється визначається величиною поля опромінення і товщиною даної ділянки тіла.
Для визначення ефективної дози в тій чи іншій ділянці тіла важливо знати дані про просторову, об'ємну та інтегральну дози, тобто про сумарну величину енергії, поглиненої в певному обсязі тіла. Терапевтична ефективність випромінювань визначається насамперед осередковою дозою, тобто. ефективною дозою у патологічному осередку. Якщо її зіставити з дозою в опроміненому обсязі тіла, можна отримати величину відносної вогнищевої просторової дози.
Розподіл дози з глибиною для фотонного (наприклад, рентгенівського) і корпускулярного (наприклад, протонів) є суттєво різним (хоча б тому, що для протонів можна ввести поняття максимального пробігу, а для фотонного випромінювання не можна). При русі від поверхні вглиб тіла, доза від рентгенівського випромінювання падає, і під відносною глибинною дозою розуміють відношення глибинної дози до поверхневої, а доза від корпускулярного випромінювання, навпаки, зростає (до глибин, близьких до пробігу, потім падає), підвідносною глибинною дозою розуміють відношення глибинної дози до максимальної. Зіставлення цих двох величин відносних доз цілком можливо, оскільки у разі застосування рентгенових променів поверхнева доза майже збігається з максимальною.
8.2 Розподіл дози при дії випромінювань високої енергії
Особливості дії випромінювань високої енергії у тканинах визначаються специфічним розподілом по глибині тіла поглиненої дози від конкретного виду випромінювань. За винятком нейтронів, всі інші види корпускулярних випромінювань (протони, дейтрони та ін) мають такі особливості розподілу дози: відносна доза збільшується з глибинної; зростанням енергії випромінювання поверхнева доза зменшується, а об'ємна доза збільшується.
Для променевої терапії має значення факт зростання дози в міру занурення вглиб тіла. Справа в тому, що в цьому випадку патологічне вогнище, що знаходиться на великій глибині, може отримати велику дозу випромінювань без одночасного збільшення поверхневої дози. У той час при дії рентгенових променів максимум дози лежить близько до поверхні тіла і різко падає, у тканинах, що підлягають при застосуванні випромінюванні високої енергії, максимум дози пересувається в глибину тканин; при цьому відзначається значно менша втрата величини дози із глибиною.
Наприклад, у разі впливу випромінювань високої енергії та швидких електронів (порівняно з впливом рівних доз звичайних рентгенових променів 200 кв.) у тканині на глибині 8 см відзначається надзвичайно вигідний для променевої терапії розподіл доз. Зокрема, при використанні сучасних установок для телегаматерапії досягається значне збільшення глибинних доз та зменшення несприятливої дії випромінювань на шкіру. Застосування випромінювань високої енергіїПорівняно з телегаматерапією дає ще вигідніший розподіл глибинних доз. Корпускулярні випромінювання високої енергії особливо придатні для лікування глибоко розташованих пухлин, так як у глибоких шарах тканин при впливі цього виду випромінювань створюється надзвичайно висока відносна глибинна доза. На противагу цьому швидкі електрони з енергією від 10 до 20 Мев у зв'язку з особливостями розподілу дози застосовуються для променевої терапії при поверхневій локалізації пухлин. Швидке падіння дози в глибині тіла, яке спостерігається при впливі електронів, позитивно позначається на відносній просторовій дозі в осередку і призводить лише до дуже незначного опромінення здорових тканин, що підлягають.
