Лучевая терапия или радиотерапия ( RT , RTx или XRT ) — это лечение с использованием ионизирующего излучения , обычно предоставляемое как часть терапии рака для уничтожения или контроля роста злокачественных клеток . Обычно оно осуществляется с помощью линейного ускорителя частиц . Лучевая терапия может быть излечивающей при ряде типов рака, если они локализованы в одной области тела и не распространились на другие части . Она также может использоваться как часть адъювантной терапии , чтобы предотвратить рецидив опухоли после операции по удалению первичной злокачественной опухоли (например, ранние стадии рака молочной железы). Лучевая терапия является синергической с химиотерапией и использовалась до, во время и после химиотерапии при восприимчивых видах рака. Субспециализация онкологии, связанная с радиотерапией, называется радиационной онкологией. Врач, практикующий в этой субспециализации, является радиационным онкологом .
Лучевая терапия обычно применяется к раковым опухолям из-за ее способности контролировать рост клеток. Ионизирующее излучение действует, повреждая ДНК раковой ткани, что приводит к клеточной смерти . Чтобы пощадить нормальные ткани (например, кожу или органы, через которые должно пройти излучение для лечения опухоли), сформированные пучки излучения направляются с нескольких углов воздействия, чтобы пересечься с опухолью, обеспечивая там гораздо большую поглощенную дозу, чем в окружающей здоровой ткани. Помимо самой опухоли, поля излучения могут также включать дренирующие лимфатические узлы, если они клинически или радиологически связаны с опухолью, или если предполагается риск субклинического злокачественного распространения. Необходимо включить край нормальной ткани вокруг опухоли, чтобы учесть неопределенности в ежедневной настройке и внутреннем движении опухоли. Эти неопределенности могут быть вызваны внутренним движением (например, дыханием и наполнением мочевого пузыря) и движением внешних кожных отметин относительно положения опухоли.
Радиационная онкология — это медицинская специальность, занимающаяся назначением радиации, и отличается от радиологии , использования радиации в медицинской визуализации и диагностике . Радиация может быть назначена онкологом-радиологом с целью излечения или для адъювантной терапии. Она также может использоваться в качестве паллиативного лечения (когда излечение невозможно и целью является местный контроль заболевания или облегчение симптомов) или в качестве терапевтического лечения (когда терапия имеет преимущество в выживании и может быть лечебной). [1] Также распространено сочетание лучевой терапии с хирургией , химиотерапией, гормональной терапией , иммунотерапией или некоторой смесью этих четырех. Наиболее распространенные типы рака можно лечить с помощью лучевой терапии в некотором роде.
Точная цель лечения (лечебное, адъювантное, неоадъювантное терапевтическое или паллиативное) будет зависеть от типа опухоли, ее расположения и стадии , а также от общего состояния здоровья пациента. Тотальное облучение тела (ТОТ) — это метод лучевой терапии, используемый для подготовки организма к трансплантации костного мозга . Брахитерапия , при которой радиоактивный источник помещается внутрь или рядом с областью, требующей лечения, — это еще одна форма лучевой терапии, которая сводит к минимуму воздействие на здоровые ткани во время процедур по лечению рака молочной железы, простаты и других органов. Лучевая терапия имеет несколько применений при незлокачественных заболеваниях, таких как лечение невралгии тройничного нерва , неврином слухового нерва , тяжелой тиреоидной офтальмопатии , птеригиума , пигментированного ворсинчатого синовита и профилактика роста келоидных рубцов, сосудистого рестеноза и гетеротопической оссификации . [1] [2] [3] [4] Использование лучевой терапии при незлокачественных заболеваниях частично ограничивается опасениями по поводу риска возникновения рака, вызванного радиацией.
По оценкам, половина из 1,2 млн случаев инвазивного рака в США, диагностированных в 2022 году, получили лучевую терапию в рамках своей программы лечения. [5] Различные виды рака реагируют на лучевую терапию по-разному. [6] [7] [8]
Реакция рака на облучение описывается его радиочувствительностью. Высоко радиочувствительные раковые клетки быстро погибают от умеренных доз облучения. К ним относятся лейкемии , большинство лимфом и опухоли зародышевых клеток . Большинство эпителиальных раков лишь умеренно радиочувствительны и требуют значительно более высокой дозы облучения (60–70 Гр) для достижения радикального излечения. Некоторые типы рака особенно радиорезистентны, то есть для радикального излечения требуются гораздо более высокие дозы, чем могут быть безопасны в клинической практике. Почечно-клеточный рак и меланома, как правило, считаются радиорезистентными, но лучевая терапия по-прежнему является паллиативным вариантом для многих пациентов с метастатической меланомой. Сочетание лучевой терапии с иммунотерапией является активной областью исследований и показало некоторые перспективы для меланомы и других видов рака. [9]
Важно различать радиочувствительность конкретной опухоли, которая в некоторой степени является лабораторной мерой, от «излечимости» рака от радиации в реальной клинической практике. Например, лейкемии, как правило, не излечиваются с помощью лучевой терапии, поскольку они распространяются по всему телу. Лимфома может быть радикально излечима, если она локализована в одной области тела. Аналогично, многие из распространенных, умеренно радиочувствительных опухолей обычно лечатся лечебными дозами лучевой терапии, если они находятся на ранней стадии. Например, немеланомный рак кожи , рак головы и шеи , рак молочной железы , немелкоклеточный рак легких , рак шейки матки , анальный рак и рак простаты . За исключением олигометастатического заболевания, метастатические раки неизлечимы с помощью лучевой терапии, поскольку невозможно лечить все тело. [ требуется ссылка ]
Современная лучевая терапия опирается на КТ для определения опухоли и окружающих нормальных структур, а также для выполнения расчетов дозы для создания сложного плана лучевой терапии. Пациент получает небольшие отметки на коже, чтобы направлять размещение полей лечения. [10] Позиционирование пациента имеет решающее значение на этом этапе, поскольку пациент должен будет находиться в одинаковом положении во время каждого лечения. Для этой цели были разработаны многие устройства позиционирования пациента, включая маски и подушки, которые можно формировать для пациента. Лучевая терапия с визуальным контролем — это метод, который использует визуализацию для исправления позиционных ошибок каждого сеанса лечения. [ необходима цитата ]
