7. Неутронна терапия
В момента се провеждат фундаментални и приложни изследвания на биологичното действие на неутрони с различни енергии, за да се получат нови знания за природата на биологичното действие на неутроните, да се повиши ефективността на неутронната терапия и да се изяснят стандартите за радиационна безопасност. Сред използваните биологични обекти са микроорганизми (бактерии и дрождеви клетки с различни възстановителни генотипове), клетки на бозайници и хора, лабораторни животни (мишки, плъхове, зайци, кучета, прасенца). Изследваните тестови ефекти са образуването на генни и структурни мутации, антитуморна ефикасност върху моделни тумори, влияние на радиомодифициращи фактори, относителна биологична ефикасност на клетъчно и организмово ниво, възстановяване на увреждане на ДНК, генетичен контрол на радиочувствителността, адаптивен отговор, ефекти на мощността на дозата на ниски дози неутрони и комбинирани ефекти на различни лъчения. Установено е, че различната комбинация от гама и неутронни компоненти води до значителна промяна в ефекта върху тумори и нормални тъкани.
В импулсния реактор БАРС-6 (ИФЕ ДСК България) се провеждат изследвания на биологичните ефекти от импулсни радиационни въздействия (неутронни, смесени гама-неутронни, гама) в диапазон на мощност на дозата от 10 -2 Gy/s до 10 7 Gy/s). Натрупан е опит в дистанционната неутронна терапия на тумори в реактор БР-10. Получена е обосновката за терапевтичното използване на реакторни неутрони. В България започва клиничната фаза на неутронно улавящата терапия.
8. Радиационни дози при лъчетерапия
8.1 Експозиция и погълната доза на йонизиращо лъчение.
В практиката на клиничните условия се въвежда понятието входна експозиционна доза, която се разбира като доза радиация,измерено във въздуха на определено разстояние между източника на радиация и повърхността на тялото. Може да се преобразува в погълната доза, т.е. в енергия, погълната от определен обем биологична тъкан. От особен клиничен интерес са местните оценки на дозата, т.е. дози в дадена точка от изследвания биологичен обект. Абсорбирана доза от приповърхностния слой на тялото, а измерена на известно разстояние от повърхността - дълбока.
Големината на повърхностната доза се определя не само от входящата доза, но и от разсеяната радиация, която възниква в тъканите. Големината на повърхностната доза зависи от естеството на радиацията, тяхната енергия и обема на облъчената област на тялото. Обемът на облъчената зона се определя от големината на полето на облъчване и дебелината на тази област на тялото.
За да се определи ефективната доза в определена част от тялото, е важно да се знаят данните за пространствената, обемната и интегралната дози, т.е. за общото количество енергия, погълната в определен обем на тялото. Терапевтичната ефикасност на радиацията се определя преди всичко от фокалната доза, т.е. ефективна доза в патологичния фокус. Ако се сравни с дозата в облъчения обем на тялото, тогава е възможно да се получи стойността на относителната фокална пространствена доза.
Разпределението на дозата с дълбочина за фотон (например рентгеново) и корпускулярно (например протони) е значително различно (макар само защото понятието максимален обхват може да бъде въведено за протони, но не и за фотонно лъчение). Когато се движите от повърхността дълбоко в тялото, дозата от рентгеново лъчение пада, а относителната дълбочинна доза се разбира като съотношението на дълбоката доза към повърхностната доза, а дозата от корпускулярното лъчение, напротив, се увеличава (до дълбочини, близки до пробега, след това пада), подотносителна дълбочинна доза разбира съотношението на дълбоката доза към максималната. Сравнението на тези две стойности на относителните дози е напълно възможно, тъй като в случай на рентгенови лъчи повърхностната доза почти съвпада с максималната.
8.2 Разпределение на дозата за експозиция на радиация с висока енергия
Характеристиките на действието на високоенергийното лъчение в тъканите се определят от специфичното разпределение на погълнатата доза от определен вид лъчение в дълбочината на тялото. С изключение на неутроните, всички останали видове корпускулярно излъчване (протони, дейтрони и др.) имат следните характеристики на разпределението на дозата: относителната доза нараства с дълбочина; С увеличаването на радиационната енергия повърхностната доза намалява, докато обемната се увеличава.
За лъчетерапията е от голямо значение фактът, че дозата нараства с навлизането в тялото. Факт е, че в този случай патологичният фокус, разположен на голяма дълбочина, може да получи голяма доза радиация без едновременно увеличаване на повърхностната доза. По това време, когато се излага на рентгенови лъчи, максималната доза се намира близо до повърхността на тялото и рязко спада; в подлежащите тъкани, когато се прилага високоенергийно лъчение, максималната доза се премества в дълбините на тъканите; в същото време има значително по-малка загуба на стойността на дозата с дълбочина.