При впливі випромінювань високої енергії внаслідок незначної ефективної поверхневої дози на вхідному полі немає необхідності обмежувати опромінення, щоб щадити шкіру, як це доводиться робити у разі застосування звичайних рентгенових променів: при впливі випромінювань дуже високої енергії шкіра на вхідному полі не переоблучається. Це явище при опроміненні електронами спостерігається при діапазоні енергій від 3 до 20 МеВ. Причиною щадіння шкіри на вхідному полі є збільшення довжини пробігу іонізуючих частинок при зростанні їхньої енергії. Наприклад, якщо вторинні електрони з відносно малою енергією 200 кев внаслідок свого невеликого пробігу впливають практично в тих ділянках, де відбувається первинне поглинання квантів, то вторинні електрони високої енергії мають велику довжину пробігу. Такі вторинні електрони високої енергії викликають іонізацію не дома первинного поглинання випромінювань, а вздовж всієї траєкторії, причому щільність іонізації особливо велика наприкінці траєкторії. В зв'язку з тим щоелектрони рухаються головним чином прямолінійно вздовж пучка випромінювань, місце дії випромінювань переміщається в більш глибокі шари тканин, відповідно до довжини пробігу, що визначається величиною енергії електронів.
Така особливість дії випромінювання високої енергії, звана ефектом лавини або перехідним ефектом, призводить до переміщення максимуму дози в глиб тканин і тому величина дози від поверхні в глиб тканини не падає, а підвищується. Так, наприклад, максимум дози у випромінювань від радіоактивного кобальту в тканинах, еквівалентних за густиною воді, знаходиться приблизно на глибині 3 - 5 мм, а для випромінювань та електронів з енергією 15 Мев - на глибині близько 30 мм. Розмір і характеру зростання дози у своїй залежить від природи випромінювань, розміру поля й відстані джерело - шкіра.
Поряд із значенням величини осередкової, глибинної та поверхневої доз, що визначають опромінення шкіри, при проведенні променевої терапії особливий інтерес представляє доза випромінювання, поглиненого всім тілом, тобто об'ємна або інтегральна доза, та зіставлення її з величиною осередкової дози. Значення інтегральних доз окремих видів випромінювань і просторове розподіл глибинних доз можна оцінити з урахуванням розподілу інтенсивності випромінювань по изодозам. При зіставленні значень інтегральних доз різних видів випромінювань виявляється, що звичайна рентгенотерапія непридатна для лікування глибоко розташованих пухлин, так як зі збільшенням глибини розташування пухлини інтегральна доза різко зростає і, отже, здорові тканини у своїй піддаються інтенсивному опроміненню. Для лікування пухлин, розташованих як поверхнево, так і на великій глибині з огляду на невеликі інтегральні дози, з успіхом можна застосовувати дистанційну гамматерапію. На противагу цьомуp align="justify"> рентгенівські випромінювання високих енергій особливо придатні для лікування глибоко розташованих пухлин, так як при такому лікуванні інтегральна доза відносно низька, поверхнева доза на вхідному полі дуже мала, зберігається вузький робочий пучок випромінювання і не спостерігається істотного розсіювання випромінювань. У кістковій тканині за певних рівнів енергій немає підвищеного поглинання випромінюванні.
Зовсім інша картина спостерігається під впливом електронів. При проведенні глибокої променевої терапії за допомогою електронів інтегральна доза дуже швидко зростає, що особливо помітно у порівнянні з впливом гальмівного випромінювання такої енергії. Це зростання інтегральної дози пов'язане з тим, що при застосуванні електронів з енергією до 30 МеВ, необхідних для здійснення глибокої променевої терапії, доза позаду осередку знижується недостатньо круто. До того ж внаслідок розсіювання випромінювань відбувається «паразитичне» опромінення здорових тканин, розташованих навколо поля опромінення. Воно відносно більше під час використання малих полів.
З точки зору величини інтегральної дози, променева терапія швидкими електронами доцільна при поверхнево розташованих пухлинах. За мінімальними значеннями інтегральних доз, електронне випромінювання має переваги в порівнянні з рентгеновими променями при розташуванні пухлини на глибині не більше 6 см під поверхнею шкіри, а оптимальна енергія електронів становить не більше 20 Мев. Надзвичайно низька інтегральна доза при опроміненні електронами невеликої енергії поверхнево розташованих пухлин обумовлена різко обмеженою глибиною проникнення електронів з такою енергією. Тому паразитичного опромінення здорових тканин, розташованих за осередком, практично не спостерігається.