Реакция опухоли на лучевую терапию также связана с ее размером. Из-за сложной радиобиологии очень большие опухоли меньше подвержены воздействию радиации по сравнению с более мелкими опухолями или микроскопическими заболеваниями. Для преодоления этого эффекта используются различные стратегии. Наиболее распространенным методом является хирургическая резекция перед лучевой терапией. Это чаще всего наблюдается при лечении рака молочной железы с широким локальным иссечением или мастэктомией с последующей адъювантной лучевой терапией . Другой метод заключается в уменьшении опухоли с помощью неоадъювантной химиотерапии перед радикальной лучевой терапией. Третий метод заключается в повышении радиочувствительности рака путем назначения определенных препаратов во время курса лучевой терапии. Примерами радиосенсибилизирующих препаратов являются цисплатин , ниморазол и цетуксимаб . [11]
Влияние радиотерапии различается в зависимости от типа рака и группы пациентов. [12] Например, при раке груди после органосохраняющей операции радиотерапия снижает вдвое частоту рецидивов заболевания. [13] При раке поджелудочной железы радиотерапия увеличивает продолжительность жизни при неоперабельных опухолях. [14]
Лучевая терапия (ЛТ) сама по себе безболезненна. Многие низкодозные паллиативные методы лечения (например, лучевая терапия костных метастазов ) вызывают минимальные или нулевые побочные эффекты, хотя кратковременное обострение боли может наблюдаться в течение нескольких дней после лечения из-за отека, сдавливающего нервы в зоне лечения. Более высокие дозы могут вызывать различные побочные эффекты во время лечения (острые побочные эффекты), в течение месяцев или лет после лечения (долгосрочные побочные эффекты) или после повторного лечения (кумулятивные побочные эффекты). Характер, тяжесть и длительность побочных эффектов зависят от органов, которые получают облучение, самого лечения (тип облучения, доза, фракционирование , сопутствующая химиотерапия) и пациента. Серьезные осложнения облучения могут возникнуть в 5% случаев ЛТ. Острые (почти немедленные) или подострые (через 2–3 месяца после ЛТ) побочные эффекты облучения могут развиться после дозы ЛТ 50 Гр. Позднее или отсроченное лучевое поражение (от 6 месяцев до десятилетий) может развиться после 65 Гр. [5]
Большинство побочных эффектов предсказуемы и ожидаемы. Побочные эффекты от облучения обычно ограничиваются областью тела пациента, которая находится под лечением. Побочные эффекты зависят от дозы; например, более высокие дозы облучения головы и шеи могут быть связаны с сердечно-сосудистыми осложнениями, дисфункцией щитовидной железы и дисфункцией гипофизарной оси. [15] Современная лучевая терапия направлена на то, чтобы свести побочные эффекты к минимуму и помочь пациенту понять и справиться с побочными эффектами, которые неизбежны.
Основными побочными эффектами являются усталость и раздражение кожи, как легкий или умеренный солнечный ожог. Усталость часто наступает в середине курса лечения и может длиться неделями после его окончания. Раздраженная кожа заживет, но может быть не такой эластичной, как раньше. [16]
Поздние побочные эффекты возникают через несколько месяцев или лет после лечения и, как правило, ограничиваются областью, которая была обработана. Они часто вызваны повреждением кровеносных сосудов и клеток соединительной ткани. Многие поздние эффекты уменьшаются путем дробления лечения на более мелкие части.
Кумулятивные эффекты этого процесса не следует путать с долгосрочными эффектами — когда краткосрочные эффекты исчезли, а долгосрочные эффекты стали субклиническими, повторное облучение все еще может быть проблематичным. [45] Эти дозы рассчитываются онкологом-радиологом, и многие факторы учитываются до того, как будет проведено последующее облучение.
В течение первых двух недель после оплодотворения лучевая терапия смертельна, но не тератогенна . [46] Высокие дозы радиации во время беременности вызывают аномалии , нарушение роста и умственную отсталость , а также может быть повышен риск детской лейкемии и других опухолей у потомства. [46]
У мужчин, ранее прошедших радиотерапию, по-видимому, не наблюдается увеличения генетических дефектов или врожденных пороков развития у их детей, зачатых после терапии. [46] Однако использование вспомогательных репродуктивных технологий и методов микроманипуляций может увеличить этот риск. [46]
Гипопитуитаризм обычно развивается после лучевой терапии новообразований турецкого седла и параселлярного тела, экстраселлярных опухолей мозга, опухолей головы и шеи, а также после облучения всего тела при системных злокачественных новообразованиях. [47] У 40–50% детей, прошедших лечение от детского рака, развиваются некоторые эндокринные побочные эффекты. [48] Радиационно-индуцированный гипопитуитаризм в основном влияет на гормон роста и половые гормоны . [47] Напротив, дефицит адренокортикотропного гормона (АКТГ) и тиреотропного гормона (ТТГ) встречается реже всего среди людей с радиационно-индуцированным гипопитуитаризмом. [47] Изменения в секреции пролактина обычно незначительны, а дефицит вазопрессина, по-видимому, очень редок в результате облучения. [47]
Отсроченное повреждение тканей с нарушенной способностью к заживлению ран часто развивается после получения доз, превышающих 65 Гр. Возникает диффузная картина повреждения из-за голографического изодозирования внешней лучевой терапии . В то время как целевая опухоль получает большую часть радиации, здоровые ткани на возрастающих расстояниях от центра опухоли также облучаются диффузно из-за расхождения пучка. Эти раны демонстрируют прогрессирующий пролиферативный эндартериит , воспаленные артериальные оболочки, которые нарушают кровоснабжение ткани. Такая ткань в конечном итоге становится хронически гипоксической , фиброзной и лишенной адекватного снабжения питательными веществами и кислородом. Хирургия ранее облученной ткани имеет очень высокий уровень неудач, например, у женщин, которые получили облучение по поводу рака молочной железы, развивается фиброз ткани грудной стенки с поздним эффектом и гиповаскуляризация, что делает успешную реконструкцию и заживление трудными, если не невозможными. [5]
