Использование явления термостимулированной радиационно-обусловленной люминесценции микрокристаллов морской соли для внутриполостной «ин виво» дозиметрии при брахитерапии рака предстательной железы источником 192Ir: оценка потенциала

«Ин виво» дозиметрия органов риска пациентов необходима для дозиметрического обеспечения качества радиотерапии злокачественных новообразований различных локализаций [1-4]. Это особенно актуально при брахитерапии [5-8], когда терапевтический источник находится вблизи очага и окружающих его нормальных тканей. В этих условиях даже небольшие вариации расстояний между источником, очагом и близлежащими тканями могут привести к существенным отклонениям от первоначального расчётного дозиметрического плана терапии [9-15] из-за подвижности тканей пациентов за период времени после планирования радиотерапии и в процессе сеанса облучения.

Петухов А.Д. – с.н.с., к.б.н.; Богачева В.В. * – в.н.с., к.б.н.; Степаненко В.Ф. – зав. лаб., д.б.н., проф.; Бирюков В.А. – с.н.с., к.м.н.; Коротков В.А. – зав. отд., к.м.н.; Минаева Н.Г. – уч. секр., к.м.н.; Иванов С.А. – директор, чл.-корр. РАН, д.м.н., проф. кафедры РУДН. МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России. Жарова Е.П. – уч. секр.; Шегай П.В. – зам. ген. директора, к.м.н.; Каприн А.Д. – ген. директор, директор МНИОИ им. П.А. Герцена, зав. каф. РУДН, акад. РАН, д.м.н., проф. ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России.

Материалы и методы

В качестве объекта исследования использовали образцы аликвот с природными микрокристаллами морской соли со следующим составом: NaCl (99,5%), Ca++ (0,08%), Mg++ (0,05%), SO 4 - (0,31%), К+ (0,025%).

Измерения радиационно-обусловленного люминесцентного свечения проводилось с помощью прибора Harshaw 3500, являющегося ТЛ-ридером. Облучение образцов для построения калибровочной зависимости осуществлялось стандартным источником 90Sr/90Y (поверен на вторичном образцовом гамма-источнике 60Co), обеспечивающим мощность дозы, подводимой к образцам, равной 2,99 мГр/сек.

Исследовали фракции кристаллов с размерами около 100 мкм. Этот размер, как показали исследования (см. раздел «Результаты» ниже), обеспечивает вполне достаточный световыход радиационно-обусловленной термостимулированной люминесценции. В то же время, микрокристаллы такого размера можно рассматривать как «точечные» дозиметры, не обладающие значимым градиентом поглощённой дозы в объёме. При измерениях использовали монослойные аликвоты микрокристаллов массой 10 мг.

Результаты

Дозиметрические характеристики микрокристаллов морской соли

Выявлено, что положение максимума пика интенсивности радиационно-обусловленной термолюминесценции (ТЛ) смещается в диапазоне поглощённых доз от 1 до 20 Гр (рис. 1). Для улучшения точности измерений был выбран интегральный способ оценки интенсивности люминесценции: в качестве меры интенсивности ТЛ вычислялся интеграл по площади кривой высвечивания, соответствующей положению пика ТЛ в области температур нагрева 235-255 °С (в диапазоне ±45 °C от положения максимума этого пика).

Рис. 1. Зависимость интенсивности радиационно-обусловленной термостимулированной люминесценции от температуры нагрева при разных дозах облучения микрокристаллов NaCl с размерами около 100 мкм.

При измерениях была обнаружена зависимость интенсивности радиационно-обусловленной ТЛ от скорости нагрева микрокристаллов (рис. 2). Поэтому для дальнейшей работы была выбрана постоянная скорость нагрева 1 °С/c.

Скорость нагрева микрокристаллов NaCI во время измерения, °С/с

Рис. 2. Интенсивность ТЛ от скорости нагрева. Приведённые погрешности не превышают 10% (2 SD).

Установлено, что имеется вполне приемлемый для измерений фединг (спад показаний микродозиметров во времени): при комнатной температуре фединг не превышает 5% через 5 сут после облучения (рис. 3). Вместе с тем, этот факт требует точного учёта периода времени после окончания облучения и началом измерения.

Рис. 3. Фединг термостимулированного сигнала (%) в зависимости от времени после облучения (сутки). Указанные погрешности не превышают 5% (2 SD).

