Создание отечественного программного обеспечения дозиметрического планирования брахитерапии с микроисточниками АО "ГНЦ РФ - ФЭИ"

По данным российского Центра информационных технологий и эпидемиологических исследований в области онкологии (МНИОИ им. П. А. Герцена) в структуре заболеваемости злокачественными новообразованиями мужского населения России в 2014 году рак предстательной железы (РПЖ) стоял на втором месте (14,3%) и впервые был диагностирован у 37 186 человек, в то время как в 2004 году этот показатель составлял всего 15 238 человек. Примерно половина всех впервые диагностированных случаев РПЖ в России относятся к 1 и 2 стадии заболевания, для которых возможно проведение брахитерапии с применением микроисточников (МИ) с йодом-125.

На площадке АО «ГНЦ РФ – ФЭИ» создано опытное производство отечественных микроисточников с йодом-125, мощностью 50 тыс. МИ в год, рыночная стоимость которых позволит оказывать высокотехнологичную помощь пациентам по квотам.

Актуальность. При проведении брахитерапии РПЖ, клиникам необходимо использовать соответствующее программное обеспечение (ПО) по индивидуальному дозиметрическому планированию. В мире существуют фирмы, разрабатывающие такое ПО для зарубежных микроисточников, однако, во-первых его стоимость слишком высока и каждые 2–3 года клиники должны его обновлять, и во-вторых, отечественные микроисточники, разработанные по индивидуальному проекту ФЭИ, не прописаны ни в одном их них. Таким образом, возникает потребность в разработке отечественного ПО.

Цель. разработка отечественного программного обеспечения для индивидуального дозиметрического планирования при проведении брахитерапии рака предстательной железы микроисточниками с йодом-125.

Материалы и методы. Требования к ПО.

• •    Программный комплекс должен предоставлять пользователю (лечащему врачу) возможность выполнять планирование операции и осуществлять расчет дозовых нагрузок на органы и ткани пациента при брахитерапии в on-line режиме, при известных ограничениях по времени экспозиции и поглощенной дозе в близлежащих здоровых органах и тканях.

• •    Исходными данными для данной программы при планировании операции являются томографические снимки (УЗИ, КТ) пораженного органа, соседних с ним органов и заданные пользователем местоположения, активности и геометрические размеры источников ионизирующего излучения.

• •    В результате расчетов программы пользователь (медицинский физик/радиолог) получает информацию о поглощенной дозе, которую данный пациент приобретет в результате операции брахитерапии.

• •    ПО должно обеспечивать проведение оптимизационных расчетов для минимизации дозовых нагрузок на близлежащие к простате органы и ткани при создании лечебной дозы облучения в опухоли.

• •    Программное обеспечение и методика расчета доз должны обеспечить точность расчета и пользовательский интерфейс на уровне используемых систем для клинико-дозиметрического планирования PSID или VАRISEED.

Обобщённая последовательность изготовления компонентов ПО, его тестирования и адаптации (создание «бета-версии» ПО) выглядит следующим образом:

• 1.    Моделирование микроисточника ФЭИ и входного файла данных для использования в прецизионных расчётах доз-ных полей;

• 2.    Изготовление базы данных (на основе прецизионных расчетов) для оперативного расчёта доз при планировании облучения на предоперационном этапе;

• 3.    Изготовление блока ПО, обеспечивающего интерактивную подготовку к операции на основе данных визуализации, планируемой конфигурации дозных терапевтических полей и базы данных;

• 4.    Создание компонента ПО, обеспечивающего автоматическую «сборку» блока облучения и формирование входного файла для прецизионных расчётов в соответствии с выбранной на предоперационном этапе конфигурацией источников;

• 5.    Создание компонента ПО для прецизионных расчётов реальных терапевтических нагрузок (с использованием данных постоперационной визуализации), а также нагрузок на критические органы и ткани пациента;

• 6.    Создание компонента ПО для определения, на основе представительной совокупности типичных сценариев, для определения дозовых нагрузок на персонал при операции, а также нагрузок на окружающих после операции;

• 7.    Всестороннее тестирование ПО на представительном наборе сценариев, имеющих исчерпывающее описание и позволяющих адекватную реконструкцию;

• 8.    Адаптация бета-версии ПО к общим требованиям радиационной безопасности и конкретным рекомендациям медицинского физика/радиолога к режимам предоперационной подготовки, номенклатуре, полноте и формату представления информации на этапах использования ПО;

• 9.    Обеспечение возможности «отчуждения» с последующим освоением ПО посредством обучения персонала;

• 10.    Сопровождение и модернизация ПО.

Микроисточник с йодом-125 (ФЭИ) представляет собой герметично запаянный в титановую капсулу серебряный стержень, покрытый тонким слоем радиоактивного йода-125.

Параметры МИ: длина титановой трубки – 4,5 мм, длина серебряного стержня – 3 мм, диаметр серебряного стержня – 0,5 мм, диаметр трубки – 0,8 мм, толщина – 0,05 мм.

Период полураспада йода-125 равен 59.43 дням. В процессе распада йода-125 выделяется энергия 27.202 (0.406), 27.472(0.757), 30.98(0.202), 31.71(0.0439), 35.492(0.0668) кэВ (фотон на 1 распад). Толщина слоя нанесенной активности микроисточника составила 8*10–3 мкм или 80 A слоя материала AgI, соответствующего значению нанесенной активности в 1 мКи.

Результаты. Была создана «База данных» двумерных массивов переменных (координата микроисточника, направления на мишень) для прецизионной модели простаты и проведены пробные расчеты с фактическим положением микроисточников для пациента, которому была проведена брахитерапия в МРНЦ им. А. Ф. Цыба – филиале ФГБУ «НМИРЦ» Минздрава России, в рамках клинических испытаний.

Была создана математическая модель микроисточников производства АО «ГНЦ РФ – ФЭИ» для расчетов с помощью программного комплекса MCNP и получены подробные распределения радиальной функции и функции анизотропии для микроисточника, в сравнение с данными NIST (tg43).

Для расчетов по коду MCNP была создана математическая модель решетки микроисточников для планирования брахитерапии РПЖ.

Заключение. Разрабатываемое отечественное ПО для дозиметрического планирования брахитерапии РПЖ обеспечит возможность проведения широкому кругу больных доступных операций с применением отечественных микроисточников с йодом-125.