Результат интеллектуальной деятельности: Способ протонной терапии при лечении онкологических заболеваний

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при лечении онкологических заболевания методами протонной терапии.

Известен способ проведения облучения злокачественных опухолей (ЗО) пучком адронов [RU 2417804, C1, A61N 5/10, 27.12.2010], включающий проведение предлучевой подготовки, заключающейся в фиксации пациента, определении топометрических параметров ЗО, разработку процедуры конформного облучения, учитывая топометрические параметры ЗО, близко лежащие ткани и органы, критичные к облучению, проведение сеанса конформного облучения с контролем получаемой ЗО дозы, допустимых значений параметров источника облучения, радиационного фона, температуры различных участков источника облучения и магнитооптических цепей доставки пучка к ЗО, причем, во время предлучевой подготовки и при проведении сеанса конформного облучения пациента фиксируют в идентичном отъюстированном положении, определяют топометрические параметры ЗО и доставляют пучок адронов к ЗО пациента в идентичный момент паузы между вдохом и выдохом пациента при отсутствии пика пульсовой волны сердечных сокращений (СС), синхронизированный с программируемым идентичным машинным тактом.

Недостатком способа является относительно низкая эффективность лечения и относительно высокий уровень излучения, попадающий в здоровые органы пациента.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ облучения [RU 2610530, С2, A61N 5/10, 13.02.2017], включающий в себя этапы:

генерирования протонного пучка с помощью циклотрона, причем указанный протонный пучок состоит из множества протонов;

обеспечения первой информации для системы выбора энергии, причем указанная первая информация включает в себя глубину указанной мишени;

выбора уровня энергии указанного множества протонов с помощью указанной системы выбора энергии на основании указанной первой информации;

маршрутизации указанного протонного пучка от указанного циклотрона по каналу передачи пучка до системы сканирования;

обеспечения второй информации для указанной системы сканирования, где указанная вторая информация включает пару поперечных координат и дозу мишени;

направления указанного протонного пучка с помощью магнитной конструкции на участок указанной мишени, определяемый указанной второй информацией, причем магнитная конструкция содержит двунаправленные магниты и отдельные источники питания для магнитов, соответствующие каждому из двунаправленных магнитов;

облучения указанной мишени на основании указанной второй информации; и

управления отдельными источниками питания для указанной магнитной структуры на основании положения пучка в указанной мишени.

Особенностью наиболее близкого технического решения является то, что, в качестве мишени используют злокачественную опухоль.

Кроме того, к особенностям способа можно отнести:

- способ дополнительно включает этап контроля источника питания указанной магнитной конструкции на основании энергии указанного протонного пучка;

дополнительно обеспечивают третью информацию, которая соответствует числу протонов, и мишень облучают протонами на основании третьей информации;

- маршрутизацию указанного протонного пучка от указанного циклотрона по указанному каналу передачи пучка ко второй системе сканирования;

- система сканирования размещена в одном или нескольких процедурных кабинетах;

- циклотрон является сверхпроводящим циклотроном;

- измеряют дозы, доставляемой к мишени во время облучения с помощью камеры переходной ионизации;

- измеряют положение пучка относительно указанного положения и ширины пучка во время этапа облучения с помощью многополосковой ионизационной камеры;

- камера переходной ионизации установлена между указанной магнитной конструкцией и указанной мишенью вдоль указанного протонного пучка.

- дополнительно проводят этап продуцирования указанных первой и второй информации в масштабе реального времени на основании указанного положения пучка и указанной дозы.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно высокий уровень облучения здоровых тканей, что вызывает связанные с этим послелечебные рецидивы.

Задачей изобретения является создание способа, расширяющего арсенал технических средств, используемых при протонной терапии онкологических заболеваний, и обеспечивающего уменьшение уровня облучения здоровых тканей при ее проведении.

Требуемый технический результат заключается в расширении арсенала технических средств, используемых при протонной терапии онкологических заболеваний, и снижении уровня облучения здоровых тканей.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в способе протонной терапии при лечении онкологических заболеваний, заключающемся в том, что, формируют направленный пучок протонов и двумерную проекцию опухоли в плоскости, перпендикулярной пучку протонов, измеряют глубину размещения опухоли, сканируют пучком протонов двумерную проекцию опухоли на глубину опухоли и выбирают при сканировании энергию направленного пучка протонов в соответствии с глубиной размещения опухоли, согласно изобретению, направленный пучок протонов формируют в виде сфокусированного пучка, а положение фокуса меняют при сканировании на глубину размещения опухоли, обеспечивая последовательное перемещение пучка по внешней поверхности опухоли, причем, скорость сканирования устанавливают в каждой точке на внешней поверхности опухоли с учетом интенсивности пучка протонов и диаметра пучка в фокусе, обеспечивающих разрушения облучаемых тканей на внешней поверхности опухоли дозой 50-80 Грэй.

