Перспективы и статус
Комплекса
В настоящее время протонная терапия, как частный случай адронной терапии, рассматривается в качестве эффективного и перспективного метода избавления от опухолей в тех случаях, когда лечение осложнено близостью критических органов или другими факторами, препятствующими более традиционным методам лечения. Этот интерес к адронной терапии выражается в относительно большом количестве строящихся и проектируемых центров адронной терапии в различных странах: их число (около 20) примерно равно числу ранее созданных таких центров. Почти все существующие центры созданы на базе крупных ядерно-физических институтов, имеющих исследовательские ускорители протонов или ионов.
Сейчас считается перспективным создавать самостоятельные центры адронной терапии на базе специализированных ускорителей по типу центра в Лома – Линда (США). Однако решение задач по созданию такого центра и обеспечения его надёжной работы и дальнейшего развития всё равно приводит к формированию коллектива физиков, инженеров и технических специалистов, сравнимого с исследовательским институтом. Это связано со следующими обстоятельствами. Во-первых, в отличие от ускорителей электронов, ускорители протонов и ионов любого типа остаются очень сложными ядерно-физическими установками, для создания и обслуживания которых требуется значительный штат высококвалифицированных физиков и инженеров. Во-вторых, очень важную роль играет исследовательский характер большинства работ в области протонной и адронной терапии. Несмотря на многолетнюю историю этого направления в лучевой терапии, мы сейчас находимся в начале периода его бурного развития, вызванного состоявшимся прорывом в области компьютерных технологий. А проводить широкие исследования по адронной терапии и по её сочетанию с другими видами лучевой терапии и с другими методами лечения невозможно без участия физиков и инженеров различных специальностей и без использования серьёзной научно-производственной базы. Поэтому в настоящее время целесообразнее и практичнее создавать крупные многоплановые радиологические центры, имеющие в своем составе ускорители адронов, на базе ядерных институтов или в тесном взаимодействии с такими институтами. Если подавляющая часть стандартных ускорителей электронов СЛ-20 простаивает в больницах из-за отсутствия квалифицированного инженерно-физического персонала, то что можно говорить об ускорителях адронов со сложной детектирующей и управляющей аппаратурой?! По-видимому, «центр адронной лучевой терапии в отдельно взятой больнице» — это всё ещё или утопия, или завуалированный консорциум с участием нескольких учреждений, включая физические институты. В связи с этим, проводимые работы по созданию в Троицке Комплекса протонной терапии (далее КПТ) в составе крупного ядерного центра представляется оправданными и целесообразными.
Базовой установкой для КПТ является линейный ускоритель протонов Московской мезонной фабрики. Основные параметры этого ускорителя по состоянию дел на сегодня представлены в следующей таблице, в которой представлены также параметры всех других действующих российских ускорителей протонов:
|
Параметры ускорителя |
ИЯИ |
ИТЭФ |
ОИЯИ |
ПИЯФ |
|
энергия |
70 – 250 МэВ, регулируется |
70- 200 МэВ, регулируется |
660 МэВ
|
1000 МэВ |
|
частота импульсов |
до 100 Гц |
менее 1 Гц |
250 Гц |
40 Гц |
|
длительность импульсов |
до 200 мкс |
0,14 мкс |
30 мкс |
300 мкс |
|
средний ток |
до 50 мкА |
1 мкА |
1 мкА |
1 нА |
Из таблицы следует, что все основные параметры ускорителя ИЯИ, за исключением величины среднего тока, близки к оптимальным значениям с точки зрения протонной терапии. Более того, сравнение параметров имеющихся в России ускорителей протонов показывает, что на сегодняшний день исследовать, развивать и использовать такие новые направления в лучевой терапии как сканирование узкого пучка или вращение пучка с помощью системы Гантри можно только в Троицке. Очевидно, что узкие и редкие импульсы протонов не только препятствуют использованию методов активного формирования дозового поля, но и существенно снижают возможности использования детектирующей аппаратуры, в частности, усложняют работу с ионизационными камерами. По-видимому, можно утверждать, что установки для протонной терапии в других действующих центрах исчерпали возможности своих ускорителей и могут делать в основном лишь то, что они делают сейчас: облучать мишени небольшого размера и весьма ограниченного класса локализаций. Трудно обсуждать возможности других проектируемых центров протонной или ионной терапии до запуска и отладки ускорителей, на которых будут базироваться эти центры. Как будет видно из дальнейшего, ресурс большого тока протонов ускорителя ИЯИ, который не используется непосредственно при протонной терапии, позволит в дальнейшем расширить возможности использования ускорителя для решения сопутствующих медицинских задач.