Существуют строгие процедуры для минимизации риска случайного переоблучения пациентов лучевой терапией. Однако ошибки иногда случаются; например, аппарат лучевой терапии Therac-25 был ответственен по меньшей мере за шесть аварий между 1985 и 1987 годами, когда пациенты получали дозу, превышающую предполагаемую в сто раз; два человека погибли непосредственно из-за передозировки радиации. С 2005 по 2010 год больница в Миссури переоблучена 76 пациентов (большинство с раком мозга) в течение пятилетнего периода, потому что новое радиационное оборудование было настроено неправильно. [49]
Хотя медицинские ошибки исключительно редки, радиационные онкологи, медицинские физики и другие члены команды лучевой терапии работают над их устранением. В 2010 году Американское общество радиационной онкологии (ASTRO) запустило инициативу по безопасности под названием Target Safely, которая, среди прочего, направлена на регистрацию ошибок по всей стране, чтобы врачи могли учиться на каждой ошибке и предотвращать их повторение. ASTRO также публикует список вопросов, которые пациенты могут задать своим врачам о радиационной безопасности, чтобы гарантировать, что каждое лечение является максимально безопасным. [50]
Лучевая терапия используется для лечения ранней стадии болезни Дюпюитрена и болезни Леддерхозе . Когда болезнь Дюпюитрена находится на стадии узелков и шнуров или пальцы находятся на минимальной стадии деформации менее 10 градусов, то лучевая терапия используется для предотвращения дальнейшего прогрессирования заболевания. Лучевая терапия также используется после операции в некоторых случаях для предотвращения дальнейшего прогрессирования заболевания. Низкие дозы радиации используются обычно три грея радиации в течение пяти дней с перерывом в три месяца, за которым следует еще одна фаза трех грей радиации в течение пяти дней. [51]
Лучевая терапия работает, повреждая ДНК раковых клеток и может заставить их подвергнуться митотической катастрофе . [52] Это повреждение ДНК вызывается одним из двух типов энергии: фотоном или заряженной частицей . Это повреждение представляет собой либо прямую, либо косвенную ионизацию атомов, составляющих цепь ДНК. Косвенная ионизация происходит в результате ионизации воды, образуя свободные радикалы , в частности гидроксильные радикалы, которые затем повреждают ДНК.
В фотонной терапии большая часть радиационного воздействия осуществляется через свободные радикалы. У клеток есть механизмы для восстановления одноцепочечных повреждений ДНК и двухцепочечных повреждений ДНК. Однако двухцепочечные разрывы ДНК гораздо сложнее восстановить, и они могут привести к серьезным хромосомным аномалиям и генетическим делециям. Нацеливание на двухцепочечные разрывы увеличивает вероятность того, что клетки подвергнутся клеточной смерти . Раковые клетки, как правило, менее дифференцированы и больше похожи на стволовые клетки ; они размножаются больше, чем большинство здоровых дифференцированных клеток, и обладают сниженной способностью к восстановлению сублетальных повреждений. Одноцепочечные повреждения ДНК затем передаются через деление клеток; повреждения ДНК раковых клеток накапливаются, заставляя их умирать или размножаться медленнее.
Одним из основных ограничений фотонной лучевой терапии является то, что клетки солидных опухолей испытывают дефицит кислорода . Солидные опухоли могут перерастать свое кровоснабжение, вызывая состояние с низким содержанием кислорода, известное как гипоксия . Кислород является мощным радиосенсибилизатором , увеличивая эффективность заданной дозы радиации за счет образования свободных радикалов, повреждающих ДНК. Опухолевые клетки в гипоксической среде могут быть в 2–3 раза более устойчивы к радиационному повреждению, чем клетки в нормальной кислородной среде. [53] Много исследований было посвящено преодолению гипоксии, включая использование кислородных баллонов высокого давления, гипертермическую терапию (тепловую терапию, которая расширяет кровеносные сосуды к месту опухоли), кровезаменители, которые переносят повышенное количество кислорода, гипоксические препараты-радиосенсибилизаторы клеток, такие как мизонидазол и метронидазол , и гипоксические цитотоксины (тканевые яды), такие как тирапазамин . В настоящее время изучаются новые подходы к исследованиям, включая доклинические и клинические исследования использования соединения, усиливающего диффузию кислорода, такого как транс-натрийкроцетинат, в качестве радиосенсибилизатора. [54]
Заряженные частицы, такие как протоны и ионы бора , углерода и неона, могут вызывать прямое повреждение ДНК раковых клеток посредством высокой ЛПЭ ( линейной передачи энергии ) и оказывать противоопухолевое действие независимо от снабжения опухоли кислородом, поскольку эти частицы действуют в основном посредством прямой передачи энергии, обычно вызывая двухцепочечные разрывы ДНК. Из-за своей относительно большой массы протоны и другие заряженные частицы имеют небольшое боковое рассеяние в ткани — луч не сильно расширяется, остается сфокусированным на форме опухоли и доставляет небольшие побочные эффекты в окружающие ткани. Они также более точно нацеливаются на опухоль, используя эффект пика Брэгга . См. протонную терапию для хорошего примера различных эффектов лучевой терапии с модулированной интенсивностью (IMRT) по сравнению с терапией заряженными частицами . Эта процедура уменьшает повреждение здоровой ткани между источником излучения заряженных частиц и опухолью и устанавливает конечный диапазон для повреждения ткани после того, как опухоль достигнута. Напротив, использование IMRT незаряженных частиц заставляет ее энергию повреждать здоровые клетки, когда она выходит из организма. Это существующее повреждение не является терапевтическим, может увеличить побочные эффекты лечения и увеличивает вероятность индукции вторичного рака. [55] Это различие очень важно в случаях, когда близкое расположение других органов делает любую случайную ионизацию очень разрушительной (например, рак головы и шеи ). Это рентгеновское облучение особенно вредно для детей из-за их растущего тела, и хотя это зависит от множества факторов, они примерно в 10 раз более чувствительны к развитию вторичных злокачественных новообразований после радиотерапии по сравнению со взрослыми. [56]
Количество радиации, используемое в фотонной лучевой терапии, измеряется в греях (Гр) и варьируется в зависимости от типа и стадии рака, подлежащего лечению. Для излечиваемых случаев типичная доза для солидной эпителиальной опухоли составляет от 60 до 80 Гр, тогда как лимфомы лечатся от 20 до 40 Гр.
