Когда речь заходит о лучевой терапии в онкологии, мгновенно рождаются драматические ассоциации: еле передвигающий ноги пациент, ожоги кожи, выпадающие волосы, тошнота... Ведь рентгеновские и гамма-лучи убивают не только злокачественные опухоли. Страдают все клетки тела, под обезоруживающий удар попадает костный мозг – орган кроветворения, обладающий повышенной чувствительностью к радиации. Сегодня, однако, все чаще говорят о щадящих технологиях, например, о трехмерной конформной протонной терапии.
Протоны хороши тем, что отдают большую часть энергии в конце своего пробега, в отличие от рентгеновского излучения или даже электронов, отдающих энергию всем тканям, через которые проходят. В физике этот эффект максимальной отдачи перед «финишем» называется «пиком Брегга». На пути к опухоли протоны практически не повреждают здоровые ткани организма, не облучают их. Энергию пучка протонов подбирают так, чтобы частицы остановились прямо в опухоли и отдали только ей всю свою энергию, уничтожив злые клетки. Фактически внутри опухоли создают протонное облако, полностью совпадающее с ней по форме, то есть конформное (от лат. conformis – подобный). Устройство под названием коллиматор частиц (collimo – искажение правильного лат. collinco – направляю по прямой) – цилиндр с отверстием точного очертания – направляет движение протонов по параллельным траекториям, создавая пучок нужной поперечной формы. Продольную форму настраивают с помощью болюсов. Латинское слово «болюс» пришло из Греции и означает «ком, кусок». В протонной терапии болюсом называют пресс-форму, с помощью которой «отливают» протонную «скульптуру» уничтожаемой опухоли. То есть это кусок специального сплава с трехмерной выемкой, повторяющей очертания зловредного объекта.
На практике этот способ лечения злокачественных новообразований состоит из нескольких шагов. Первый: получить правильную модель формы опухоли. Нехороший объект изучают послойно, с шагом 1-2 мм, на спиральном рентгеновском томографе. Чтобы соблюсти максимальную точность, пациента тщательно фиксируют во время исследования на компьютерном томографе в специальном кресле. Если очаг болезни находится внутри шеи или головы, то изготавливают индивидуальную маску из перфорированного термопластика, которая во время томографии и последующего облучения протонным пучком не дает больному даже пошевелиться. После границы новообразования дополнительно уточняются магниторезонансным томографом.
Второй шаг: информацию о форме и размерах опухоли в цифровом виде вводят в трехмерную компьютерную систему планирования облучения. Врач-радиолог обозначает на каждом томографическом срезе контур мишени и структуры организма, которые не должны быть повреждены (например, нервы). По намеченным врачом контурам компьютерная программа создает трехмерные модели структур. После этого врач-радиолог выбирает дозы и направления облучения (направлений может быть от двух до семи). Программа beams-eye-view («взгляд на мишень со стороны пучка») определяет форму поперечного сечения протонного пучка, которую должен воспроизвести коллиматор.
Третий шаг: изготовление фигурных коллиматоров и компенсирующих болюсов. По заданной форме поперечного сечения пучка подбирается материал цилиндра коллиматора (чтобы если нужно – ослабить пучок, поглотив в стенках цилиндра часть протонов) и рассчитывается форма его отверстия. Исходя из распределения назначенной пациенту дозы и границ протонного пучка по глубине мишени, рассчитываются и затем изготавливаются болюсы. Их форма должна учитывать неоднородность структуры тканей и органов пациента, расположенных на пути летящих частиц.
Четвертый шаг: сеансы облучения индивидуально подобранным с помощью трех предшествующих шагов пучком протонов. Перед началом сеанса всякий раз проводится тщательная дозиметрия пучка. Рентгеновская трубка, установленная за пациентом на оси пучка, проверяет точность положения пациента по отношению к протонному пучку. Если это положение не совпадает с точностью до миллиметра с тем, которое было рассчитано программой планирования, положение кресла с пациентом исправляется – облако протонов должно точно повторить обличье скопления раковых клеток.
