RU2420332C2 - Способ проведения облучения злокачественных опухолей легких пучком адронов и устройство для его осуществления - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при выполнении лучевой терапии злокачественных опухолей. Способ включает проведение предлучевой подготовки, заключающейся в фиксации пациента, определении телеметрических параметров злокачественных опухолей, разработку процедуры конформного облучения, учитывая топометрические параметры злокачественных опухолей, близко лежащие ткани и органы, критичные к облучению, проведение сеанса конформного облучения с контролем получаемой злокачественной опухолью дозы, допустимых значений параметров источника облучения, радиационного фона, температуры различных участков источника облучения и магнитооптических цепей доставки пучка к злокачественной опухоли. При этом во время предлучевой подготовки и при проведении сеанса конформного облучения пациента фиксируют в идентичном отюстированном положении, определяют топометрические параметры злокачественных опухолей и доставляют пучок адронов к злокачественной опухоли пациента в виде импульса разрешения подачи пучка на злокачественную опухоль легких в момент паузы между вдохом и выдохом пациента при отсутствии пика пульсовой волны сердечных сокращений при неизменных размерах грудной клетки. Медицинский протонно-ионный комплекс содержит генератор заряженных частиц, соединенный через многоканальное устройство магнитной транспортировки излучения с многоканальным устройством лучевой терапии, снабженным излучающими головками, криогенную станцию, блок холодильных газовых машин, аппаратуру контроля и аварийной сигнализации, а также подсистему цифровых средств управления, управляющий выход которой подключен к входу разрешения подачи пучка генератора заряженных частиц. Генератор заряженных частиц снабжен ускоряющими и отклоняющими магнитами, многоканальное устройство магнитной транспортировки излучения - транспортирующими и отклоняющими магнитами, а облучающие головки устройств лучевой терапии - сканирующими и фокусирующими магнитами. Обмотки всех магнитов выполнены сверхпроводящими и снабжены каналами охлаждения, соединенными по парогазовой смеси агента охлаждения с криогенной станцией, а по газовому агенту охлаждения - с холодильными газовыми машинами. Дополнительно комплекс содержит средства физиологической обратной связи, включающие средства, определяющие временные параметры дыхания в виде термочувствительных датчиков, реагирующих на холодный воздух при вдохе и на горячий воздух при выдохе или оптоэлектронных датчиков, реагирующих на изменение размеров грудной клетки при дыхании пациента, и пульсовой волны сердечных сокращений пациента в режиме реального времени, расположенные на теле пациента. Использование изобретения позволяет более точно облучать злокачественные опухоли легких в процессе дыхания больных, не травмируя близлежащие здоровые ткани и органы. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение используется в медицинской технике и при выполнении лучевой терапии злокачественных опухолей (ЗО) пучками адронов, конкретно к лечению онкологических заболеваний медицинскими пучками протонов и ионов.

Известны способы и устройства протонной лучевой терапии (например, способ и система применения радиационной терапии - патент США №7295649, 61N 5/10, приоритет от 13.10.2005, публикация в журнале «Медицинская физика» №3.№4 «Развитие протонной лучевой терапии (ПЛТ) в мире и в России» авторов Г.И.Кленова и B.C.Хорошкова и др.). Однако, несмотря на высокий уровень, достигнутый в результате многолетних работ ученых всего мира, известные способы и устройства ПЛТ не отвечают современным требованиям к лучевой терапии радиорезистентных ЗО и по точности попадания пучка на клиническую мишень (облучаемую ЗО) во время процессов дыхания пациента. Особенно это критично для пациентов с ЗО легких (одна из самых распространенных форм ЗО), когда при дыхании пучок может попасть на близлежащие здоровые ткани и органы.

Наиболее близким способом и устройством облучения ЗО, являющимися прототипом, являются способ и устройство, приведенные в описании полезной модели RU №81078 «Система протонно-ионной терапии онкологических заболеваний», A61N 5/10, приоритет от 06.10.2008. Устройство по указанной модели позволяет эффективно проводить лучевую терапию радиорезистентных ЗО, а также имеет резко (на порядок) меньшие резистивные потери энергии в ускоряющих, транспортирующих и отклоняющих магнитах системы. Однако способ и устройство прототипа обладают недостаточной точностью попадания пучка адронов на клиническую мишень, например, ЗО легких в процессе дыхания пациента.

Целью настоящего изобретения является увеличение точности попадания пучка адронов на ЗО легких в процессе дыхания пациента и уменьшение вероятности повреждения близлежащих здоровых тканей и органов.

