11. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПУЧКОВ ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ

11.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Этот раздел посвящен практическим рекомендациям по стандартной дозиметрии (калибровке пучков) и рекомендациям по относительной

дозиметрии пучков тяжелых ионов. Они базируются на калибровочных коэффициентах ионизационных камер в единицах поглощенной дозы в воде. Ввиду отсутствия первичных эталонов для тяжелых ионов, калибровка осуществляется на гамма-излучении 60Со. Рекомендации распространяются на пучки тяжелых ионов с атомными номерами от 2 (Не) до 18 (Ar), которые имеют пробеги в воде от 2 г/см2 до 30 г/см2. Для пучков ионов углерода это соответствует диапазону энергий от 100 до 450 МэВ на нуклон.

Также как и для протонных пучков (см. разд. 10), распределение дозы по глубине пучка моноэнергетических ионов в воде, показанное на рис.16, имеет узкий пик Брэгга в области, где первичные частицы останавливаются.

РИС. 16. Глубинное дозное распределение в воде от моноэнергетического пучка ионов углерода с энергией 290 МэВ на нуклон.

166

Для клинического использования пучков тяжелых ионов создается модифицированный пик Брэгга (SOBP) таким образом, чтобы включить полностью объем мишени в SOBP. В противоположность большинству радиационных терапевтических пучков (исключая нейтроны) биологическое действие пучков тяжелых ионов сильно зависит от их энергии. Поэтому в клинических применениях обычно используется понятие биологической эффективной дозы [119, 120] вместо физической дозы (поглощенной дозы в воде). Разницу между двумя видами распределений

можно видеть на рис. 17a и 17b, где отсутствие равномерности распределения физических доз в области SOBP очевидно. Как хорошо известно, биологическая эффективная доза определяется произведением физической поглощенной дозы на относительную биологическую эффективность (ОБЭ) пучка для рассматриваемой ткани. В случае тяжелых частиц ОБЭ меняется с глубиной и с дозой, поглощенной в ткани. Использование биологической эффективной дозы делает возможным сравнение результатов, получаемых традиционной лучевой терапией с результатами терапии с помощью тяжелых ионов. В настоящих практических рекомендациях, однако, дозиметрия тяжелых ионов ограничивается определением физической дозы с использованием эталонов поглощенной дозы в воде с помощью ионизационных камер откалиброванных в единицах поглощенной дозы в воде, ND,w,Qo. Причиной этому является использование одинакового формализма и процедур для всех радиотерапевтических пучков, используемых в мире и достижения сопоставимости в дозиметрии. Надежность общей структуры дозиметрии в лучевой терапии будет способствовать сравнению поглощенных доз, полученных пациентами в разных центрах, уменьшая степени свободы сравнения результатов лечения. Биологические исследования могут быть проведены на базе унификации дозиметрических процедур.

Пучки тяжелых ионов имеют отличительные физические характеристики в плане дозиметрии по сравнению с другими радиационными терапевтическими пучками [122]. В случае протонов высоких энергий падающие частицы взаимодействуют с ядрами мишенями и создают протоны малых энергий или тяжелые ионы. Если тяжелые ионы проходят через устройства замедления пучка или ткань человека, они создают ядерные фрагменты из исходных ядер и ядер мишеней. Ядра,созданные при фрагментации, имеют примерно такую же скорость, как падающий тяжелый ион, и такие ядра достигают более глубоких областей, по сравнению теми где останавливаются падающие частицы. При этом

присутствует много видов атомных ядер с различными энергетическими распределениями. Фрагментация падающих ядер и ядер мишеней, влияя на дозиметрию тяжелых ионов, оказывает также существенное влияние на

167

глубина воды (см)

Depth in water (mm)

глубина воды (см)

Depth in water (mm)

РИС. 17. (a) Распределение биологической дозы от терапевтических пучков углерода с энергиями 290 МэВ на нуклон. SOBP сформированы в области от 20 до 120 мм, чтобы получить однородный биологический эффект в пике. (b) Распределение физической дозы в пучке, показанном на рис. 17a.

168

биологический эффект пучков тяжелых ионов. По сравнению с глубинным распределением дозы в протонном пучке (см. рис.14.), на рис. 16 видно наличие дозы за пиком Брэгга, которая является следствием фрагментации падающих частиц.

