Bolus - funkcja i w łaściw ości fizyczne

Jednym z decydujących czynników w pływ ających na rozkład dawki na różnych głębokościach w naprom ienianym środowisku jest kształt napromienianej powierzchni.

W celu w yrów nania powierzchni i uzyskania prostopadłości powierzchni napromienianej w stosunku do kierunku padania wiązki prom ieniow ania stosuje się m ateriały zbliżone pod w zględem w łaściw ości fizycznych do środowiska naprom ienianego. W radioterapii taki odpow iedni m ateriał, um ieszczany w bezpośrednim kontakcie z naprom ienianym obszarem, sym ulujący tkankę nazyw am y bolusem. G łów nym zadaniem bolusa jest korekcja nierównego kształtu pacjenta w celu popraw y rozkładu zaplanowanej dawki w napromienianym środowisku. W naprom ienianiu całego ciała istotne jest dostarczenie pełnej dawki również na skórę pacjenta, gdzie mogą znajdować się rozproszone kom órki now otw orowe [9.10.72], Dla prom ieniow ania X i5Mv nioc dawki osiąga m aksym alną wartość na głębokości około 2 cm.

Istnieje zatem dw ucentym etrow y obszar narastania dawki (ang. build-up, rozdział II.3.3).

Z tego pow odu oprócz zastosow ania ramy terapeutycznej do TBI. posiadającej 2 płyty plexiglasu o grubości 1 cm. w których rozpoczyna się zjaw isko narastania mocy dawki

(ang. huikł-up) [72-75], stosowany jest rów nież bolus. Bolus poprzez bezpośredni kontakt ze skórą pacjenta sym uluje tkanki na drodze prom ieniow ania i pozw ala na uzyskanie pełnej dawki w skórze naprom ienianego pacjenta.

N ajlepszy m ateriał tkankopodobny, w którym pochłanianie oraz rozpraszanie prom ieniow ania X, y czy też elektronów jest takie jak w tkankach m iękkich, stanowi woda.

Ze względu na fizyczny brak możliwości zastosow ania wody jako bolusa, w przypadku techniki TBI do w ypełnienia przestrzeni pom iędzy ścianami ramy terapeutycznej a ciałem pacjenta zastosow ano jako rodzaj bolusa ziarna suchego ryżu. Na rysunku 11.12 przedstawiono sposób ułożenia pacjenta w pozycji terapeutycznej z rękam i założonym i za głowę. Dzięki tej pozycji przestrzeń pom iędzy głow ą pacjenta a ram ą terapeutyczną wypełniona jest częściow o przez ramiona, które pełnią funkcję naturalnego kom pensatora tkankowego. Pozostałe puste przestrzenie w ypełniane są bolusem .

Ramiona stanow ią naturalny kom pensator tkankow y w ok ół g ło w y naprom ienianego pacjenta

Przestrzeń pow ietrzna w ypełniana b olu sem z ryżu

Ściany ramy terapeutycznej

Rysunek 11.11. Pozycja terapeutyczna pacjenta (widok B E \ ' z góry ‘okiem ’ wiązki (ang. B eam sE ye View) uzyskany w systemie planowania leczenia) - różnice geometryczne powodujące zastosowanie różnych warstw bolusa w terapii wiązkami promieniowania X |5MV; zaznaczone zostały również kształty przygotowanych indywidualnych osłon na płuca - kolor niebieski, oraz geometria pola A P - kolor żółty.

W praktyce taka forma w ykorzystyw ania ryżu w roli bolusa okazała się dostępnym

Z a le ż n o ść w sp ó łcz y n n ik a k o re k c y jn e g o od g ru b o ś c i w a rstw y ry żu

CCJ

•o% c

> C

0,8

0 1,0 2,0 3.0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0

G ru b o ś ć w a rstw y ry ż u [cm ]

Rysunek 11.12. Wykres zależności współczynnika korekcyjnego A osłabiania promieniowania X I5>1V od grubości warstwy ryżu.

II.3.3 Zjawisko narastania dawki - [ang. build-up)

N arastanie mocy dawki w raz z głębokością w materiale naprom ienianym w iązką prom ieniow ania X lub y nazyw a się z języka angielskiego zjaw iskiem build-up. Efekt w zrostu dawki z głębokością zw iązany je st z oddziaływ aniem elektronów pow stałych na skutek absorbcji fotonów w środowisku. Elektron pow stały w wyniku reakcji fotonów ze środowiskiem traci swoją energię głów nie na jonizację i najw iększe straty energii ponosi na końcu swojej przebytej drogi zgodnie z praw em Bragga. Droga potrzebna do całkowitego w yham ow ania cząstek nazyw ana je st zasięgiem cząstek. Moc dawki zatem osiąga m aksym alną wartość na określonej głębokości dmax, zależnej od energii fotonów w chodzących w reakcję ze środowiskiem.