Профилактические (адъювантные) дозы обычно составляют около 45–60 Гр фракциями по 1,8–2 Гр (для рака груди, головы и шеи). При выборе дозы онкологи-радиологи учитывают множество других факторов , в том числе, получает ли пациент химиотерапию, сопутствующие заболевания пациента, проводится ли лучевая терапия до или после операции, а также степень успешности операции.
Параметры доставки предписанной дозы определяются во время планирования лечения (часть дозиметрии ). Планирование лечения обычно выполняется на выделенных компьютерах с использованием специализированного программного обеспечения для планирования лечения. В зависимости от метода доставки излучения могут использоваться несколько углов или источников для суммирования необходимой дозы. Планировщик попытается разработать план, который доставляет равномерную предписанную дозу к опухоли и минимизирует дозу для окружающих здоровых тканей.
В лучевой терапии трехмерное распределение дозы можно оценить с помощью метода дозиметрии, известного как гелевая дозиметрия . [57]
Общая доза фракционируется (распределяется во времени) по нескольким важным причинам. Фракционирование дает нормальным клеткам время на восстановление, в то время как опухолевые клетки, как правило, менее эффективны в восстановлении между фракциями. Фракционирование также позволяет опухолевым клеткам, которые находились в относительно радиорезистентной фазе клеточного цикла во время одного лечения, перейти в чувствительную фазу цикла до того, как будет назначена следующая фракция. Аналогичным образом, опухолевые клетки, которые были хронически или остро гипоксичны (и, следовательно, более радиорезистентны), могут реоксигенироваться между фракциями, улучшая уничтожение опухолевых клеток. [58]
Режимы фракционирования индивидуальны между различными центрами лучевой терапии и даже между отдельными врачами. В Северной Америке, Австралии и Европе типичный график фракционирования для взрослых составляет от 1,8 до 2 Гр в день, пять дней в неделю. При некоторых типах рака слишком длительное продление графика фракционирования может привести к тому, что опухоль начнет повторно размножаться, и для этих типов опухолей, включая плоскоклеточный рак головы и шеи и шейный рак, лучевую терапию предпочтительно завершать в течение определенного периода времени. Для детей типичный размер фракции может составлять от 1,5 до 1,8 Гр в день, поскольку меньшие размеры фракции связаны с уменьшением частоты и тяжести поздних побочных эффектов в нормальных тканях.
В некоторых случаях две фракции в день используются ближе к концу курса лечения. Этот график, известный как сопутствующий режим усиления или гиперфракционирование, используется для опухолей, которые регенерируют быстрее, когда они меньше. В частности, такое поведение демонстрируют опухоли в области головы и шеи.
Пациенты, получающие паллиативное облучение для лечения неосложненных болезненных метастазов в костях, не должны получать более одной фракции облучения. [59] Однократное лечение дает сопоставимые результаты облегчения боли и заболеваемости с многофракционным лечением, а для пациентов с ограниченной продолжительностью жизни однократное лечение является наилучшим для улучшения комфорта пациента. [59]
Одним из режимов фракционирования, который все чаще используется и продолжает изучаться, является гипофракционирование. Это лучевая терапия, при которой общая доза радиации делится на большие дозы. Типичные дозы значительно различаются в зависимости от типа рака, от 2,2 Гр/фракция до 20 Гр/фракция, причем последняя является типичной для стереотаксического лечения (стереотаксическая абляционная телесная радиотерапия, или SABR – также известная как SBRT, или стереотаксическая телесная радиотерапия) для субкраниальных поражений или SRS (стереотаксическая радиохирургия) для внутричерепных поражений. Обоснованием гипофракционирования является снижение вероятности локального рецидива путем лишения клоногенных клеток времени, необходимого им для размножения, а также использование радиочувствительности некоторых опухолей. [60] В частности, стереотаксическое лечение направлено на уничтожение клоногенных клеток путем процесса абляции, т. е. доставки дозы, предназначенной для непосредственного уничтожения клоногенных клеток, а не для многократного прерывания процесса деления клоногенных клеток (апоптоза), как при обычной радиотерапии.
Различные типы рака имеют различную чувствительность к радиации. Хотя прогнозирование чувствительности на основе геномного или протеомного анализа образцов биопсии оказалось сложной задачей, [61] [62] было показано, что прогнозирование воздействия радиации на отдельных пациентов на основе геномных сигнатур внутренней клеточной радиочувствительности связано с клиническим исходом. [63] Альтернативный подход к геномике и протеомике был предложен открытием того, что защита от радиации у микробов обеспечивается неферментативными комплексами марганца и небольших органических метаболитов. [64] Было обнаружено, что содержание и вариации марганца (измеряемые с помощью электронного парамагнитного резонанса) являются хорошими предикторами радиочувствительности , и это открытие распространяется также на клетки человека. [65] Была подтверждена связь между общим содержанием клеточного марганца и его вариациями, а также клинически выведенной радиореактивностью в различных опухолевых клетках, открытие, которое может быть полезным для более точных радиодозировок и улучшения лечения онкологических больных. [66]
Исторически сложилось так, что три основных направления лучевой терапии:
Различия связаны с положением источника излучения; внешний источник находится вне тела, брахитерапия использует закрытые радиоактивные источники, размещенные точно в области лечения, а системные радиоизотопы вводятся путем инфузии или перорального приема. Брахитерапия может использовать временное или постоянное размещение радиоактивных источников. Временные источники обычно размещаются с помощью техники, называемой afterloading. При afterloading полая трубка или аппликатор хирургическим путем помещается в орган, подлежащий лечению, и источники загружаются в аппликатор после имплантации аппликатора. Это сводит к минимуму воздействие радиации на медицинский персонал.
Терапия частицами представляет собой особый случай внешней лучевой терапии, где частицами являются протоны или более тяжелые ионы .
Обзор рандомизированных клинических испытаний лучевой терапии с 2018 по 2021 год выявил множество данных, меняющих практику, и новых концепций, которые возникают в результате РКИ, определяя методы, которые улучшают терапевтический коэффициент, методы, которые приводят к более индивидуальному лечению, подчеркивая важность удовлетворенности пациентов и определяя области, которые требуют дальнейшего изучения. [67] [68]
В следующих трех разделах рассматривается лечение с использованием рентгеновских лучей.