До настоящего времени дозиметрические рекомендации по этому поводу существуют только в документе ААРМ TG-20 1984 года [113]. Отсутствие новых методических рекомендаций мотивировало последние сличения доз на пучке ионов углерода, в которых использовались разные

приближения [123, 124]. Таким образом, существует необходимость в новых рекомендациях, которые должны обеспечить всеобщую согласованность дозиметрических методик для тяжелых ионов с методиками для других радиотерапевтических пучков. Поглощенная доза в пучках тяжелых ионов может быть измерена, используя ионизационную камеру или калориметр. Могут быть использованы также методы измерения флюенса для определения поглощенной дозы в моноэнергетических пучках [113]. В настоящих методических рекомендациях, однако, обсуждается только метод ионизационных измерений.

Для точного определения поглощенной дозы в пучках тяжелых ионов с помощью ионизационной камеры желательно знать энергетический спектр падающего пучка тяжелых ионов, фрагменты падающих ионов, а также фрагменты ядер мишеней. Имеется очень мало теоретических и экспериментальных данных о спектральном распределении пучков тяжелых ионов [125, 127]. Поэтому в настоящих практических рекомендациях будут использоваться приближенные значения для физических параметров, необходимых для дозиметрии пучков тяжелых ионов с помощью ионизационных камер.

11.2. ДОЗИМЕТРИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

11.2.1. Ионизационные камеры

Следует использовать рекомендации относительно ионизационных камер, изложенные в разделе 4.2.1. В клинических пучках тяжелых ионов рекомендуется использовать цилиндрические и плоскопараллельные ионизационные камеры, как основные инструменты. Однако, суммарная стандартная неопределенность определения Dw,Q для плоскопараллельных камер будет несколько больше за счет большей неопределенности

значения pwall для них в пучке опорного качества 60Со (см. табл. 35 и дискуссию в прил. II ). По этой причине применение цилиндрических

ионизационных камер является предпочтительным. Однако, их применение

169

ограничено для пучков ионов, имеющих ширину SOBP ≥ 2,0 г/см2. Цилиндрические камеры с графитовыми стенками являются более предпочтительными, чем камеры со стенками из пластмассы, т.к. они дольше сохраняют стабильность и меньше отличаются друг от друга (см. разд. 4.2.1. и рис. 2). Опорная точка у этих камер выбирается на их центральной оси в центре полости. В случае пучков тяжелых ионов должна использоваться эффективная точка измерений камеры, Рeff, т.к. распределение дозы по глубине SOBP не постоянно, и наклон зависит от ширины SOBP [123].

Опорная точка камеры должна быть помещена на расстояние 0,75 rcyl глубже, чем интересующая точка в фантоме, где rcyl внутренний радиус камеры.

Плоскопараллельные камеры могут быть использованы для стандартной дозиметрии во всех пучках тяжелых ионов, но для которых SOBP имеет ширину, не превышающую 2,0 г/см2. Для этих камер опорная точка выбирается на внутренней поверхности входного окна в его центре. Эта точка совмещается с интересующей точкой фантома. Диаметр полости плоскопараллельной камеры или длина полости цилиндрической ионизационной камеры не должны быть больше примерно половины размера опорного поля.

Для относительной дозиметрии рекомендуются только плоскопараллельные ионизационные камеры. Типы камер, данные о которых приведены в настоящих методических рекомендациях, перечислены в табл. 34 разд. 11.

11.2.2. Фантомы и насадки для камер

Необходимо следовать рекомендациям относительно фантомов и насадок на камеры, изложенных в разделах 4.2.3. и 4.2.4. Вода рекомендуется в качестве стандартной среды для измерения поглощенной дозы пучков тяжелых ионов. Фантом должен превышать размер используемого поля со всех четырех сторон как минимум на 5 см при измерениях дозы по глубине, и по крайней мере на 5 г/см2 за максимальной измеряемой глубиной.

При горизонтальных пучках окно фантома должно быть сделано из пластика толщиной twin толщиной от 0,2 до 0,5 см. При определении глубины, на которую помещается камера, следует принять во внимание водоэквивалентную толщину окна фантома (в г/см2). Толщина рассчитывается как произведение twin pl , где ρpl плотность пластика (в г/см3). Должна быть сделана попытка получить информацию о плотности пластика. Для

обычно используемого пластика ПММА и чистого полистирола при расчетах водоэквивалентности окна могут использоваться значения ρПММА = 1,19 г/см3 и ρполист = 1,06 г/см3 [64].

170