Typowy rozkład dawki w osi centralnej m egaw oltow ej wiązki fotonowej przechodzącej przez pacjenta został pokazany na rysunku 11.13. Na rysunku m ożna w ydzielić ważne punkty i obszary. W iązka, w chodząc w pacjenta, przechodzi przez pow ierzchnię skóry, na której pow oduje pow stanie pewnej dawki pow ierzchniow ej D$ (dawka na pow ierzchni skóry).

Poniżej pow ierzchni skóry dawka najpierw gw ałtow nie rośnie, osiągając w artość m aksym alną określaną jako daw ka w ejściow a D wej, na głębokości dmax, a następnie maleje eksponencjalnie do wartości dawki wyjściowej D vnv, osiągając w artość dawki pow ierzchniow ej od strony

w yjścia wiązki prom ieniow ania z ośrodka. Dawka w yjściow a definiowana jest jak o wartość mocy dawki pochodzącej od pojedynczej wiązki prom ieniow ania w osi wiązki w odległości od wyjścia wiązki z ciała pacjenta równej głębokości dawki maksym alnej dmax danego prom ieniow ania [52],

Dla m egaw oltow ej wiązki prom ieniow ania X dawka pow ierzchniow a jest zwykle m niejsza niż daw ka maksym alna, która w ystępuje na głębokości dmax pod pow ierzchnią ciała pacjenta. W m egawoltow ej wiązce prom ieniow ania X dawka pow ierzchniow a zależy od energii wiązki i w ym iarów pola prom ieniowania.

Rysunek 11.13. Rozkład dawki w ciele pacjenta pochodzącej od pojedynczej megawoltowej wiązki fotonowej. Ds jest dawką powierzchniową od strony wejścia wiązki, DMł! jest dawką powierzchniową od strony wyjścia wiązki. D max jest dawką maksymalną normalizowaną do wartości 100%, dającą krzywą spadku dawki wraz z głębokością (PDD). Obszar pomiędzy d = 0 i d = dmux jest nazywany obszarem narastania dawki - huild-up. (Na podstawie: Podgorsak EB |48]).

O bszar dawki m iędzy pow ierzchnią (głębokość d = 0) i głębokością d = dmax dla m egawoltow ej w iązki fotonowej jest określany jako obszar narastania dawki (huild-up) i jest wynikiem stosunkow o dużego zasięgu wtórnych naładowanych cząstek (elektronów i pozytonów ) obdarzonych energią. Cząstki te najpierw' są uw alniane w7 ciele pacjenta przez

oddziaływ ania fotonów (efekt fotoelektryczny. efekt C om ptona i tw orzenie par), a następnie wiązki przez elem enty kolim atorów zainstalow anych w głow icy akceleratora.

W ystępowanie obszaru narastania dawki w efekcie pow oduje oszczędzenie skóry pacjenta - w przypadku stosowania w ysokoenergetycznych w iązek fotonów. W praktyce dawka na powierzchni skóry je st mała, lecz nie rów na się zeru ze w zględu na obecność w

13 Równowaga elektronowa (ang. electron equilibrum) - dotyczy elektronów wtórnych wytworzonych przez fotony w środowisku z którym współoddziałują. Powstałe elektrony, mające dużą energię kinetyczną, mogą poruszać się na znaczne odległości. Mówimy, Ze w obszarze Am panuje równowaga elektronów jeżeli suma energii elektronów opuszczających obszar Am jest równa sumie energii elektronów wchodzących do tego obszaru, a powstałych w jego otoczeniu. Brak równowagi elektronów ma miejsce tam, gdzie występuje duża zmiana w wytwarzaniu elektronów - np. na brzegu wiązki promieniowania [52],

14Kerma kolizyjna - to wartość energii przekazanej cząstkom naładowanym na jednostkę masy. przez cząstkę jonizującą pośrednio (foton, neutron). Inaczej, jest to suma początkowych energii kinetycznych wszystkich cząstek naładowanych uwolnionych pod wpływem nienaładowanej cząstki promieniowania jonizującego na jednostkę masy. Kerma kolizyjna bierze się z oddziaływania elektronów (obdarzonych energią kinetyczną przez cząstki nięjonizujące bezpośrednio) poprzez zderzenia z innymi cząstkami naładowanymi.

x

Rysunek 11.14. Głębokość dawki wejściowej oraz wyjściowej w fantomie wodnym.