Поставленная цель достигается предлагаемыми способом и устройством. При этом в заявляемом способе проведения облучения ЗО легких пучком адронов, включающем 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, в отличие от аналогов и прототипа во время предлучевой подготовки и при проведении сеанса конформного облучения пациента фиксируют в идентичном оттестированном 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.

Для осуществления предлагаемого способа устройство для проведения облучения злокачественных опухолей (ЗО) легких пучком адронов - медицинский протонно-ионный комплекс - содержит генератор заряженных частиц, соединенный через многоканальное устройство магнитной транспортировки излучения с многоканальным устройством лучевой терапии, снабженным облучающими головками, криогенную станцию для охлаждения парогазовой смесью гелия обмоток магнитов генератора заряженных частиц, аппаратуру контроля и аварийной сигнализации, а также содержит подсистему цифровых средств управления, соединенную по информационным входам и управляющим выходам с соответствующими элементами комплекса, причем генератор заряженных частиц снабжен ускоряющими и отклоняющими магнитами, многоканальное устройство магнитной транспортировки излучения - транспортирующими и отклоняющими магнитами, а облучающие головки устройств лучевой терапии - сканирующими и фокусирующими магнитами, блок холодильных газовых машин для охлаждения газом гелия обмоток магнитов многоканальных устройств транспортировки излучения и лучевой терапии, при этом обмотки всех магнитов выполнены сверхпроводящими и снабжены каналами охлаждения, соединенными по парогазовой смеси агента охлаждения с криогенной станцией, а по газовому агенту охлаждения - с холодильными газовыми машинами, установленными в непосредственной близости у соответствующих магнитов, он также дополнительно содержит средства физиологической обратной связи, включающие средства, определяющие временные параметры дыхания и пульсовой волны СС пациента, расположенные на теле пациента, информационными выходами соединенные с информационными входами подсистемы цифровых средств управления, управляющий выход которой подключен к входу разрешения подачи пучка генератора заряженных частиц.

Сущность заявляемых изобретений поясняется чертежами, на которых изображено:

на фиг.1 - структурно-функциональная схема устройства для осуществления заявленного способа - медицинского протонно-ионного комплекса.

на фиг.2 - временная диаграмма параметров дыхания (а), пульсовой волны СС (б) пациента, тактовых импульсов машинного цикла (в), импульса разрешения подачи пучка на ЗО легких (г).

37 - фаза вдоха, когда холодный воздух поступает из окружающей среды пациенту; размеры грудной клетки изменяются от минимального значения до максимального значения.

38 - фаза паузы между вдохом и выходом, когда воздух не поступает из окружающей среды пациенту; размеры грудной клетки остаются неизменными (т.е. максимального значения). Заштрихованная часть - временная область, когда ЗО легких неподвижна.

39 - фаза выдоха, когда горячий воздух поступает от пациента в окружающую среду; размеры грудной клетки изменяются от максимального значения до минимального значения.

Медицинский протонно-ионный комплекс содержит генератор 1 заряженных частиц, многоканальное устройство 2 магнитной транспортировки излучения и многоканальное устройство 3 лучевой терапии, снабженное облучаемыми головками 24, криогенную станцию 7 для охлаждения парогазовой смесью гелия обмоток магнитов генератора 1 заряженных частиц, блок 8 холодильных газовых машин 9 для охлаждения газообразным охлажденным гелием обмоток магнитов многоканального устройства 2 транспортировки излучения и многоканального устройства 3 лучевой терапии, аппаратуру 6 контроля и аварийной сигнализации, подсистему цифровых средств управления, средства физиологической обратной связи, включающие средства, определяющие временные параметры дыхания (датчик 26 дыхания) и пульсовой волны СС пациента (датчик 27 пульса) в режиме реального времени. Датчики 26 и 27, расположенные на теле пациента, информационными выходами соединены с информационными входами подсистемы 5 цифровых средств управления, управляющий выход которой подключен к входу разрешения подачи пучка генератора заряженных частиц. В состав устройства 3 входят устройства 25 позиционирования и фиксации.