– Каждый раз перед облучением пациента нужно очень точно позиционировать, – поясняет директор Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований профессор Александр Ольшевский. – А ведь всякий раз состояние пациента может быть разным: сегодня он плотнее пообедал, через неделю – похудел. А координатную маску ему сделали одну и ту же на все 20 сеансов. Значит, чем больше фракций облучения, тем больше нарастает итоговая ошибка дозы за счет точности индивидуального позиционирование пациента. Поэтому, учитывая все эти факторы, врач определяет оптимальное количество сеансов.
Только после этого начинается лечение протонами. Эффективность его в целом зависит от общей дозы за весь курс облучения – 50-70 Грей (1 Грей = 100 рад). По времени она распределена примерно на 2-3 недели.
В мире действуют 30 центров протонной терапии. А вот в России этой современной технологией владеют немногие. К ним как раз относятся специалисты Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований в подмосковной Дубне. Там на базе исследовательского ускорителя протонов (фазотрона) работает медико-технический комплекс, где уже одиннадцать лет лечат пациентов российских онкоклиник – 120 человек в год.
Пациентов с труднодоступными хирургам опухолями, кроме Дубны, принимают в Москве, в Медицинском центре протонной лучевой терапии на исследовательском ускорительном комплексе Института теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ) и в Гатчине, где работает протонный медицинский комплекс на исследовательском синхротроне Петербургского института ядерной физики (ПИЯФ). Специализированные медицинские протонные ускорители, разработанные в России, (синхротрон ФИАН) уже долгое время простаивают впустую – не могут пройти сертификацию Минздрава, гарантирующую безопасное лечение на них. Потому и действующего клинического центра протонной терапии в нашей стране до сих пор не было ни одного.
И вдруг дело сдвинулось с мертвой точки. Первый государственный клинический центр протонной терапии, входящий в структуру Федерального высокотехнологичного центра медицинской радиологии должен начать работу уже через два года в Димитровграде Ульяновской области. Ускоритель протонов С-235 для центра рассчитали, собрали и настроили физики Объединенного института ядерных исследований. Произвела детали всемирно известная бельгийская компания IBA (Ion Beam Applications), построившая 11 центров протонной терапии по всему миру и строящая еще 12 таких же. Она же сертифицировала совместную российско-бельгийскую машину для лечения людей.
– Мы выдержали довольно сложную борьбу, чтобы отстоять свою точку зрения, – признался Александр Ольшевский. – Потому что и в ОИЯИ, и в других исследовательских центрах России многие придерживаются мнения, что оснащать российские центры нужно техникой только российского производства. Наши же основные аргументы состояли в том, что основная цель медицинского ускорительного оборудования – лечить людей. Амбиции отдельных исследователей в этот деле – не самое главное. Мы, конечно, можем построить прекрасные циклотроны, и строим их. Но ввод в работу медицинских циклотронов требует значительных усилий на их сертификацию и лицензирование. Если же мы обращаемся к фирме, которая этим занимается уже много лет, мы тем самым намного укорачиваем путь нашей разработки к потребителю и удешевляем стоимость ее изготовления.
Надо сказать, вопрос окупаемости оборудования и, соответственно, стоимости лечения онкологических заболеваний остается одним из самых острых. Однако в случае с протонной терапией его можно, по крайней мере, постараться решить технологически. В западных клиниках (США, Япония) курс терапии обходится пациенту в сумму от 20 до 40 тысяч долларов. Стоимость лечения в значительной мере определяется затратами на работу комплекса. Оборудование центра обходится примерно в 100 млн долларов. При пропускной способности комплекса 1000 пациентов в год и стоимости одного курса лечения в 20 тысяч долларов центр получает годовой доход – 20 млн долларов. Если пять лет не платить персоналу центра зарплату, то можно считать, что его оборудование окупилось. Если же учесть затраты на содержание персонала центра, то окупаемость оборудования наступит лет через семь-восемь. Чтобы ускорить процесс, нужно либо поднять плату за лечение, либо увеличить пропускную способность центра.
