Исследование возможности изготовления болюсов для гамма-терапии с помощью методов трехмерной печати

Применение лучевой терапии пучками ионизирующего излучения в сочетании с другими методами лечения онкологических заболеваний позволяет достичь хороших терапевтических результатов. Для эффективного проведения процедур лучевой терапии необходимо формировать оптимальное распределение дозы в облучаемом объеме. Болюсы, представляющие собой специальные устройства, изготавливаемые из тканеэквивалентных материалов и располагаемые на поверхности тела пациента, позволяют изменять распределение поглощенной дозы в облучаемом объеме в соответствии с клинической задачей. Особенно это актуально при фотонном облучении опухолей, расположенных близко к поверхности кожи пациента. Применение стандартных материалов, таких как воск, желатин, различные гели, для изготовления болюсов ограничено в связи с изменением формы и размеров таких изделий в процессе эксплуатации. В настоящей работе исследуются возможности изготовления болюсов для гамма-терапии с помощью методов трехмерной печати. Для этого была разработана численная модель, учитывающая реальные параметры медицинского источника гамма-излучения и свойства исследуемого пластика. Были получены расчетные и экспериментальные процентные глубинные распределения дозы излучения в пластике, значения дозы за пластиковыми образцами разной высоты, имитирующими простой болюс, а также распределения дозы за напечатанным пластиковым изделием, имитирующим болюс со сложной геометрией. Полученные данные численного моделирования и экспериментальные результаты находятся в хорошем согласии. Результаты работы позволяют сделать вывод о том, что разработанная численная модель пригодна для расчета геометрических параметров пластиковых болюсов, изготовленных методами трехмерной печати. Показано, что болюсы из АБС-пластика пригодны для формирования медицинских пучков гамма-излучения.

1. London. L. Global battle against cancer won’t be won with treatment alone – effective prevention measures urgently needed to prevent cancer crisis // Central European journal of public health, 2018. V. 22. № 1. P. 23–28.

2. Климанов В.А. Радиобиологическое и дозиметрическое планирование лучевой и радионуклидной терапии. Часть 1. Радиобиологические основы лучевой терапии. Радиобиологическое и дозиметрическое планирование дистанционной лучевой терапии пучками тормозного и гамма-излучения и электронами. Учебное пособие. М.: НИЯУ МИФИ, 2011. 500 с.

3. Kudchadker R.J. et al. Utilization of custom electron bolus in head and neck radiotherapy // Journal of applied clinical medical physics, 2003. V. 4. № 4. P. 321– 333.

4. Khan F.M., Gibbons J.P. Khan’s the physics of radiation therapy. Fifth edition. Lippincott Williams & Wilkins, 2014. 572 p.

5. Boone M.L., Jardine J.H., Wright A.E., Tapley N.D. High-energy electron dose perturbations in regions of tissue heterogeneity. I. In vivo dosimetry // Radiology, 1967. V. 88. № 6. P. 1136–1145.

6. Mahdavi H., Jabbari K., Roayaei M. Evaluation of various boluses in dose distribution for electron therapy of the chest wall with an inward defect // Journal of Medical Physics/Association of Medical Physicists of India, 2016. V. 41. № 1. P. 38.

7. Khan F.M., Moore V.C., Levitt S.H. Field shaping in electron beam therapy // The British journal of radiology, 1976. V. 49. № 586. P. 883–886.

8. Lu Y., Song J., Yao X., An M., Shi Q., Huang X. 3DPrinting Polymer-based Bolus Used for Radiotherapy // International Journal of Bioprinting, 2021. V. 7. № 4. P. 27–42.

9. Attix F.H. Introduction to radiological physics and radiation dosimetry. John Wiley & Sons, 2008. 628 p.

10. Verhaegen F., Granton P., Tryggestad E. Small animal radiotherapy research platforms // Physics in Medicine & Biology, 2011. V. 56. № 12. P. R55–R83.