Проект 1-ой очереди КПТ, который
реализуется в настоящее время, включает одну камеру облучения на горизонтальном
фиксированном пучке протонов. Диапазон регулируемой энергии (70 – 220 МэВ) позволяет облучать мишени практически на
любой глубине. Первоначально будет
использоваться метод пассивного формирования дозового поля с помощью болюсов,
модуляторов и коллиматоров. Таким методом будут облучаться мишени с
максимальным размером не более
К настоящему времени полностью сдан канал транспортировки протонов от ускорителя до камеры облучения и состоялись 3 сеанса по измерению параметров терапевтического пучка в камере облучения. Для этого было использовано как стандартное заводское дозиметрическое оборудование, так и целый ряд профилометров и детекторов, специально разработанных и созданных в ИЯИ.
Важно отметить, что в камере
облучения 1-ой очереди КПТ можно будет в дальнейшем начать отработку методов
активного формирования дозового поля,
поскольку как параметры пучка, так и план размещения оборудования
рассчитаны на использование сканирующих магнитных систем.
Дополнительное направление
развития 1-ой очереди КПТ связано с использованием ускорителя электронов
СЛ-75-5-МТ. Этот ускоритель будет использован не только для самостоятельного
облучения опухолей тормозными фотонами,
но и для отработки методики т.н. бустового облучения, когда совокупная
очаговая доза состоит в определённой пропорции из дозы облучения протонами и из
дозы облучения фотонами. Такая методика облучения опухолей была испробована в ряде центров и
рассматривается сейчас как перспективный способ повышения эффективности
использования протонного ускорителя. Кроме того, ускоритель электронов будет
использоваться для калибровки и отладки
детектирующей и контрольной аппаратуры
всего КПТ. Уникальной особенностью КПТ ИЯИ является его расположение в
экспериментальном зале площадью
Другая перспектива развития 1-ой очереди КПТ связана с планируемым использованием пучка ионов низкой интенсивности H- . Получение и проводка сразу двух пучков, высокой интенсивности H+ и низкой интенсивности H- , снимает проблему неиспользуемой в протонной терапии высокой интенсивности пучков линейного ускорителя, о которой говорилось выше. В этом случае пучок H+ высокой интенсивности будет использоваться другими потребителями, например, стендом для получения радиоизотопов, а пучок H- низкой интенсивности будет направляться в камеру облучения. Радиоизотопный стенд ИЯИ уже в течение многих лет производит заготовки для получения изотопов медицинского назначения. После ввода в строй проектируемой радиохимической лаборатории, в ИЯИ можно будет наладить не только производство чистых радиоизотопов медицинского назначения, но и производство радио-фармацевтических препаратов для брахитерапии и контактной лучевой терапии. Кроме того, источники нейтронов, находящиеся в том же Экспериментальном комплексе ИЯИ, позволяют получать потоки медленных вторичных нейтронов, достаточные для отработки боро-захватных методик облучения опухолей.
Таким образом, в ИЯИ РАН существует уникальная возможность создать современный радиологический центр, в котором будут обеспечены исследования и практическая работа по всем наиболее перспективным направлениям лучевой терапии. Кроме самого линейного ускорителя протонов, в ИЯИ есть развитая научно-производственная база и лаборатории, необходимые для создания, эксплуатации и развития технически сложного объекта, которым является радиологический центр. Территория ИЯИ позволяет вести строительство новых объектов. Одним из них могла бы стать 2-ая очередь КПТ, проект которой предусматривает строительство нового здания с 3-мя камерами облучения, одна из которых с системой Гантри. Сейчас в Троицкой больнице РАН, расположенной на расстоянии одного километра от ИЯИ, организовано онко-радиологического отделение, которое в дальнейшем будет располагать необходимым диагностическим оборудованием.
Сергей
Акулиничев, доктор физ.-мат.наук