Генератор 1 заряженных частиц, многоканальные устройства 2 и 3 снабжены блоками магнитов со сверхпроводящими обмотками, причем генератор 1 заряженных частиц снабжен ускоряющими и отклоняющими магнитами, многоканальное устройство 2 магнитной транспортировки излучения транспортирующими и отклоняющими магнитами, а облучающие головки 24 многоканального устройства 3 лучевой терапии - сканирующими и отклоняющими магнитами со сверхпроводящими обмотками. Генератор 1 заряженных частиц соединен через многоканальное устройство 2 магнитной транспортировки излучения с многоканальным устройством 3 лучевой терапии, каждый канал которого снабжен облучаемыми головками 24. Подсистема 5 цифровых средств управления соединена по информационным входам и управляющим выходами с соответствующими элементами комплекса посредством локальной информационной сети 10. Система 4 охлаждения содержит криогенную станцию 7 для охлаждения парогазовой смесью гелия обмоток магнитов генератора 1 заряженных частиц и блок 8 холодильных газовых машин 9 для охлаждения газообразным охлажденным гелием обмоток магнитов многоканального устройства 2 транспортировки излучения и многоканального устройства 3 лучевой терапии. Обмотки всех магнитов выполнены сверхпроводящими и снабжены каналами охлаждения, соединенными по парогазовой смеси агента охлаждения с криогенной станцией 7, а по газовому агенту охлаждения - с холодильными газовыми машинами 9, установленными в непосредственной близости у соответствующих магнитов. Криогенная станция 7 выполнена в виде гелиевой установки охлаждения типа КГУ 1600/4.5, снабженной емкостью с жидким гелием, поршневым компрессором типа 1 ВУВ-45/150 и/или винтовым компрессором типа « Каскад- 80/25, фильтрами осушки гелия, а также -соединительными коллекторами прямого и обратного потока гелия. Холодильные газовые машины (криокулеры) 9 выполнены в виде теплообменников газа гелия с охлажденным азотом. Подсистема 5 цифровых средств управления содержит центральное многопроцессорное устройство 11, сервер 12 лечебных данных, сервер 13 файлов пациентов, сервер 46 данных комплекса, соединенные в локальной информационной сети с подсистемой 49 управления облучением и контроля проводимого сеанса, подсистемой 48 обеспечения гарантии качества облучения и безопасности пациента и соединенные с ними локальной информационной сетью 10 не менее четырех автоматизированных рабочих мест (АРМ) 14, оснащенных персональными компьютерами для онкорадиологов, обследующих онкологических больных и разрабатывающих исходные данные для трехмерной (3D) подсистемы планирования лечения, и не менее четырех АРМ 15, оснащенных промышленными компьютерами управления облучением ЗО. При этом промышленные компьютеры непосредственно размещены у соответствующих установок 23 лучевой терапии устройства 3. Сервер 12 лечебных данных содержит носители информации с планами лечения множества пациентов, рубрики Международной классификации болезней X пересмотра (МКБ-Х), комплексный классификатор данных о больных злокачественными новообразованиями (ЗН) в системе Государственного ракового регистра со всеми кодификаторами (способов облучения, видов лучевой терапии, методов лучевой терапии и др.). Сервер 46 данных комплекса содержит носители информации о номинальных и пороговых технических параметрах комплекса и его составных частей, в том числе значений токов, напряжений, радиационного фона, температуры, давления и линейного перемещения конструкционных элементов устройств лучевой терапии, конструкторской документации комплекса и его составных частей эксплуатационной документации, медицинском и управленческом документообороте, электронные подсказки для медицинских физиков, обслуживающего персонала по вопросам, возникающим при эксплуатации. Сервер 13 файлов пациентов содержит базы персональных данных пациентов, включенных в регистрационные или контрольные карты больных ЗН, а также базы видеоизображений ЗО множества пациентов (с идентификаторами номера регистрационной карты, сеансов, дат и времени). Кроме того, в сервере файлов пациентов размещены данные о методах и средствах фиксации пациента для лучевой терапии, диапазонах, направлениях и скоростях линейных перемещений и углового сканирования устройств 25 позиционирования и фиксации и облучающей головки 24, оптимальные с точки зрения минимизации облучения здоровых тканей.

Подсистема 5 цифровых средств управления соединена по информационным входам с аппаратурой 6 контроля и аварийной сигнализации, которая содержит пороговые устройства, соединенные с датчиками радиационного фона, датчиками температуры, датчиками линейных и угловых перемещений конструкционных элементов устройств лучевой терапии (на чертежах не показаны). Многоканальное устройство 2 магнитной транспортировки излучения содержит расположенные на одной оси и соосно транспортирующие дипольные и квадрупольные магниты со сверхпроводящими обмотками с последовательным чередованием этих магнитов, а также содержит не менее восьми отклоняющих магнитов со сверхпроводящими обмотками для вывода и транспортировки излучения в облучающие головки 24 устройства 3, оснащенные сканирующими и фокусирующими магнитами со сверхпроводящими обмотками.