Например, при излагане на високоенергийно лъчение и бързи електрони (в сравнение с излагане на равни дози конвенционални рентгенови лъчи от 200 квадратни метра), в тъканта на дълбочина 8 см се наблюдава изключително благоприятно за лъчева терапия разпределение на дозата. По-специално, когато се използват съвременни инсталации за телегаматерапия, се постига значително увеличаване на дълбоките дози и намаляване на неблагоприятните ефекти на радиацията върху кожата. Използването на високоенергийно лъчение споредв сравнение с телегаматерапията дава още по-благоприятно разпределение на дълбоките дози. Високоенергийното корпускулярно лъчение е особено подходящо за лечение на дълбоко разположени тумори, тъй като при излагане на този вид лъчение в дълбоките слоеве на тъканите се създава изключително висока относителна дълбочинна доза. За разлика от тях, бързи електрони с енергия от 10 до 20 MeV, поради особеностите на разпределението на дозата, се използват за лъчева терапия с повърхностна локализация на тумори. Бързият спад на дозата в дълбочина на тялото, който се наблюдава при излагане на електрони, има положителен ефект върху относителната пространствена доза във фокуса и води до много леко облъчване на подлежащите здрави тъкани.
При излагане на високоенергийно лъчение, поради малката ефективна повърхностна доза във входното поле, няма нужда да се ограничава експозицията, за да се щади кожата, както е необходимо в случая на конвенционалните рентгенови лъчи: когато е изложена на много високоенергийно лъчение, кожата във входното поле не се преекспонира. Същото явление се наблюдава при облъчване с електрони в енергиен диапазон от 3 до 20 MeV. Причината за щадене на кожата на входното поле е увеличаването на дължината на пътя на йонизиращите частици с увеличаване на тяхната енергия. Например, ако вторичните електрони със сравнително ниска енергия от 200 keV, поради късия си обхват, засягат практически в тези области, където се извършва първичното поглъщане на кванти, тогава високоенергийните вторични електрони имат голям обхват. Такива вторични високоенергийни електрони причиняват йонизация не на мястото на първично поглъщане на радиация, а по цялата траектория, като плътността на йонизация е особено висока в края на траекторията. Порадиелектроните се движат главно праволинейно по протежение на радиационния лъч, мястото на излагане на радиация се премества в по-дълбоките слоеве на тъканите, съответстващи на дължината на пътя, определена от големината на електронната енергия.
Тази особеност на високоенергийното лъчение, наречена лавинен ефект или преходен ефект, води до изместване на максималната доза в дълбините на тъканите и следователно дозата от повърхността към дълбините на тъканта не пада, а се увеличава. Така например максималната доза за радиация от радиоактивен кобалт в тъкани, еквивалентни по плътност на вода, е приблизително на дълбочина 3 - 5 mm, а за радиация и електрони с енергия 15 MeV - на дълбочина около 30 mm. Големината и естеството на увеличението на дозата в този случай зависи от естеството на радиацията, размера на полето и разстоянието между източника и кожата.
Наред със стойността на фокалните, дълбоките и повърхностните дози, които определят облъчването на кожата, по време на лъчева терапия от особен интерес е дозата на радиация, погълната от цялото тяло, т.е. обемната или интегралната доза и нейното сравнение с големината на фокалната доза. Стойностите на интегралните дози за отделните видове радиация и пространственото разпределение на дълбоките дози могат да бъдат оценени, като се вземе предвид разпределението на интензитета на радиация по изодози. При сравняване на стойностите на интегралните дози на различните видове радиация се оказва, че конвенционалната рентгенова терапия е неподходяща за лечение на дълбоко разположени тумори, тъй като с увеличаване на дълбочината на тумора интегралната доза рязко се увеличава и следователно здравите тъкани са изложени на интензивно облъчване. За лечение на тумори, разположени както повърхностно, така и на голяма дълбочина, като се вземат предвид малки интегрални дози, може успешно да се използва дистанционна гама терапия. За разлика от товаВисокоенергийните рентгенови лъчи са особено подходящи за лечение на дълбоко разположени тумори, тъй като при такова лечение интегралната доза е относително ниска, повърхностната доза на входното поле е много малка, поддържа се тесен работен лъч на радиация и не се наблюдава значително разсейване на радиацията. В костната тъкан при определени енергийни нива няма повишено поглъщане на радиация.
Съвсем различна картина се наблюдава при излагане на електрони. При провеждане на дълбока лъчева терапия с помощта на електрони, интегралната доза се увеличава много бързо, което е особено забележимо в сравнение с ефекта на спирачното лъчение на същата енергия. Това увеличение на интегралната доза се дължи на факта, че при използване на електрони с енергия до 30 MeV, необходими за провеждане на дълбоко лъчелечение, дозата зад фокуса не намалява достатъчно рязко. Освен това, в резултат на разсейване на радиацията, възниква "паразитно" облъчване на здрави тъкани, разположени около полето на облъчване. Той е относително по-голям, когато се използват малки полета.
От гледна точка на стойността на интегралната доза, лъчетерапията с бързи електрони е подходяща при повърхностно разположени тумори. По отношение на минималните стойности на интегралните дози, електронното лъчение има предимства пред рентгеновите лъчи, когато туморът е разположен на дълбочина не повече от 6 cm под повърхността на кожата, а оптималната електронна енергия е не повече от 20 MeV. Изключително ниската интегрална доза при облъчване с електрони с ниска енергия на повърхностно разположени тумори се дължи на рязко ограничената дълбочина на проникване на електрони с такава енергия. Поради това практически не се наблюдава паразитно облъчване на здрави тъкани, разположени зад фокуса.