Традиционно традиционная внешняя лучевая терапия (2DXRT) осуществлялась посредством двумерных пучков с использованием рентгеновских установок киловольтной терапии, медицинских линейных ускорителей, которые генерируют высокоэнергетические рентгеновские лучи, или с помощью аппаратов, которые были похожи на линейные ускорители по внешнему виду, но использовали закрытый радиоактивный источник, как тот, что показан выше. [69] [70] 2DXRT в основном состоит из одного пучка излучения, подаваемого на пациента с нескольких направлений: часто спереди или сзади, а также с обеих сторон.
Обычный относится к способу планирования или моделирования лечения на специально откалиброванном диагностическом рентгеновском аппарате, известном как симулятор, поскольку он воссоздает действия линейного ускорителя (или иногда на глаз), и к обычно хорошо отлаженным расположениям пучков излучения для достижения желаемого плана . Целью моделирования является точное нацеливание или локализация объема, который должен быть обработан. Этот метод хорошо известен и, как правило, быстр и надежен. Беспокойство заключается в том, что некоторые высокодозные методы лечения могут быть ограничены токсичностью радиации здоровых тканей, которые лежат близко к целевому объему опухоли.
Примером этой проблемы является облучение предстательной железы, где чувствительность прилегающей прямой кишки ограничивала дозу, которую можно было безопасно назначить с использованием планирования 2DXRT, до такой степени, что контроль опухоли мог быть нелегко достижим. До изобретения КТ врачи и физики имели ограниченные знания об истинной дозе облучения, доставляемой как раковым, так и здоровым тканям. По этой причине трехмерная конформная лучевая терапия стала стандартным лечением почти для всех опухолевых участков. В последнее время используются другие формы визуализации, включая МРТ, ПЭТ, ОФЭКТ и УЗИ. [71]
Стереотаксическое облучение — это специализированный тип внешней лучевой терапии. Он использует сфокусированные лучи излучения, направленные на четко определенную опухоль с использованием чрезвычайно подробных сканирований изображений. Радиоонкологи выполняют стереотаксическое лечение, часто с помощью нейрохирурга для опухолей в мозге или позвоночнике.
Существует два типа стереотаксического облучения. Стереотаксическая радиохирургия (SRS) — это когда врачи используют одну или несколько стереотаксических лучевых процедур для мозга или позвоночника. Стереотаксическая лучевая терапия тела (SBRT) относится к одной или нескольким стереотаксическим лучевым процедурам для тела, например, легких. [72]
Некоторые врачи говорят, что преимущество стереотаксического лечения заключается в том, что оно доставляет нужное количество радиации к раковой опухоли за более короткий промежуток времени, чем традиционное лечение, которое часто может занять от 6 до 11 недель. Кроме того, лечение проводится с чрезвычайной точностью, что должно ограничить воздействие радиации на здоровые ткани. Одна из проблем стереотаксического лечения заключается в том, что оно подходит только для определенных небольших опухолей.
Стереотаксические методы лечения могут сбивать с толку, поскольку многие больницы называют методы лечения по названию производителя, а не SRS или SBRT. Торговые марки этих методов лечения включают Axesse, Cyberknife , Gamma Knife , Novalis, Primatom, Synergy, X-Knife , TomoTherapy , Trilogy и Truebeam . [73] Этот список меняется, поскольку производители оборудования продолжают разрабатывать новые специализированные технологии для лечения рака.
Планирование лучевой терапии было революционизировано благодаря возможности очерчивать опухоли и прилегающие нормальные структуры в трех измерениях с использованием специализированных сканеров КТ и/или МРТ и программного обеспечения для планирования. [74]
Виртуальное моделирование, являющееся наиболее простой формой планирования, позволяет точнее размещать лучи излучения, чем это возможно при использовании обычных рентгеновских лучей, при которых часто бывает сложно оценить структуры мягких тканей, а здоровые ткани сложно защитить.
Улучшением виртуального моделирования является 3-мерная конформная лучевая терапия (3DCRT) , в которой профиль каждого пучка излучения формируется так, чтобы соответствовать профилю цели с точки зрения луча (BEV) с использованием многолепесткового коллиматора (MLC) и переменного числа пучков. Когда объем лечения соответствует форме опухоли, относительная токсичность излучения для окружающих нормальных тканей снижается, что позволяет доставлять к опухоли более высокую дозу излучения, чем это позволяют обычные методы. [10]
Интенсивно-модулированная лучевая терапия (IMRT) — это усовершенствованный тип высокоточного облучения, который является следующим поколением 3DCRT. [75] IMRT также улучшает способность согласовывать объем лечения с вогнутыми формами опухоли, [10] например, когда опухоль обернута вокруг уязвимой структуры, такой как спинной мозг или крупный орган или кровеносный сосуд. [76] Управляемые компьютером рентгеновские ускорители распределяют точные дозы облучения по злокачественным опухолям или определенным областям внутри опухоли. Схема доставки облучения определяется с помощью высокоспециализированных вычислительных приложений для выполнения оптимизации и моделирования лечения ( планирование лечения ). Доза облучения соответствует трехмерной форме опухоли путем управления или модуляции интенсивности пучка излучения. Интенсивность дозы облучения повышается вблизи общего объема опухоли, в то время как облучение соседних нормальных тканей уменьшается или полностью исключается. Это приводит к лучшему нацеливанию на опухоль, уменьшению побочных эффектов и улучшению результатов лечения, чем даже при 3DCRT.
3DCRT по-прежнему широко используется для многих участков тела, но использование IMRT растет в более сложных участках тела, таких как ЦНС, голова и шея, простата, грудь и легкие. К сожалению, IMRT ограничена необходимостью дополнительного времени от опытного медицинского персонала. Это связано с тем, что врачи должны вручную разграничивать опухоли по одному КТ-изображению за раз по всему очагу заболевания, что может занять гораздо больше времени, чем подготовка 3DCRT. Затем необходимо привлечь медицинских физиков и дозиметристов для создания жизнеспособного плана лечения. Кроме того, технология IMRT используется в коммерческих целях только с конца 1990-х годов даже в самых передовых онкологических центрах, поэтому радиационные онкологи, которые не изучали ее в рамках своих программ резидентуры, должны найти дополнительные источники образования перед внедрением IMRT.
