Ученые нашли способ повысить эффективность лучевой терапии
Ученые Томского политеха предложили печатать на 3D-принтере полимерные индивидуальные устройства, распределяющие дозу электронов при лучевой терапии. По мнению авторов, разработка позволит быстро и качественно облучать опухоли с минимальным воздействием на здоровые ткани, что повысит эффективность лечения. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment.
Сегодня лучевая терапия входит в число основных методов лечения злокачественных новообразований, рассказали ученые Томского политехнического университета (ТПУ). Электронное облучение опухолей дает хорошие терапевтические результаты за счет управления глубиной проникновения частиц и положением максимума дозы облучения, что существенно снижает лучевое повреждение здоровых тканей.
В стандартную комплектацию облучающих установок входит набор специальных устройств – аппликаторов для формирования электронного пучка, которые позволяют создавать только квадратные или круглые поля заданного размера с однородным распределением дозы по глубине.
В водной среде стандартное трехмерное распределение дозы электронного пучка напоминает параллелепипед. Однако органы и ткани человеческого организма за счет разной плотности искажают идеальное распределение пучка. То же самое происходит и при облучении злокачественных опухолей, которые также имеют неправильную форму и окружены здоровыми тканями.
Ученые ТПУ поставили перед собой задачу достичь максимального облучения опухоли и минимального воздействия на здоровые ткани при облучении электронными пучками. Для этого было необходимо создать устройство, которое позволит формировать поперечное распределение пучка, близкое к форме опухоли, и учитывать индивидуальную анатомию пациента, чтобы создавать нужное распределение по глубине.«»Фактически, необходимо где-то закрыть полностью, где-то частично поглотить «идеальное» прямоугольное поле облучения. Для этого и применяются индивидуальные формирующие устройства. Предложенное нами решение состоит в применении современных достижений трехмерной печати для изготовления таких устройств. Это позволит увеличить скорость и точность их создания», – рассказала доцент Научно-образовательного центра международного ядерного образования и карьерного сопровождения иностранных студентов ТПУ Ирина Милойчикова.
По ее словам, использование изделий, напечатанных с помощью метода послойного наплавления, действительно дало возможность изменять форму поля электронного облучения, как в поперечном сечении, так и по глубине. Таким образом, разработка позволила достичь комплексного подхода к объемному формированию дозы электронного пучка индивидуально для каждого пациента.
«Существующие подходы к изготовлению формирующих устройств основаны на резке или плавке металла, что накладывает существенные ограничения на применение в ежедневной медицинской практике, так как требует наличия специализированных помещений, оборудования и персонала», – отметила Милойчикова.
Применение предложенных полимерных изделий, по мнению исследователей ТПУ, позволит быстро и качественно решать клинические задачи доставки максимальной дозы облучении к опухоли и минимизации воздействия на здоровые окружающие ткани и повысить эффективность методов лечения, использующих пучки электронов.
В будущем ученые планируют продолжить исследования новых возможностей применения трехмерной печати для изготовления формирующих устройств. Они будут искать новые уникальные материалы и использовать предложенный метод для других типов излучений, применяемых в лучевой терапии.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда проект №19-79-10014-П.