Многоканальное устройство 3 лучевой терапии содержит не менее четырех аппаратов 23 лучевой терапии с облучающей головкой 24 на каждый канал, стационарное и/или мобильное устройство 25 позиционирования и фиксации пациента, устройство 16 визуализации ЗО, включающие позиционно-эмиссионный томограф (ПЭТ) 41 и компьютерный томограф (КТ) 42, устройство 50 визуализации пучка заряженных частиц, соединенные по двунаправленной локальной информационной сети 10 с АРМ 15, содержащими промышленные компьютеры управления облучением ЗО. Стационарное устройство 25 позиционирования и фиксации выполнено совмещенным с аппаратом 23 лучевой терапии «гантри» с горизонтальной фиксацией пациента, а мобильное - автономным и с возможностью фиксации пациента в любом удобном для терапии пространственном положении и возможностью перемещения устройства позиционирования и фиксации вместе с пациентом между АРМ 14 онкорадиологов. Магнитооптическая подсистема «гантри» (магнитной транспортировки излучения) и крепящая ее поворотная платформа являются крупногабаритным инженерным сооружением. Мобильное устройство позиционирования и фиксации может быть выполнено в виде кресла, снабженного приводом с тремя степенями свободы и установленного на мобильной платформе с колесами, причем кресло снабжено прижимными и растяжными механическими упорами для жесткой фиксации облучаемой части тела пациента относительно кресла, а привод выполнен с цифровым управлением и с возможностью качания кресла относительно направления пучка протонно-ионного излучения.

Сверхпроводящие обмотки магнитов выполнены из сверхпроводящего кабеля, содержащего мельхиоровую трубку круглого или прямоугольного сечения для канализации охлаждающего агента: парогазовой смеси для охлаждения обмоток магнитов генератора 1 заряженных частиц или - канализации охлажденного газа гелия для охлаждения обмоток магнитов устройств 2 и 3. С внешней стороны трубки и вдоль нее проложены токопроводы преимущественно из золота, серебра или меди. С внешней стороны токопроводов установлено противоизломное покрытие из накрученной на токопроводы нихромовой проволоки, с внешней стороны которой последовательно накручены теплоизоляционная каптоновая лента и изоляционная лента из стекловолокна. Каналы трубок охлаждения сверхпроводящих обмоток магнитов 9 генератора 1 парогазовой смесью гелия соединены с криогенной станцией 7, а каналы трубок охлаждения магнитов устройств 2 и 3 - с соответствующими машинами 9 охлаждения газа гелия, установленными непосредственно у соответствующих магнитов. Средства физиологической обратной связи содержат средства, определяющие временные параметры дыхания (датчик дыхания 26) и пульсовой волны СС пациента (датчик пульса 27). Управляющий выход подсистемы 5 цифровых средств управления подключен к входу разрешения подачи пучка генератора 1 заряженных частиц (в данном случае протонов и ионов углерода ¹²С). Средства физиологической обратной связи, включающие датчик 26 дыхания и датчик 27 пульса, размещаются на теле пациента. Датчик 26 дыхания может быть выполнен термочувствительным (реагирующим на холодный воздух при вдохе и на горячий воздух при выдохе) или оптоэлектронным (реагирующим на изменение размеров грудной клетки при дыхании пациента). В качестве датчика дыхания может быть использован датчик дыхания из комплекта профессионального компьютерного полиграфа «ПИК-01А» или аналогичный. Информационные выходы датчика 26 дыхания подключены к соответствующим информационным входам подсистемы 5 цифровых средств управления. Датчик 27 пульса может быть выполнен на основе оптопары. В зависимости от степени наполнения пальца кровью изменяется интенсивность излучения с инфракрасного светодиода, проходящего через палец, попадающего на фотодиод с другой стороны пальца. В качестве датчика пульса может быть также использован датчик пульса из комплекта специального профессионального аппарата РИКТА-05(5) магнито-лазерной терапии или аналогичный. Информационные выходы датчика 27 пульса подключены к соответствующим информационным входам подсистемы 5 цифровых средств управления.

