В радиотерапии планирование лучевой терапии ( ПЛТ ) представляет собой процесс, в ходе которого группа специалистов, состоящая из онкологов-радиологов , радиотерапевтов , медицинских физиков и медицинских дозиметристов, планирует подходящую методику лечения с использованием внешней лучевой терапии или внутренней брахитерапии для пациента с раком .
В ранние дни радиотерапии планирование выполнялось на 2D рентгеновских снимках, часто вручную и с ручными расчетами. Компьютеризированные системы планирования лечения начали использоваться в 1970-х годах для повышения точности и скорости расчета дозы. [1]
К 1990-м годам компьютерная томография , более мощные компьютеры, улучшенные алгоритмы расчета дозы и многолепестковые коллиматоры (МЛК) привели к появлению трехмерного конформного планирования (3DCRT), которое Европейским консорциумом Dynarad было отнесено к технике уровня 2. [2] [3] В 3DCRT используются МЛК для формирования луча радиотерапии, максимально соответствующего форме целевой опухоли, что снижает дозу облучения здоровых окружающих тканей. [4]
Методы уровня 3, такие как IMRT и VMAT, используют обратное планирование для обеспечения дальнейшего улучшения распределения дозы (т. е. лучшего покрытия целевых опухолей и сохранения здоровых тканей). [5] [6] Эти методы все чаще используются, особенно для лечения рака в определенных местах, которые, как было показано, приносят наибольшую пользу. [7] [8]
Обычно медицинская визуализация используется для формирования виртуального пациента для процедуры автоматизированного проектирования. КТ часто является первичным набором изображений для планирования лечения, в то время как магнитно-резонансная томография обеспечивает превосходный вторичный набор изображений для контурирования мягких тканей. Позитронно-эмиссионная томография используется реже и зарезервирована для случаев, когда специфические исследования поглощения могут улучшить планирование целевого объема. [9] Современные системы планирования лечения предоставляют инструменты для мультимодального сопоставления изображений, также известного как совместная регистрация или слияние изображений. Моделирование лечения используется для планирования геометрических, радиологических и дозиметрических аспектов терапии с использованием моделирования переноса излучения и оптимизации . Для лучевой терапии с модулированной интенсивностью ( IMRT ) этот процесс включает выбор подходящего типа пучка (который может включать фотоны, электроны и протоны), энергии (например, 6, 18 мегаэлектронвольт (МэВ) фотонов) и физических расположений. При планировании брахитерапии включает выбор соответствующих положений катетера и времени пребывания источника [10] [11] (в брахитерапии HDR) или положений семян (в брахитерапии LDR).
Более формальный процесс оптимизации обычно называют прямым планированием и обратным планированием . [12] [13] Планы часто оцениваются с помощью гистограмм «доза-объем» , что позволяет врачу оценить равномерность дозы для пораженной ткани (опухоли) и щадить здоровые структуры.
При перспективном планировании планировщик помещает пучки в систему планирования лучевой терапии, которая может доставить достаточное количество радиации к опухоли , одновременно щадя критические органы и минимизируя дозу для здоровой ткани. Требуемые решения включают в себя, сколько пучков радиации использовать, под какими углами каждый будет доставлен, будут ли использоваться ослабляющие клинья и какая конфигурация MLC будет использоваться для формирования излучения от каждого пучка.
После того, как планировщик лечения составил начальный план, система планирования лечения рассчитывает требуемые единицы монитора для доставки предписанной дозы в определенную область и распределение дозы в организме, которое это создаст. Распределение дозы у пациента зависит от анатомии и модификаторов пучка, таких как клинья, специализированная коллимация, размеры поля, глубина опухоли и т. д. Информация из предыдущего КТ-сканирования пациента позволяет более точно моделировать поведение излучения при прохождении через ткани пациента. Доступны различные модели расчета дозы, включая карандашный луч , свертку-суперпозицию и моделирование Монте-Карло , при этом точность против времени вычисления является соответствующим компромиссом.
Этот тип планирования пригоден только для относительно простых случаев, когда опухоль имеет простую форму и не находится вблизи каких-либо критических органов.
При обратном планировании онколог-радиолог определяет критические органы и опухоль пациента, после чего планировщик дает целевые дозы и факторы важности для каждого из них. Затем запускается программа оптимизации для поиска плана лечения, который наилучшим образом соответствует всем входным критериям. [14]
В отличие от ручного процесса проб и ошибок прямого планирования, обратное планирование использует оптимизатор для решения обратной задачи , поставленной планировщиком. [15]