Установлено наличие линейной зависимости дозового отклика микрокристаллов морской соли в диапазоне доз облучения от 1 до 20 Гр при погрешности измерений менее 5%. На рис. 4 приведены примеры дозовых зависимостей для исследуемых кристаллов морской соли и синтетических микрокристаллов LiF:Mg,Ti с размерами около 100 мкм. Установлены следующие параметры линейной корреляции: для NaCl – R=0,9975; N=7; P<0,0001, а для LiF:Mg,Ti – R=0,9955; N=7; P<0,0001.

Рис. 4. Дозовая зависимость для исследуемых кристаллов морской соли и (для сравнения) дозовая зависимость для синтетических микрокристаллов LiF:Mg,Ti с размерами около 100 мкм. Приведённые на рисунке погрешности не превышают 5% (1 SD).

Результаты разработки и клинической апробации внутриполостной «ин виво» дозиметрии с применением микрокристаллов NaCl

Сборки микрокристаллов морской соли после их сортировки по размерам герметически запаивали в гибкие тканеэквивалентные трубки с диаметром 1 мм. При брахитерапии рака предстательной железы (РПЖ) органами риска являются уретра и толстый кишечник. Онколог-радиолог перед сеансом брахитерапии, в условиях стерильности, размещал одну из сборок микродозиметров внутри медицинского уретрального катетера, который вводился по медицинским показаниям в уретру. При введении в ректум, две сборки микродозиметров (NaCl и LiF:Mg,Ti) фиксировали в параллельном положении на используемом при брахитерапии ультразвуковом датчике (рис. 5).

Рис. 5. Размещение сборок микродозиметров перед сеансом брахитерапии (фото в центре внизу). При введении в уретру: сборки с NaCl или LiF:Mg,Ti (обозначены как «1» или «2») – фото вверху слева. При введении в ректум сборки фиксировали на УЗИ-датчике: «1» – NaCl и «2» – LiF:Mg,Ti (фото справа вверху).

Клиническая апробация внутриполостной «ин виво» дозиметрии с применением микрокристаллов NaCl при высокомощностной брахитерапии РПЖ показала, что результаты измерений поглощённых доз в органе риска пациентов (прямая кишка) исследуемыми природными кристаллами NaCl согласуются в пределах погрешностей с результатами измерений синтетическими кристаллами LiF:Mg,Ti при внутриполостном размещении и одновременном облучении сборок этих микрокристаллов в органе риска (рис. 6).

18000 -

14000 - to

16000 -

12000 -

юооо -

8000 -

6000 -

4000 -

2000 -

«

о + о

положение в сборке, мм

Рис. 6. Пример: сравнение результатов внутриполостной «ин виво» дозиметрии с применением микрокристаллов NaCl и микрокристаллов LiF:Mg,Ti риска (толстый кишечник) при высокомощностной брахитерапии РПЖ источником ¹²⁹ Ir. На горизонтальной оси точка «0» соответствует максимальной глубине расположения микродозиметров в прямой кишке. Микрокристаллам NaCl соответствуют треугольные символы. Квадраты соответствуют микрокристаллам LiF:Mg,Ti. Указаны погрешности в 2 SD.

Заключение

В условиях термостимуляции радиационно-обусловленной люминесценции исследуемых микрокристаллов морской соли установлено:

• ^    имеется линейная зависимость дозового отклика в диапазоне терапевтических поглощённых доз от 1 до 20 Гр при погрешности измерений интенсивности люминесценции исследуемых образцов микрокристаллов менее 5%;

• ^    регистрируется вполне приемлемый фединг (спад показаний микродозиметров во времени), который не превышает 5% через 5 сут после облучения;

• ^    клиническая апробация «ин виво» дозиметрии с применением микрокристаллов морской соли при высокомощностной брахитерапии РПЖ показала, что результаты измерений поглощённых доз в органе риска пациентов (прямая кишка) исследуемыми природными кристаллами NaCl согласуются в пределах погрешностей с результатами измерений синтетическими кристаллами LiF:Mg,Ti – при внутриполостном размещении и одновременном облучении сборок этих микрокристаллов в органе риска.

Ранее было предложено использовать кристаллы бытовой соли для целей ретроспективной дозиметрии в диапазоне малых доз облучения (до 0,1 Гр) [16]. Результаты выполненных нами исследований и разработок [17], их клиническая апробация показывают перспективы применения микрокристаллов морской соли при терапевтических дозах для клинической «ин виво» дозиметрии при брахитерапии РПЖ источником 192Ir.