Фантомная доля: как медицинский манекен помогает лечить рак
Уникальное изобретение российских ученых — реплика органов эндокринной системы, не имеющая аналогов в мире, — помогает подбирать дозы радиоактивного йода при лечении щитовидной железы. Благодаря антропоморфному (схожему с человеком) наливному фантому эндокринологам и физикам удалось значительно увеличить точность расчетов. О том, как приспособление помогает в борьбе с онкологией и каким образом удается минимизировать ошибки при назначении дозы радиоактивного препарата, — в материале «Известий».
Испытано не на себе
Воздействие радиоактивным йодом служит альтернативой хирургической операции при доброкачественных заболеваниях щитовидной железы, а также используется как второй этап лечения при злокачественных проблемах с органом. Бета-лучи, попадая в нездоровые клетки, вызывают их гибель. У метода радионуклидной диагностики и терапии йодом много несомненных плюсов. В частности, отказ от хирургической операции избавляет от необходимости переносить наркоз. Однако существует риск, что радиоактивный йод навредит другим органам. Поэтому врачи и медицинские физики находят оптимальную дозировку, которая поможет достичь целей лечения и снизит риск медицинского облучения.
Специалисты ГНЦ ФГБУ «НМИЦ эндокринологии» Минздрава России совместно с кафедрой эндокринологии Сеченовского университета и НТЦ «РАДЭК» разработали и используют на практике антропоморфный радиодозиметрический наливной фантом эндокринной системы человека. Это устройство, напоминающее манекен, имитирует щитовидную железу, околощитовидные железы, гипофиз, надпочечники, поджелудочную железу, гонады и слюнные железы, а также мочевой пузырь и почки. «Органы» объединены в единую гидросистему (отсюда и определение «наливной»), что позволяет оценить интенсивность накопления лекарственных радиофармпрепаратов в организме и способность их выведения.
Специалисты единодушны: достигнутая точность расчетов повышает эффективность медицинской помощи. Прежде чем назначить дозировку конкретному пациенту, врачи и ученые испытывают ее на фантоме. Сейчас приспособление используется при диагностике и лечении пациентов с различными видами токсического зоба, рака щитовидной железы.
Фантом-имитатор был создан после того, как мы завершили разработку другого устройства — индивидуального медицинского дозиметра, рассказывает один из создателей уникального приспособления, медицинский физик ГНЦ ФГБУ «НМИЦ эндокринологии» Минздрава России, старший преподаватель ИФИБ НИЯУ МИФИ Алексей Трухин.
— Такой дозиметр позволяет отследить фармакокинетику (распределение) радиоактивного изотопа в организме человека. Как раз знание о том, как именно препарат поведет себя в конкретном органе, необходимо, чтобы определиться с дозировкой: превышение способно навредить, а от маленькой не будет эффекта. Любое устройство, которое что-то измеряет, должно быть соответствующим образом откалибровано, сличено с эталоном. Поэтому и возникла мысль разработать максимально похожий на человека объект, который позволит провести предварительные исследования и расчеты, — подчеркивает эксперт.
Так появился новый эталон — антропоморфный наливной фантом. По словам физика, на данный момент это устройство — единственное в мире удовлетворяющее широкому спектру задач ядерной медицины в эндокринологии, онкологии и дистанционной лучевой терапии.
Центр по производству радиофармпрепаратов
Перед учеными стояла задача создать весь набор органов эндокринной системы, собрать достаточно информации, чтобы понять, где же граница эффективности и безопасности, поясняет завотделением радионуклидной терапии, доцент кафедры эндокринологии ГНЦ ФГБУ «НМИЦ эндокринологии» Минздрава России Марина Шеремета.
— Эта граница размывается, если прибор, с помощью которого рассчитывается нужная дозировка, неточный. Фантом позволяет минимизировать ошибку при проведении дозиметрического планирования, — разъясняет Марина Шеремета.
Дозиметрическое планирование дает специалистам информацию о том, сколько лекарственного радиофармпрепарата попадет в орган-мишень, и эта информация используется в расчетах. Ученые и физики получают калибровочные коэффициенты, которые потом применяются в расчетах и позволяют на 10% их точность.
— И если подвести итоги, то эффективность лечения с использованием фантома за два года его использования выросла до 93%. Ранее она составляла 80–85%. Возможно, это звучит не очень громко, но речь идет о радикальном методе, когда мы обязаны давать гарантии и разъяснять существующие индивидуальные риски, — продолжает Алексей Трухин.
Безымянный герой
Прообразом устройства послужили фантомы, которые используются для определения дозовой нагрузки и оценки радиационной безопасности (контроля радиационной обстановки) на атомных электростанциях. Кстати, их называют «Романами» — поговаривают, что в честь разработчика этих приспособлений, Романа Евгеньевича Брюхова. У эндокринного фантома собственного имени пока нет.