Доказательства улучшения выживаемости при использовании любого из этих двух методов по сравнению с традиционной лучевой терапией (2DXRT) растут для многих опухолей, но способность снижать токсичность общепризнанна. Это особенно касается рака головы и шеи в серии основных испытаний, проведенных профессором Кристофером Наттингом из Королевской больницы Марсдена. Оба метода позволяют увеличивать дозу, потенциально увеличивая полезность. Была некоторая обеспокоенность, особенно в отношении IMRT, [77] по поводу повышенного воздействия радиации на нормальные ткани и, как следствие, потенциального возникновения вторичной злокачественности. Чрезмерная уверенность в точности визуализации может увеличить вероятность пропуска поражений, которые невидимы на плановых сканах (и, следовательно, не включены в план лечения) или которые перемещаются между или во время лечения (например, из-за дыхания или неадекватной иммобилизации пациента). Разрабатываются новые методы для лучшего контроля этой неопределенности — например, визуализация в реальном времени в сочетании с корректировкой терапевтических пучков в реальном времени. Эта новая технология называется лучевой терапией с визуальным контролем или четырехмерной лучевой терапией.
Другой метод — отслеживание в реальном времени и локализация одного или нескольких небольших имплантируемых электрических устройств, имплантированных внутри или рядом с опухолью. Существуют различные типы медицинских имплантируемых устройств, которые используются для этой цели. Это может быть магнитный транспондер, который воспринимает магнитное поле, создаваемое несколькими передающими катушками, а затем передает измерения обратно в систему позиционирования для определения местоположения. [78] Имплантируемое устройство также может быть небольшим беспроводным передатчиком, отправляющим радиочастотный сигнал, который затем будет получен массивом датчиков и использован для локализации и отслеживания положения опухоли в реальном времени. [79] [80]
Хорошо изученной проблемой IMRT является «эффект языка и паза», который приводит к нежелательной недодозировке из-за облучения через расширенные языки и пазы перекрывающихся лепестков MLC (многолепестковый коллиматор). [81] Хотя были разработаны решения этой проблемы, которые либо уменьшают эффект TG до незначительных величин, либо полностью устраняют его, они зависят от используемого метода IMRT, и некоторые из них имеют свои собственные затраты. [81] В некоторых текстах различают «ошибку языка и паза» и «ошибку языка или паза» в зависимости от того, закрыты ли обе или одна сторона апертуры. [82]
Объемная модулированная дуговая терапия (VMAT) — это метод облучения, представленный в 2007 году [83], который позволяет достичь высококонформного распределения дозы на целевом объеме покрытия и щадить нормальные ткани. Специфика этого метода заключается в изменении трех параметров во время лечения. VMAT доставляет излучение с помощью вращающегося гентри (обычно вращающихся на 360° полей с одной или несколькими дугами), изменяя скорость и форму пучка с помощью многолепесткового коллиматора (MLC) (система перемещения «скользящее окно») и выходной мощности флюенса (мощности дозы) медицинского линейного ускорителя. VMAT имеет преимущество в лечении пациентов по сравнению с обычной статической радиотерапией с модулированной интенсивностью поля (IMRT), заключающееся в сокращении времени доставки излучения. [84] [85] Сравнение между VMAT и обычной IMRT с точки зрения их щажения здоровых тканей и органов риска (OAR) зависит от типа рака. При лечении носоглоточной , ротоглоточной и гипофарингеальной карциномы VMAT обеспечивает эквивалентную или лучшую защиту органа риска (OAR). [83] [84] [85] При лечении рака предстательной железы результат защиты OAR неоднозначен [83], некоторые исследования отдают предпочтение VMAT, другие — IMRT. [86]
Временно оперенная лучевая терапия (TFRT) — это метод облучения, представленный в 2018 году [87] , целью которого является использование присущих нелинейностей в восстановлении нормальных тканей, чтобы обеспечить щадящие свойства этих тканей, не влияя на дозу, доставляемую опухоли. Применение этого метода, который еще не автоматизирован, было тщательно описано для повышения способности отделений выполнять его, и в 2021 году он был объявлен осуществимым в небольшом клиническом исследовании [88] , хотя его эффективность еще не была формально изучена.
Автоматизированное планирование лечения стало неотъемлемой частью планирования лучевой терапии. В целом существует два подхода к автоматизированному планированию. 1) Планирование на основе знаний, где система планирования лечения имеет библиотеку высококачественных планов, из которых она может предсказать цель и гистограмму дозы-объема органа, находящегося под риском. [89] 2) Другой подход обычно называют планированием на основе протокола, где система планирования лечения пытается имитировать опытного планировщика лечения и посредством итеративного процесса оценивает качество плана на основе протокола. [90] [91] [92] [93]
В терапии частицами ( протонная терапия является одним из примеров) энергичные ионизирующие частицы (протоны или ионы углерода) направляются на целевую опухоль. [94] Доза увеличивается по мере того, как частица проникает в ткань, до максимума ( пик Брэгга ), который происходит вблизи конца диапазона частицы , а затем падает до (почти) нуля. Преимущество этого профиля распределения энергии заключается в том, что меньше энергии распределяется в здоровой ткани, окружающей целевую ткань.
Терапия Оже (AT) использует очень высокую дозу [95] ионизирующего излучения in situ, которая обеспечивает молекулярные модификации в атомном масштабе. AT отличается от традиционной лучевой терапии несколькими аспектами; она не полагается на радиоактивные ядра, чтобы вызвать повреждение клеток радиацией в клеточном измерении, и не задействует несколько внешних карандашных пучков с разных направлений для обнуления, чтобы доставить дозу в целевую область с уменьшенной дозой за пределами целевых участков ткани/органа. Вместо этого доставка in situ очень высокой дозы на молекулярном уровне с использованием AT направлена на молекулярные модификации in situ, включающие молекулярные разрывы и молекулярные перестройки, такие как изменение структур укладки, а также клеточных метаболических функций, связанных с указанными молекулярными структурами.