Генератор 1 заряженных частиц содержит последовательно соединенные сменный источник заряженных частиц типа ЛУ-20, а также кольцевой или линейный ускоритель протонов и ионов, снабженный блоком магнитов со сверхпроводящими обмотками и цифровым управлением, причем блок магнитов включает ускоряющие дипольные ЗО и квадрупольные 31 магниты, установленные равномерно на оси ускорителя с последовательным их чередованием, а также включает вводной 32 и выводной 33 отклоняющие магниты. Через вводной магнит 32 ускоритель 29 соединен с выходом источника 28 заряженных частиц, а через выводной магнит 33 - с многоканальным устройством 2 транспортировки адронного (протонно-ионного) излучения. Аппарат 23 лучевой терапии типа «гантри» включает в себя поворотную установку, несущую один канал многоканального устройства 2 транспортировки излучения (начиная от отклоняющего магнита 36 через последовательно чередующиеся транспортирующие квадрупольные 34 и дипольные 35 магниты (со сверхпроводящими обмотками) и кончая облучающей головкой 24), обеспечивая вращение пучка протонно-ионного излучения вокруг зафиксированного лежа пациента.

Устройство визуализации ЗО содержит позитронно-эмиссионный томограф (ПЭТ) 41 и компьютерный томограф (КТ) 42 с единым форматом представления изображений и возможностью наложения изображений друг на друга. Устройство 50 визуализации пучка адронного излучения выполнено в виде ПЭТ. Подсистема 48 обеспечения гарантии качества облучения и безопасности пациента включает в себя датчики радиационного фона, дозиметрические, мониторные ионизационные камеры, температурные и т.п.), АРМ 45 дозиметриста, АРМ 43 медицинского физика и АРМ 44 пациента.

АРМ 43 медицинского физика включает в себя инструменты и протоколы для быстрого и надежного контроля качества работы оборудования и планов облучения. Медицинский физик может отслеживать исправность генератора 1 и его составных частей и проверять, обеспечивает ли заданный план облучения точное подведение к ЗО запланированной дозы. Это позволяет обеспечить оптимальное лечение каждого пациента на протяжении всего курса адронной терапии.

АРМ 45 дозиметриста обеспечивает функции расчета и оптимизацию дозы облучения и контроль дозы, полученной пациентом во всех сечениях ЗО и близлежащих структурах в реальном режиме времени.

АРМ 14 онкорадиолога обеспечивает легкую навигацию и удобный интуитивно понятный доступ ко всей информации как в режиме предлучевой подготовки, так и во время сеанса облучения. В распоряжении онкорадиолога имеются все данные и инструменты, необходимые для оконтуривания клинической мишени (ЗО) и органов риска и других критических структур, а также визуализации ЗО и просмотра истории предшествующего лечения. АРМ 14 онкорадиолога позволяет обеспечить оптимальную организацию работы онкорадиолога для того, чтобы уделять больше внимания пациенту. АРМ 14 онкорадиолога входит в состав подсистемы управления облучением и обеспечивает оперативное вмешательство в процесс управления сеансом.

АРМ 44 пациента позволяет вносить и редактировать идентификационные данные пациентов, другую персональную информацию из регистрационных и контрольных карт, обеспечивает хранение видеоизображений ЗО каждого пациента в привязке к номеру, например, полиса, к датам и времени. АРМ 44 пациента располагается в приемном отделении комплекса. Возможен прием информации об иногородних и иностранных пациентах с глобальной информационной сети. С использованием специальных паролей исключается несанкционированный доступ к базе данных АРМ пациента.

Все АРМ включены в локальную информационную сеть 10 комплекса с двунаправленным обменом информацией с подсистемой 5 цифровых средств управления.

Медицинский протонно-ионный комплекс работает в двух режимах:

а) режим предлучевой подготовки;

б) основной терапевтический режим с проведением сеанса облучения.

В режиме предлучевой подготовки онкорадиолог с помощью АРМ 14 запрашивает из сервера 13 файлов пациентов через центральное многопроцессорное устройство 11 данные из контрольной карты пациента (порядковый номер данной ЗО у данного больного, топографию ЗО по кодификатору №1, морфологический тип ЗО по кодификатору №2, стадию опухолевого процесса по системе TNM, гистологические формы (рак, первичные опухоли, опухоли с метастазами), способ облучения - по кодификатору №8.1, вид лучевой терапии - по кодификатору №8.2, метод лучевой терапии - по кодификатору №8.3).

Далее в режиме предлучевой подготовки пациента, оснащенного датчиком 26 дыхания и датчиком 27 пульса, размещают в стационарном устройстве 25 позиционирования и фиксации, которое выполнено совмещенным с аппаратом лучевой терапии 23 типа «гантри», юстируют с помощью лазерных рентгеновских центраторов и заносят в АРМ онкорадиолога 14 и в сервере 13 файлов пациентов трехмерные координаты положения пациента, причем в том же положении и с теми же координатами будут проводить сеанс облучения.