Способ протонной терапии при лечении онкологических заболеваний реализуется следующим образом.

Протоны представляют собой форму ионизирующего излучения, которое более сильно воздействует на быстро делящиеся клетки. Для лечения формируют направленный пучок протонов. Кроме того, предварительно с помощью, например, магнито-резонансных методов и компьютерной томографии определяют полный контур опухоли и ее местоположение в теле пациента, а также форму и плотность окружающих опухоль здоровых органов. Это позволяет определить двумерную проекцию опухоли в плоскости, перпендикулярной пучку протонов и определить глубину размещения опухоли (координаты границ поверхности опухоли). Направленный пучок протонов формируют в виде сфокусированного пучка, а положение фокуса меняют при сканировании на глубину размещения опухоли, обеспечивая последовательное перемещение пучка по внешней поверхности опухоли, причем, диаметр пучка в фокусе определяют, исходя из угловой расходимости пучка протонов, а также многократного рассеяния пучка при прохождении в теле пациента с учетом глубины прохождения, плотности и формы органов. Скорость сканирования устанавливают так, чтобы доза облучения в каждой точке с учетом интенсивности выпущенного пучка составляла величину 50-80 Грэй.

В соответствии с предложенным способом облучение идет не по всему объему опухоли, а только по ее поверхности. Доза облучения в фокусе выбирают из условия разрушения кровеносных сосудов и капилляров, которые питают опухоль. Это потребует меньшего числа протонов (существенно меньшей дозы облучения), чем при облучении всей опухоли. При этом клетки опухоли, не получая кровоснабжения, переходят в состояние апоптоза, что является наиболее безвредным для организма. Поскольку положение фокуса меняют при сканировании на глубину размещения опухоли, то, если опухоль граничит со здоровой тканью только частью своей поверхности (на поверхности тела или на поверхности внутренних полостей тела), облучается только эта граница. Опухоль, как бы, отрезается пучком от здоровой ткани. Если распад опухоли длится значительное время, можно повторять облучения, чтобы кровеносные сосуды, питающие опухоль не смогли восстановиться.

Эксперименты проводились на самцах мышей колонии SHK массой 24-28 г, которых содержали в стандартных условиях вивария. В каждой группе было по 10-30 животных.

Моделью опухоли служила солидная форма асцитной карциномы Эрлиха, перевиваемая внутримышечно в бедро левой задней лапы в количестве 2 млн клеток. Динамику роста асцитной карциномы Эрлиха регистрировали по объему опухоли еженедельно в течение месяца.

Облучение проводили на протонном синхротроне тонким пучком сфокусированных протонов методом сканирования с энергией протонов на выходе ускорителя 85-100 МэВ, сигма пучка составляла 2,8-3,6 мм. Режим облучения был импульсный с длительностью 200 мс и циклом 2 с. Контроль дозы осуществляли клиническим дозиметром на основе алмазного детектора (ИФТП, Россия) и дозиметрической пленкой (Gafchromic adiotherapy film ЕВТ2, США). Мышей облучали двумя фракциями по 30, 50, 80 Гр с интервалами между ними от 4 до 24 ч. Опухоли у мышей при облучении дозой 50-80 Грэй рассасываются в течение нескольких недель. В другой серии экспериментов при дозах мене 30 Грэй рост опухоли лишь замедлялся и продолжал расти при прекращении облучения, а при дозах более 80 Грэй опухоль погибала, но возникали побочные эффекты в виде воспаления поверхностных тканей в районе прохождения пучка и другие нежелательные побочные рецидивы.

Таким образом, при реализации предложенного способа существенно уменьшается доза облучение здоровых тканей, тем самым, достигается требуемый технический результат, поскольку расширяется арсенал технических средств, используемых при протонной терапии онкологических заболеваний, и обеспечивается уменьшение уровня облучения здоровых тканей при ее проведении.