Во многих типах внешней лучевой терапии движение может негативно повлиять на доставку лечения, перемещая целевую ткань из предполагаемого пути луча или другую здоровую ткань в него. Некоторая форма иммобилизации пациента является распространенной, чтобы предотвратить большие движения тела во время лечения, однако это не может предотвратить все движения, например, в результате дыхания . Было разработано несколько методов для учета такого движения. [96] [97] Глубокий вдох с задержкой дыхания (DIBH) обычно используется для лечения груди, когда важно избежать облучения сердца. При DIBH пациент задерживает дыхание после вдоха , чтобы обеспечить стабильное положение для включения луча лечения. Это можно сделать автоматически с помощью внешней системы мониторинга, такой как спирометр или камера и маркеры. [98] Те же методы мониторинга, а также визуализация 4DCT , могут также использоваться для лечения с дыхательной синхронизацией, когда пациент дышит свободно, а луч включается только в определенные моменты дыхательного цикла. [99] Другие методы включают использование 4DCT-визуализации для планирования лечения с учетом движения и активного движения кушетки или луча для отслеживания движения. [100]
Контактная рентгеновская брахитерапия (также называемая «CXB», «электронная брахитерапия» или «техника Papillon») — это тип лучевой терапии с использованием низкоэнергетических (50 кВп) киловольтных рентгеновских лучей , применяемых непосредственно к опухоли для лечения рака прямой кишки . Процесс включает в себя эндоскопическое обследование, прежде всего, для выявления опухоли в прямой кишке, а затем введение лечебного аппликатора в опухоль через анус в прямую кишку и размещение его напротив раковой ткани. Наконец, лечебная трубка вставляется в аппликатор для доставки высоких доз рентгеновских лучей (30 Гр), излучаемых непосредственно на опухоль с двухнедельными интервалами в течение трех раз в течение четырех недель. Обычно она используется для лечения раннего рака прямой кишки у пациентов, которые могут не быть кандидатами на операцию. [101] [102] [103] Обзор NICE 2015 года показал, что основным побочным эффектом было кровотечение, которое возникало примерно в 38% случаев, и радиационно-индуцированная язва, которая возникала в 27% случаев. [101]
Брахитерапия осуществляется путем размещения источника(ов) радиации внутри или рядом с областью, требующей лечения. Брахитерапия обычно используется в качестве эффективного лечения рака шейки матки, [104] простаты, [105] груди, [106] и кожи [107] , а также может использоваться для лечения опухолей во многих других частях тела. [108]
В брахитерапии источники излучения точно размещаются непосредственно на месте раковой опухоли. Это означает, что облучение воздействует только на очень локализованную область — воздействие радиации на здоровые ткани, находящиеся дальше от источников, снижается. Эти характеристики брахитерапии обеспечивают преимущества по сравнению с внешней лучевой терапией — опухоль можно лечить очень высокими дозами локализованного излучения, одновременно снижая вероятность ненужного повреждения окружающих здоровых тканей. [108] [109] Курс брахитерапии часто можно завершить за меньшее время, чем другие методы лучевой терапии. Это может помочь снизить вероятность выживания раковых клеток, делящихся и растущих в интервалах между каждой дозой лучевой терапии. [109]
В качестве одного из примеров локализованной природы брахитерапии груди, устройство SAVI доставляет дозу облучения через несколько катетеров, каждый из которых может контролироваться индивидуально. Такой подход уменьшает воздействие на здоровую ткань и возникающие побочные эффекты по сравнению как с внешней лучевой терапией, так и с более старыми методами брахитерапии груди. [110]
Радионуклидная терапия (также известная как системная радиоизотопная терапия, радиофармацевтическая терапия или молекулярная радиотерапия) является формой таргетной терапии. Нацеливание может быть обусловлено химическими свойствами изотопа, такого как радиоактивный йод, который специфически поглощается щитовидной железой в тысячу раз лучше, чем другими органами тела. Нацеливание также может быть достигнуто путем присоединения радиоизотопа к другой молекуле или антителу, чтобы направить его к целевой ткани. Радиоизотопы доставляются посредством инфузии (в кровоток) или приема внутрь. Примерами являются инфузия метайодобензилгуанидина (MIBG) для лечения нейробластомы , перорального йода-131 для лечения рака щитовидной железы или тиреотоксикоза и гормонально-связанного лютеция-177 и иттрия-90 для лечения нейроэндокринных опухолей ( пептидная рецепторная радионуклидная терапия ).
Другим примером является инъекция радиоактивных микросфер иттрия-90 или гольмия-166 в печеночную артерию для радиоэмболизации опухолей печени или метастазов печени. Эти микросферы используются для подхода к лечению, известного как селективная внутренняя лучевая терапия . Микросферы имеют диаметр приблизительно 30 мкм (около трети человеческого волоса) и доставляются непосредственно в артерию, снабжающую опухоль кровью. Эти методы лечения начинаются с направления катетера вверх через бедренную артерию в ноге, перемещения к желаемому целевому месту и введения лечения. Кровь, питающая опухоль, будет переносить микросферы непосредственно к опухоли, обеспечивая более селективный подход, чем традиционная системная химиотерапия. В настоящее время существует три различных вида микросфер: SIR-Spheres , TheraSphere и QuiremSpheres.
Основное применение системной радиоизотопной терапии — лечение метастазов в костях при раке. Радиоизотопы избирательно перемещаются в области поврежденной кости и не затрагивают нормальную неповрежденную кость. Изотопы, обычно используемые при лечении метастазов в костях, — это радий-223 , [111] стронций-89 и самарий ( 153 Sm) лексидронам . [112]
В 2002 году Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) одобрило ибритумомаб тиуксетан (Зевалин), который представляет собой моноклональное антитело против CD20 , конъюгированное с иттрием-90. [113] В 2003 году FDA одобрило схему лечения тозитумомабом /йодом ( 131I ) тозитумомабом (Бексар), которая представляет собой комбинацию меченного йодом-131 и немеченого моноклонального антитела против CD20. [114] Эти препараты были первыми агентами так называемой радиоиммунотерапии , и они были одобрены для лечения рефрактерной неходжкинской лимфомы .