Подсистема 5 цифровых средств управления, осуществляя план облучения, в момент паузы между вдохом и выдохом пациента при отсутствии пика пульсовой волны сердечных сокращений (СС), синхронизированный с программируемым идентичным машинным тактом (фиг.2,г), вырабатывает импульс, по которому информация с многосрезовых ПЭТ 41/КТ 42 (совмещенных по формату изображений) заносится в АРМ 14 онкорадиолога и в сервер 13 файлов пациентов в виде трехмерных топометрических параметров ЗО легких данного пациента (поперечные размеры и глубины, например, на 320 срезах). При этом указанные параметры ЗО фиксируются и запоминаются в той же системе координат, что и координаты положения зафиксированного (иммобилизованного) пациента. Онкорадиолог с помощью АРМ 14 с учетом расположения и координат ЗО, близлежащих критических к облучению близлежащих структур, определяет параметры лозного поля, время экспозиции для данного сеанса для данного пациента, предписанную дозу и составляет исходные данные для трехмерной (3D) подсистемы планирования облучения. Трехмерная (3D) подсистема планирования облучения представляет собой программную среду, аналогичную, например, программной среде «Фокус М» ф. Мицубиси (Япония). С помощью трехмерной (3D) подсистемы планирования облучения подсистема 5 цифровых средств управления получает информацию, задающую параметры облучения в сеансе: направления, поперечные размеры и энергию пучка адронов (различную для различных глубин ЗО), количество направлений пучка, количество сеансов, продолжительность сеансов, уточненную предписанную дозу для каждого сеанса. Выходная информация трехмерной (3D) подсистемы планирования облучения используется для управления процессом облучения в сеансе и по локальной информационной сети 10 заносится в сервер 12 данных лечебных процедур, центральное многопроцессорное устройство 11 и АРМ 44 пациента. Выходная информация трехмерной (3D) подсистемы планирования облучения может потребоваться также для изготовления индивидуальных средств формирования дозного поля (фигурные коллиматоры и болюсы). Для их изготовления может использоваться специальная мастерская, оснащенная станками с числовым программным управлением (ЧПУ), управляемыми кодами с выхода подсистемы планирования облучения.

Трехмерная (3D) подсистема планирования облучения может обеспечивать также симуляцию автоматического совмещения выходного пучка облучающей головки 24 с изоцентром ЗО.

В режиме проведения сеанса облучения пациент размещается лежа в стационарном устройстве 25 позиционирования и фиксации, которое выполнено совмещенным с аппаратом 23 лучевой терапии типа «гантри», в идентичном положении, юстируемом до тех же трехмерных координат положения пациента и ЗО, что и в режиме предлучевой подготовки, заносятся в АРМ 14 онкорадиолога и в сервер 13 файлов пациентов подсистемы 5 цифровых средств управления трехмерные координаты положения пациента и трехмерные координаты ЗО в той же системе координат. Подсистема 5 цифровых средств управления, получив трехмерные параметры пучка и трехмерные параметры ЗО, совмещает их в единой системе координат, так чтобы во время облучения ЗО направление пучка было совмещено с изоцентром ЗО. Далее соединяется подсистемой 5 цифровых средств управления цифровой вход привода устройства 25 позиционирования и фиксации с АРМ 14 онкорадиолога. Затем к АРМ 14 онкорадиолога подключаются устройства 41,42 визуализации ЗО. Полученное на мониторе изображение ЗО и место ее расположения изучается, проверяется имитация облучения ЗО без включения облучающей головки 24 на полную мощность с последовательным указанием на мониторе точек ЗО и направлений ее облучения. При этом автоматически по командам АРМ14 вращается аппарат 23 «гантри». С монитора АРМ 14 наблюдается правильность отработки аппаратом 23 заданных целеуказаний. Аналогичным образом без включения облучающей головки 24 на полную мощность для каждой точки ЗО имитируют программу фокусирования пучка, изменения углового направления и скорости сканирования пучка. Убедившись в правильности отработки тестов, дают команду начала сеанса терапевтического облучения. Сеанс проводится под управлением подсистемы 5 цифровых средств управления по программе, разработанной подсистемой планирования облучения. Во время сеанса с датчика 26 дыхания и с датчика 27 пульсовой волны СС пациента на подсистему 5 цифровых средств управления поступают сигналы, определяющие временные параметры дыхания и пульса пациента. В момент паузы между вдохом и выходом пациента при отсутствии пика пульсовой волны СС, синхронизированный с программируемым идентичным (что и в режиме предлучевой подготовки) импульсом машинного такта (фиг.2,г) по управляющему сигналу от подсистемы 5 цифровых средств управления пучок адронов доставляется на ЗО пациента с облучающей головки 24. (При отработке программ комплекса выбор номера машинного такта производится с учетом реальных технологических временных задержек в трактах комплекса. В предлучевой подготовке трехмерные 3D параметры ЗО легких пациента, находящегося в стационарном идентично отюстированном положении, определяются в идентичный момент времени). В этот пренебрежимо малый (по сравнению с периодом дыхания (единицы секунд) и пульсовой волны СС пациента (около секунды) момент времени (доли микросекунды) можно считать, что клиническая мишень (ЗО легких) неподвижна. Каждые последующие по плану облучения подачи пучка адронов на ЗО легких проводятся аналогично.

