Стереотаксическая радиохирургия

Физические принципы стереотаксической радиохирургии

Стереотаксическая радиохирургия (СРХ) представляет собой неинвазивную методику высокоточной доставки ионизирующего излучения в строго ограниченные участки головного мозга и других анатомических структур. В отличие от традиционной хирургии, воздействие осуществляется без разрезов, посредством одномоментной или гипофракционированной подачи высоких доз радиации, сфокусированной с субмиллиметровой точностью.

Ключевым физическим принципом СРХ является конформность распределения дозы: высокая доза доставляется строго в пределах мишени, при резком градиенте снижения дозы за её пределами. Это достигается за счёт пересечения нескольких пучков фотонного или протонного излучения, каждый из которых сам по себе безопасен для пересекаемых тканей, но формирует высокую суммарную дозу в зоне пересечения.

Координатная система и стереотаксическая точность

В основе методики лежит стереотаксическая система координат, позволяющая точно позиционировать мишень в трехмерном пространстве. Она реализуется при помощи:

  • Рамочной системы (например, система Лексаелла): жесткая фиксация головы пациента в пространстве.
  • Фрейм-менее систем (например, CyberKnife): использование динамического позиционирования на основе изображений.

Точность локализации мишени в СРХ составляет порядка 0,5 мм и ниже, что требует тщательной калибровки оборудования, учёта механических, геометрических и радиологических факторов.

Источники и типы излучения в СРХ

Стереотаксическая радиохирургия может проводиться с использованием различных источников ионизирующего излучения:

  • Фотонное излучение:

    • Гамма-нож (Gamma Knife): использует более 190 изотропно направленных пучков γ-излучения от источников Co-60.
    • Линейные ускорители (LINAC): применяются для генерации мегавольтного рентгеновского излучения. Используются в системах Novalis, TrueBeam STx и др.
    • Роботизированные системы (CyberKnife): основаны на линейных ускорителях, размещенных на многоосевом роботизированном манипуляторе.

  • Протонное излучение:

    • Обладает высоким градиентом дозы за мишенью (эффект Брэгговского пика), что даёт значительное преимущество при защите критических структур.

Дозиметрические параметры и фракционирование

Для СРХ характерна высокая однократная очаговая доза (до 15–25 Гр и выше), доставляемая за одну процедуру или в ограниченном числе фракций (гипофракционирование: 2–5 сеансов). Основные дозиметрические параметры:

  • Изодоза охвата (prescription isodose line): линия, соответствующая уровню дозы, охватывающему мишень, чаще всего 50–90% от максимума.
  • Градиент дозы: резкое падение за пределами мишени, обычно более 10% на каждый миллиметр от границы.
  • Индекс конформности: отношение объема, охваченного предписанной дозой, к объему мишени. Чем ближе к 1, тем выше точность доставки дозы.

Погрешности и коррекция движения

Точность стереотаксической радиохирургии зависит от многих факторов:

  • Погрешности позиционирования: обусловлены механическими отклонениями, нестабильностью пациентской укладки, погрешностями верификации.
  • Движение мишени: особенно критично при лечении внечерепных структур (лёгкие, печень). В системах типа CyberKnife применяется реальное слежение за движением мишени в реальном времени (синхронизация с дыханием, использование радиометок и др.).

Коррекция осуществляется посредством:

  • IGRT (Image-Guided Radiation Therapy)
  • CBCT (Cone Beam CT)
  • Оптических и рентгеновских трекинг-систем

Планирование и моделирование дозного распределения

Процесс планирования СРХ включает:

  1. Импорт диагностических изображений (МРТ, КТ, ПЭТ), с учётом плотностей тканей.

  2. Контурирование мишени и органов риска.

  3. Оптимизация дозного распределения:

    • Использование многолистовых коллиматоров (MLC)
    • Коллиматоров переменного диаметра
    • Планирование с обратным решением задачи (inverse planning)

  4. Верификация плана: с использованием дозиметрических фантомов, плёнок, ионных камер, систем EPID и др.

Биофизическая эффективность и радиобиология

Радиобиологическая модель, применяемая для оценки эффекта СРХ, отличается от традиционной:

  • Используется линейно-квадратичная модель с учетом высокой дозы на фракцию.
  • Параметр α/β (радиочувствительность тканей) играет ключевую роль. При высоких дозах (>10 Гр) модель линейно-квадратичного приближения теряет точность, и используются модифицированные версии, например, LQ-L model.

Кроме того, СРХ оказывает не только прямое цитотоксическое воздействие, но и инициирует радиоиммунный эффект, повреждение сосудов, индуцирует апоптоз и аутофагию.

Клиническое применение и физические ограничения

СРХ наиболее эффективно используется при:

  • Артериовенозных мальформациях
  • Менингиомах, невриномах, метастазах головного мозга
  • Первичных опухолях ЦНС малых размеров

Однако физические ограничения метода включают:

  • Необходимость в строгом ограничении объёма мишени (обычно до 3–4 см)
  • Ограничения по близости к радиочувствительным структурам (зрительный перекрест, ствол мозга и др.)
  • Риск радионекроза при превышении допустимых доз на окружающие ткани

Калибровка и контроль качества

Для обеспечения точности и безопасности проведения СРХ требуется регулярная и строго регламентированная система контроля качества, включающая:

  • Калибровку дозиметрической системы (по протоколу IAEA, AAPM TG-51, TRS-398 и др.)
  • Контроль геометрии изоцентра (тесты Winston–Lutz)
  • Проверку точности навигации и механики системы
  • Сравнение расчетной и измеренной дозы (γ-анализ)

Развитие и интеграция с другими технологиями

Современные направления развития СРХ включают:

  • Интеграцию с функциональной нейровизуализацией (fMRI, DTI) для учета критических структур.
  • Мультиомное моделирование ответа опухоли на СРХ (радиогеномика).
  • Использование ИИ в планировании и оптимизации дозы.
  • Онлайн-адаптивные стратегии лечения.

Технологическая эволюция СРХ направлена на снижение инвазивности, повышение точности и адаптацию терапии в режиме реального времени.

Оглавление