– Мы лечим 100-120 пациентов в год, – детализирует главный инженер ОИЯИ, член-корресподент РАН Григорий Ширков. – Чтобы обеспечить стоимость лечения в 20 тысяч долларов, должен быть большой поток пациентов. Это технологически очень сложная задача. Должна быть не одна медицинская кабина, как у нас, а три-четыре. Мы должны уметь очень быстро переключать пучок из одной кабины в другую. Потому что пациент облучается около двух минут, а 20 минут его готовят: проверяют его положение, правильно ли будет подведена доза и так далее. Желательно снизить время подготовки. В Димитровграде оно будет уже меньше. Там в проект заложена система предварительного позиционирования пациента, куда включены специальные магниторезонансные и компьютерные томографы, которые предназначены не для диагностики, а именно для правильного позиционирования. То есть положение пациента определяют под томографом, а не под пучком. После этого дека с зафиксированным пациентом переезжает по специальным рельсам в кабину для облучения. Такие томографы стоят несколько миллионов долларов. Это делает процедуру дороже, но увеличивает пропускную способность центра на 20-30 процентов за счет сокращения времени подготовки. Томографы в системе предварительного позиционирования окупаются за год. Димитровград – это третий в мире центр, оснащенный подобным оборудованием. Такие же сейчас строятся в Эссене и Праге.
Почему для запуска первого в России высокотехнологичного центра медицинской радиологии выбрали именно протонную терапию? Ведь существуют и конвенциальный метод фотонной лучевой терапии, и самый современный на сегодняшний день метод углеродной терапии.
Дело, оказывается, вот в чем. Установки для фотонной лучевой терапии на базе электронных ускорителей и кобальтовых источников, которые облучают опухоли рентгеновскими или гамма-лучами, есть практически в каждом областном онкодиспансере. Но в силу особенностей облучения фотонами они отдают свою энергию не только больным клеткам, но и здоровым тканям, через которые проходят по пути к опухоли. Современная стереотаксическая (от греч. stereos – объемный, пространственный и taxis – расположение; стереотаксис – трехмерная локализация цели) фотонная терапия умеет фокусировать максимальную дозу облучения в опухоли и поэтому минимально воздействует на здоровые ткани. На опухоль нацеливаются с разных направлений одновременно более десятка пучков рентгеновских или гамма-лучей, так что здоровые ткани получают безопасные для них дозы, а в опухоли они суммируются. Такие установки существенно дешевле протонных ускорителей. Но область применения этого вида терапии – небольшие злокачественные очаги или малого размера метастазы.
Протонной терапии подвластны большие опухоли – объемом до 3 литров, а свойства протонов, как мы уже говорили, позволяют примерно в два раза меньше по сравнению с гамма-квантами облучать здоровые органы и ткани, которые пучку частиц приходится пройти насквозь по пути к очагу болезни. Эффективность протонной терапии выше фотонной примерно вдвое.
Настолько же углеродная терапия превосходит протонную по результативности. Ей поддаются даже радиорезистентные опухоли, которые нечувствительны к воздействию рентгеновского, гамма- и протонного облучения. Но углеродная терапия пока самая дорогая, а опыта лечения и подготовки медицинских кадров этого профиля даже в общемировой практике – всего ничего. Углеродную терапию применяют менее 20 лет. В мире прошли лечение пучками частиц 100 тысяч пациентов. Из них 93 тысячи лечились протонами, и всего 7 тысяч – ионами углерода. Сегодня существует пять центров углеродной терапии. Три из них работают в Японии. Так что проблема создания в России центра углеродной терапии связана и с его дороговизной, и с трудностями в подготовке врачей.
Идеальным вариантом радиологического лечения онкологических заболеваний было бы сочетание возможностей всех трех видов радиотерапии. На 10 центров фотонной терапии нужны 3 протонных центра и один углеродный. В России в год около 50 тысяч пациентов нуждаются в лечении протонами. Даже при годовой проходимости центра в 1000 человек, на всю страну нужно не меньше полусотни подобных высокотехнологичных учреждений. Будем откровенны, картина далеко не обнадеживающая. Но и не безнадежная. Специалисты уверены, что именно открытие первого клинического центра протонной терапии должно дать импульс для изменения ситуации в отечественной онкологии.
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.