Подсистема 5 цифровых средств управления через центральное многопроцессорное устройство 11 совместно с АРМ 15 и АРМ 45 дозиметриста контролирует процесс облучения путем сравнения текущих параметров пучка облучения с фактическим распределением полученной ЗО дозы и с допустимыми значениями. В случае рассогласования направление и параметры пучка корректируются. Одновременно центральное многопроцессорное устройство 11 через аппаратуру 6 контроля и аварийной сигнализации, а также АРМ 45 дозиметриста подсистемы обеспечения гарантии качества облучения и безопасности пациента опрашивает датчики, определяющие количество, плотность и скорость расхода двухфазного криоагента, давление жидкого гелия (в нескольких сотнях точек), датчики технических параметров генератора 1 заряженных частиц, устройств 2 транспортировки излучения и устройств 23 лучевой терапии (датчики положения и интенсивности пучка, датчики токов в магнитах, датчики температуры), датчики измерения линейных перемещений конструкционных элементов устройств 23 лучевой терапии и устройств 25 позиционирования и фиксации, датчики радиационного фона, показания мониторных ионизационных камер. При этом полученные данные сравниваются с предельно допустимыми значениями параметрами и в случае выхода за пределы, опасные для здоровья пациента и персонала, а также в случае предаварийной ситуации на оборудовании комплекса устройством 11 выдается команда на автоматическое безаварийное отключение комплекса. На основе информации, полученной с мониторных ионизационных камер, АРМ 45 дозиметриста однозначно определяет дозу облучения в изоцентре ЗО при неизменных параметрах пучка и формирует команду на отключение пучка при достижении равенства полученной дозы и запланированной на сеанс. Процесс проведения сеанса облучения постоянно контролируется через АРМ 15, АРМ 43 медицинского физика, АРМ 45 дозиметриста, АРМ 14 онкорадиолога соответствующими специалистами. С вынесенных мониторов АРМ 15 процесс проведения сеанса облучения постоянно контролируется техническим обслуживающим персоналом (инженерами по ускорительной технике, криогенике, электрике, механике, по информационным технологиям и ВТ). После выполнения плана облучения и завершения сеанса облучения автоматически составляется протокол с параметрами проведенного сеанса и видеоизображением ЗО пациента по состоянию на дату и время окончания сеанса.

Использование современных технологий сверхпроводимости и криогеники позволяет уменьшить энергопотребление комплекса. Кроме этого, это позволит резко снизить затраты на дорогостоящие сталь и медь. В долговременном плане (на 20 лет службы комплекса до модернизации) технико-экономический эффект от снижения этих затрат будет возрастать.

Введение средств физиологической обратной связи и подача пучка по предлагаемому способу позволяет направлять пучок адронов на ЗО легких в момент, когда ЗО находится в неподвижном детерминированном состоянии. В результате увеличивается точность попадания пучка адронов на ЗО и не происходит травматизация близлежащих здоровых тканей и органов. При этом надо учесть, что значения энергии частиц в медицинском пучке достигают для протонов - 250 МэВ, для ионов углерода - 450 МэВ/нуклон. Уменьшается время реабилитации пациентов и объемы используемых медикаментозных средств.

Персональные и промышленные компьютеры не удовлетворяют требованиям международного стандарта безопасности (в частности, по электробезопасности) для изделий медицинских электрических (МЭК 601-1 часть 1). Поэтому в предлагаемом комплексе указанные компьютеры гальванически развязаны от электросети через трансформатор на напряжение 220 В с коэффициентом трансформации 1:1.

Таким образом, с использованием предлагаемых способа и устройства для его осуществления повышается точность попадания пучка адронов на ЗО легких и уменьшается вероятность облучения близлежащих здоровых тканей и органов.

Полученный мультипликативный эффект от предложенных способа проведения облучения ЗО легких пучком адронов и устройства для его осуществления не является простой суммой эффектов, а является результатом их совместной работы по единой методике.

