Дозиметрия при РНТ

Доизметрия при РНТ

Одной из наиболее важных вех в истории развития радионуклидной терапии стал 1896 год. Именно в этом году французский физик Антуан Анри Беккерель открыл явление радиоактивности, а через 2 года семейная пара Мари и Пьер Кюри открыли радиоактивность тория и радиоактивные элементы уран и плутоний. После этих знаменательных событий встал вопрос о применение новых знаний в практических целях. Одним из первых областей, где начали использовать радиоактивные элементы стала медицина. Впервые радионуклидную терапию с 224-Ra провели французские физики Анри-Александр Данло и Эжен Блок в 1901 году при кожном туберкулезе.

С появлением радионуклидной терапии вставал вопрос о безопасности новой процедуры как для пациентов, так и для сотрудников медицинского учреждения, вовлеченных в оказание медицинской помощи. Необходимо было установить нормы и ограничения  при работе с ионизирующим излучением, потому что оно несет не только положительный эффект лечения, но может отрицательно сказываться на человеке. В качестве данного критерия было введено такое понятие как “доза”.  Однако, прежде чем в дозиметрии начали применять физически обоснованные методы по измерению, применяли биологические методы дозиметрии. Так обнаруженные и впоследствии хорошо изученные ранние поражения кожных покровов у лиц, работающих с ионизирующим излучением, послужили основанием для предложений ведущих радиологов мира об ограничении профессионального облучения.

Что же такое доза? Доза – физическая величина, при помощи которой оценивается воздействие ионизирующего излучения на любые вещества, живые организмы и их ткани. Существует несколько видов доз: поглощенная, экспозиционная, эквивалентная и эффективная. Именно они лежат в основе такого раздела в физике как дозиметрия. Дозиметрия – область физики, рассматривающая ионизирующее излучение, физические величины, характеризующие поле излучения или взаимодействие излучение с веществом, а также принципы и методы определения этих величин. Дозиметрия имеет дело с такими физическими величинами ионизирующего излучения, которые определяют его химическое, физическое и биологическое действие. Важнейшее свойство дозиметрических величин – установленная связь между измеряемой физической величиной и ожидаемым радиационным эффектом. Именно благодаря дозиметрии  применить персонализированный подход  к каждому пациенту при проведение радионуклидной терапии.

За последние несколько десятилетий был достигнут прогресс в количественном определении дозы при введении радионуклидов, и в сопоставлении этого результата с биологическими эффектами. Настоящий метод дозиметрии основан на формализме медицинской дозы внутреннего облучения (MIRD – the medical internal radiation dose formalism), который является признанным методом расчета дозы, источником которой является внутренняя биологическая структура, содержащая введенные радионуклиды. Для расчета дозы необходимо проведение математического моделирования и прямого измерения зависящей от времени концентрации активности радионуклида в мишени и других тканях.

Моделирование S-фактора. Фантомные исследования

Моделирование S-фактора.

Дозиметрическое планирование с применением планарной сцинтиграфии с 131-I

Дозиметрия при РНТ

В традиционном подходе MIRD средняя поглощенная доза, которую целевой орган получает от указанного источника, оценивается на основе анатомической модели. Общая поглощенная доза в объеме мишени представляет собой сумму вкладов поглощенной дозы от источников в целевой ткани и источников в окружающих тканях.

Классические дозиметрические подходы для планирования радионуклидной терапии основаны на применение 2D визуализации, что несомненно помогает получить персональную информацию о кинетике радиофармпрепарата, но из-за низкой разрешающей способности метода обладают достаточной погрешностью и не учитывают перекрытие структур.

Количественная однофотонная эмиссионная компьютерная томография (SPECT) и позитронно-эмиссионная томография (PET), обеспечивают трехмерную визуализацию распределения активности при выполнении процедуры воксельной дозиметрии. Используя методы математического моделирования (Монте-Карло) область накопления радиофармпрепарата можно представить в виде карты поглощенной дозы. При реконструкции изображений эмиссионных методов визуализации обычно применяют поправки, включающие в себя: однородность, ослабление, рассеивание, восстановление разрешения, а также эффект частичного объема (наиболее важная поправка при работе с вокселями).

Что же такое поглощенная доза и какой математический аппарат описывает её? Поглощенная доза определяется как средняя энергия, переданная ткани-мишени на единицу массы ткани. Согласно схеме MIRD, средняя поглощенная доза, D ( r T , T D ), для ткани-мишени, r T , за период накопления дозы, T D , от введенного радионуклида, равномерно распределенного в ткани-источнике, r S описывается уравнением:

Дозиметрия при РНТ

где Ã ( r S , T D ) – кумулятивная активность (общее количество ядерных превращений) в r S за T D, а S ( r Tr S ) – поглощенная доза в r T на одно ядерное превращение в r S . Значение S – фактора являются специфическими величина для каждого органа и радионуклида, их можно получить из расчетов с использованием моделирования в среде GATE, Geant4.

Дозиметрия при РНТ

Дозиметрическое планирование радионуклидной терапии с 177-Lu c применением ОФЭКТ/КТ

Персонализированное планирование лечения обеспечивает эффективность радионуклидной терапии, избегая при этом потенциальной токсичности для критических органов, за счет учета фармакокинетики конкретного пациента. Последовательная визуализация распределения радионуклидов лежит в основе дозиметрического планирования радионуклидной терапии и служит неинвазивным инструментом для прогнозирования поглощенной дозы как опухолью, так и критическими органами.

X