Уникальный манекен изготовлен из специальных смол — материалов, рентгеновская плотность которых должна соответствовать плотности тканей человека. Другими словами, эффект воздействия радиоактивного йода на фантом сопоставим с воздействием на человеческий организм. По словам Трухина, на то, чтобы выявить электронную плотность, идентичную человеческим тканям, были потрачены тысячи жизней медиков и исследователей, трудившихся в середине прошлого века. Тогда, на заре лечения радиоактивными методами, не сразу начали понимать, что радиоактивность представляет реальную опасность, и ученые буквально рисковали собой для будущих поколений. Много рисков в такой работе есть и сейчас, поэтому антропоморфный фантом — это настоящий прорыв в научной и лечебной деятельности.
В проектировании устройства в ООО НТЦ «РАДЭК» в Санкт-Петербурге ученым помогал профессиональный скульптор. Он создал необходимые органы и эталонные отливные формы. Химики предприятия изготовили модели фантома по специальной технологии из уникального состава, отвечающего необходимым требованиям. Потом скульптор доработал полученные модели, чтобы они полностью подходили друг другу — совсем как в организме человека.
По расчетам физиков производители соорудили фантому щитовидную железу объемом от 5 до 60 мл. Кстати, в норме объем здоровой щитовидки достигает 25 мл у мужчин и не более 20 мл у женщин, но при заболеваниях этот орган значительно увеличивается. Благодаря фантомной щитовидной железе есть возможность при расчетах учесть наличие у пациентов, скажем, узлового зоба. Это позволяет принимать во внимание индивидуальную характеристику жизненно важного органа конкретного пациента. Каждый объем имеет свой коэффициент для расчета дозы препарата — таким образом ученые достигают персонализации лечебно-диагностического процесса. Фантом может «похвастаться» и подробно сымитированными околощитовидными железами. Это важно, поскольку они тесно взаимосвязаны с щитовидной железой и рискуют попасть под влияние препарата. В устройстве соорудили даже слюнные железы, поскольку они тоже порой болезненно реагируют при проведении радиойодтерапии.
В фантоме находятся полости, которые имитируют и другие эндокринные органы, но не столь детально. Однако эндокринные опухоли в них при необходимости могут быть сымитированы… с помощью дрели. Например, нежелательные образования часто очень активно развиваются в надпочечниках. Специалист просто просверлит отверстие под специальную емкость в нужном месте, зальет в эту пробирку радиоактивный йод и проведет нужные испытания.
Мешочек с радиацией
«Почки» и «мочевой пузырь» фантома используются для того, чтобы отследить, насколько интенсивно и эффективно из организма после лечения выводится радиоактивный препарат.
— Если говорить, например, про методы лечения с применением препаратов, отличающихся большой молекулярной структурой, то они «застревают» в почках и надолго там фиксируются. Для того чтобы ограничить облучение, нам надо знать, когда остановиться. Поэтому мы имитируем облучение на фантоме, делаем расчеты и анализируем дозу в почках, рассчитывая при этом, как долго будет выводиться препарат, — рассказывает ученый.
Такие расчеты важны и для того, чтобы, согласно нормам радиационной безопасности, выпустить пациента из лечебного учреждения, когда он не будет представлять опасность для других людей.
— Наша задача — минимизировать риски, подобрать правильную дозировку, которая имеет минимально вредный эффект и разработать дополнения к существующим рекомендациям. Уже на данном этапе разработка позволила учесть и актуализировать ошибку измерения активности йода-131 в щитовидной железе в зависимости от ее размеров и рассчитать поглощенную дозу в слюнных железах. Это важно при проведении радиойодтерапии пациентам с тиреотоксикозом и раком щитовидной железы, — продолжает Алексей Трухин.
У фантома есть небольшой недостаток — изначально в него не заложили слезные железы. Однако, по словам ученого, этот орган легко имитировать.
— Мы просто отрежем часть «мозга» в том месте, где находятся слезные железы, — под надбровными дугами. В это место положим мешочек и сымитируем радиоактивность, поместив туда источник радиации, — говорит физик.
Ставка на скелет
Ученый уверен: фантом сослужит хорошую службу не только эндокринологам. Модель эндокринных органов может пригодиться специалистам, которые занимаются лечением осложнений после дистанционного облучения костного мозга. Дело в том, что когда идет облучение всего позвоночника, то затрагиваются и все органы эндокринной системы, а они очень чувствительны к воздействию радиации. Устройство позволяет оценить дозы, которые пациент получает при дистанционной лучевой терапии. У фантома есть скелет, в котором достаточно просверлить в нужном месте отверстие и установить маленькую стандартную емкость с радиоактивностью. Таким образом можно и определить особенности воздействия на кости. При онкологии позвоночник часто облучается на уровне грудной клетки и почек — всё это тоже можно воссоздать на модели.
Кроме того, фантом отлично подходит для так называемого симуляционного образования — когда специалист оттачивает свои навыки не на человеке, а на имитационной системе органов. Например, предполагается, что в рамках обучения врач-радиотерапевт будет закладывать в область имитации таза специальные иглы с радионуклидными источниками йода, что поможет отточить методы лечения предстательной железы. В НМИЦ эндокринологии существует соответствующее подразделение.
В планах ученых — установить четкую взаимосвязь между индивидуальными характеристиками пациента, воздействием лечебного облучения на органы риска и персонально подбирать наилучшие профилактические меры для минимизации осложнений после проведения радионуклидной терапии. По признанию физика, фантом открыл большие перспективы для исследований в области ядерной и радиационной медицины.