Claims (5)

1. Способ проведения облучения злокачественных опухолей легких пучком адронов, включающий проведение предлучевой подготовки, заключающейся в фиксации пациента, определении топометрических параметров злокачественных опухолей, разработку процедуры конформного облучения, учитывая топометрические параметры злокачественных опухолей, близко лежащие ткани и органы, критичные к облучению, проведение сеанса конформного облучения с контролем получаемой злокачественной опухолью дозы, допустимых значений параметров источника облучения, радиационного фона, температуры различных участков источника облучения и магнитооптических цепей доставки пучка к злокачественной опухоли, отличающийся тем, что во время предлучевой подготовки и при проведении сеанса конформного облучения пациента фиксируют в идентичном отюстированном положении, определяют топометрические параметры злокачественных опухолей и доставляют пучок адронов к злокачественной опухоли пациента в виде импульса разрешения подачи пучка на злокачественную опухоль легких в момент паузы между вдохом и выдохом пациента при отсутствии пика пульсовой волны сердечных сокращений при неизменных размерах грудной клетки.

2. Медицинский протонно-ионный комплекс, содержащий генератор заряженных частиц, соединенный через многоканальное устройство магнитной транспортировки излучения с многоканальным устройством лучевой терапии, снабженным излучающими головками, криогенную станцию для охлаждения парогазовой смесью гелия обмоток магнитов генератора заряженных частиц, аппаратуру контроля и аварийной сигнализации, а также содержащий подсистему цифровых средств управления, управляющий выход которой подключен к входу разрешения подачи пучка генератора заряженных частиц, причем генератор заряженных частиц снабжен ускоряющими и отклоняющими магнитами, многоканальное устройство магнитной транспортировки излучения - транспортирующими и отклоняющими магнитами, а облучающие головки устройств лучевой терапии - сканирующими и фокусирующими магнитами, блок холодильных газовых машин для охлаждения газом гелия обмоток магнитов многоканальных устройств транспортировки излучения и лучевой терапии, при этом обмотки всех магнитов выполнены сверхпроводящими и снабжены каналами охлаждения, соединенными по парогазовой смеси агента охлаждения с криогенной станцией, а по газовому агенту охлаждения - с холодильными газовыми машинами, установленными в непосредственной близости у соответствующих магнитов, отличающийся тем, что он также дополнительно содержит средства физиологической обратной связи, включающие средства, определяющие временные параметры дыхания в виде термочувствительных датчиков, реагирующих на холодный воздух при вдохе и на горячий воздух при выдохе или оптоэлектронных датчиков, реагирующих на изменение размеров грудной клетки при дыхании пациента, и пульсовой волны сердечных сокращений пациента в режиме реального времени, расположенные на теле пациента, информационными выходами соединенные с информационными входами подсистемы цифровых средств управления.

3. Комплекс по п.2, отличающийся тем, что содержит подсистему для предлучевой подготовки, включающую средства компьютерной и позитронно-эмиссионной томографии, снабженную лазерными и рентгеновскими центраторами, подсистему 3D планирования для получения воспроизводимого и адекватного плана облучения пациента, подсистему управления облучением и контроля проводимого сеанса, подсистему обеспечения гарантии качества облучения и безопасности пациента.

4. Комплекс по п.2, отличающийся тем, что подсистема цифровых средств управления содержит центральное многопроцессорное устройство, сервер лечебных данных, сервер файлов пациентов, сервер данных комплекса, соединенные в локальной информационной сети с подсистемой управления облучением и контроля проводимого сеанса, подсистемой обеспечения гарантии качества облучения и безопасности пациента и АРМ, оснащенных персональными компьютерами, удовлетворяющих общим требованиям по безопасности международного стандарта МЭК для изделий медицинских электрических.

5. Комплекс по п.4, отличающийся тем, что сервер лечебных данных содержит носители информации с планами лечения множества пациентов, с рубриками Международной классификации болезней Х пересмотра, с комплексным классификатором данных о больных злокачественными новообразованиями в системе Государственного ракового регистра с кодификаторами способов облучения, видов лучевой терапии; сервер данных комплекса содержит носители информации о номинальных и пороговых технических параметрах комплекса и его составных частей, конструкторской документации комплекса и его составных частей, эксплуатационной документации, медицинском и управленческом документообороте; сервер файлов пациентов содержит базы персональных данных пациентов, включенных в регистрационные или контрольные карты онкологических больных, а также базы видеоизображений злокачественных образований множества пациентов.

Images