Интраоперационная лучевая терапия (ИОЛТ) – это применение терапевтических уровней радиации к целевой области, например, к раковой опухоли, в то время как эта область подвергается воздействию во время операции . [115]
Обоснованием ИОЛТ является доставка высокой дозы радиации точно в целевую область с минимальным воздействием на окружающие ткани, которые смещаются или экранируются во время ИОЛТ. Обычные методы облучения, такие как внешняя лучевая терапия (EBRT) после хирургического удаления опухоли, имеют несколько недостатков: ложе опухоли, где должна быть применена самая высокая доза, часто пропускается из-за сложной локализации раневой полости даже при использовании современного планирования лучевой терапии. Кроме того, обычная задержка между хирургическим удалением опухоли и EBRT может привести к повторному заселению опухолевых клеток. Этих потенциально вредных эффектов можно избежать, доставляя излучение более точно в целевые ткани, что приводит к немедленной стерилизации остаточных опухолевых клеток. Другим аспектом является то, что раневая жидкость оказывает стимулирующее действие на опухолевые клетки. Было обнаружено, что ИОЛТ подавляет стимулирующее действие раневой жидкости. [116]
Медицина использует лучевую терапию для лечения рака уже более 100 лет, ее самые ранние корни восходят к открытию рентгеновских лучей в 1895 году Вильгельмом Рентгеном . [117] Эмиль Груббе из Чикаго был, возможно, первым американским врачом, который начал использовать рентгеновские лучи для лечения рака, начиная с 1896 года. [118]
Область лучевой терапии начала развиваться в начале 1900-х годов во многом благодаря новаторской работе лауреата Нобелевской премии Марии Кюри (1867–1934), которая в 1898 году открыла радиоактивные элементы полоний и радий . Это положило начало новой эре в лечении и исследованиях. [117] В течение 1920-х годов опасности воздействия радиации не были поняты, и использовалось мало средств защиты. Считалось, что радий обладает широкими целебными свойствами, и лучевая терапия применялась для лечения многих заболеваний.
До Второй мировой войны единственными практическими источниками радиации для радиотерапии были радий, его «эманация», радоновый газ и рентгеновская трубка . Внешняя лучевая терапия (телетерапия) началась на рубеже веков с относительно низковольтных (<150 кВ) рентгеновских аппаратов. Было обнаружено, что в то время как поверхностные опухоли можно было лечить с помощью рентгеновских лучей низкого напряжения, для достижения опухолей внутри тела требовались более проникающие, более энергетические лучи, требующие более высокого напряжения. Ортовольтные рентгеновские лучи , которые использовали напряжение трубки 200-500 кВ, начали использоваться в 1920-х годах. Чтобы достичь самых глубоко залегающих опухолей, не подвергая промежуточную кожу и ткани опасным дозам радиации, требовались лучи с энергией 1 МВ или выше, называемые «мегавольтным» излучением. Создание мегавольтных рентгеновских лучей требовало напряжения на рентгеновской трубке от 3 до 5 миллионов вольт , что требовало огромных дорогостоящих установок. Мегавольтные рентгеновские аппараты были впервые построены в конце 1930-х годов, но из-за стоимости были ограничены несколькими учреждениями. Один из первых, установленный в больнице Св. Варфоломея в Лондоне в 1937 году и использовавшийся до 1960 года, использовал рентгеновскую трубку длиной 30 футов и весил 10 тонн. Радий производил мегавольтные гамма-лучи , но был чрезвычайно редок и дорог из-за его низкой встречаемости в рудах. В 1937 году весь мировой запас радия для радиотерапии составлял 50 граммов, что оценивалось в 800 000 фунтов стерлингов или 50 миллионов долларов в долларах 2005 года.
Изобретение ядерного реактора в Манхэттенском проекте во время Второй мировой войны сделало возможным производство искусственных радиоизотопов для радиотерапии. Кобальтовая терапия , телетерапевтические аппараты, использующие мегавольтные гамма-лучи, испускаемые кобальтом-60 , радиоизотопом, полученным путем облучения обычного металлического кобальта в реакторе, произвели революцию в этой области между 1950-ми и началом 1980-х годов. Кобальтовые аппараты были относительно дешевыми, надежными и простыми в использовании, хотя из-за своего периода полураспада в 5,27 года кобальт приходилось заменять примерно каждые 5 лет.
Медицинские линейные ускорители частиц , разработанные с 1940-х годов, начали заменять рентгеновские и кобальтовые установки в 1980-х годах, и эти старые методы лечения сейчас приходят в упадок. Первый медицинский линейный ускоритель был использован в больнице Хаммерсмит в Лондоне в 1953 году. [70] Линейные ускорители могут производить более высокие энергии, иметь более коллимированные пучки и не производят радиоактивные отходы с сопутствующими проблемами утилизации, такими как радиоизотопная терапия.
С изобретением Годфри Хаунсфилдом компьютерной томографии (КТ) в 1971 году стало возможным трехмерное планирование и создало переход от 2-D к 3-D доставке радиации. Планирование на основе КТ позволяет врачам более точно определять распределение дозы с использованием аксиальных томографических изображений анатомии пациента. Появление новых технологий визуализации, включая магнитно-резонансную томографию (МРТ) в 1970-х годах и позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ) в 1980-х годах, переместило лучевую терапию из 3-D конформной в лучевую терапию с модулированной интенсивностью (IMRT) и в лучевую терапию с визуальным контролем томотерапии . Эти достижения позволили радиационным онкологам лучше видеть и нацеливаться на опухоли, что привело к лучшим результатам лечения, большей сохранности органов и меньшему количеству побочных эффектов. [119]
Хотя доступ к радиотерапии улучшается во всем мире, по состоянию на 2017 год более половины пациентов в странах с низким и средним уровнем дохода по-прежнему не имеют доступа к этой терапии. [120]
{{cite journal}}
: Цитировать журнал требует |journal=
( помощь )В настоящее время после выживания от первичной злокачественной опухоли у 17%–19% пациентов развивается вторая злокачественная опухоль. ... [Лучевая терапия] вызывает лишь около 5% от общего числа вторичных злокачественных новообразований, связанных с лечением. Однако частоту возникновения только радиации при вторичных злокачественных новообразованиях трудно оценить...