11. Koutsouvelis N., Rouzaud M., Dubouloz A., Nouet P., Jaccard M., Garibotto V., Tournier B.B., Zilli T., Dipasquale G. 3D-printing for dosimetric optimization and quality assurance in small animal irradiations using megavoltage X-rays // Zeitschrift für Medizinische Physik, 2020. V. 3. № 30. P. 227–235.

12. Albantow C., Hargrave C., Brown A., Halsall C. Comparison of 3D-printed nose bolus to traditional wax bolus for cost-effectiveness, volumetric accuracy and dosimetric effect // Journal of Medical Radiation Sciences, 2020. V. 1. № 67. P. 54–63.

13. BOLX™ Radiation Bolus Products [Available online]. Available at: https://www.actionproducts.com/resources/downloads/bolxtm-radiation-bolus-products.html (accessed 27.06.2022)

14. Vyas V., Palmer L., Mudge R., Jiang R., Fleck A., Schaly B., Osei E., Charland P. On bolus for megavoltage photon and electron radiation therapy // Medical Dosimetry, 2013. V. 38. № 3. P. 268–273.

15. Desrosiers M., DeWerd L., Deye J., Lindsay P., Murphy M.K., Mitch M., Macchiarini F., Stojadinovic S., Stone H. The importance of dosimetry standardization in radiobiology // Journal of research of the National Institute of Standards and Technology, 2013. V. 118. P. 403–418.

16. Pedersen K.H., Kunugi K.A., Hammer C.G., Culberson W.S., DeWerd L.A. Radiation biology irradiator dose verification survey // Radiation Research, 2016. V. 185. № 2. P. 163–168.

17. Болюс Superflab [Электронный ресурс]. URL: https://www.rpdinc.com/superflab-bolus-05cm-thick-x- 30cm-square-1696.html. (дата обращения 27.06.2022)

18. Robar J.L., Moran K., Allan J., Clancey J., Joseph T., Chytyk-Praznik K., MacDonald R.L., Lincoln J., Sadeghi P., Rutledge R. Intrapatient study comparing 3D printed bolus versus standard vinyl gel sheet bolus for postmastectomy chest wall radiation therapy // Practical Radiation Oncology, 2018. V. 4. № 8. P. 221–229.

19. Original PRUSA I3 MK3 [Электронный ресурс]. https://3dtoday.ru/3d-printers/prusa-research/original-prusa-i3-mk3 (дата обращения 27.06.2022)

20. АБС-пластик фирмы Bestfilament [Электронныйресурс]. https://bestfilament.ru/abs-0.5-1.75-natural/ (дата обращения 27.06.2022)

21. Беспалов В.И. Компьютерная лаборатория (версия 9.6) Томск, ТПУ, 2015. 115 с.

22. Andreo P. Monte Carlo simulations in radiotherapy dosimetry // Radiation Oncology, 2018. V. 13. № 1. P. 1–15.

23. Miloichikova I.A., Stuchebrov S.G., Verigin D.A., Krasnykh A.A., Danilova I.B. Simulation of the X-Ray Beam Absorption by the ABS-Plastic Filled with Different Metallic Additives // Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2016. V. 769. № 1. P. 1–6.

24. Miloichikova I.A., Bulavskaya A.A., Cherepennikov Y.M., Gavrikov B.M., Gargioni E., Belousov D.A., Stuchebrov S.G. Feasibility of clinical electron beam formation using polymer materials produced by fused deposition modeling // Physica medica: PM: an international journal devoted to the applications of physics to medicine and biology: official journal of the Italian Association of Biomedical Physics, 2019. V. 64. P. 188–194.

25. НИИ онкологии Томского НИМЦ [Электронныйресурс]. https://onco.tnimc.ru/ (дата обращения 27.06.2022)

26. Theratron Equinox 80 [Электронный ресурс]. http://www.theratronics.ca/product_equinox.html (дата обращения 27.06.2022)

27. Фантом SP33 [Электронный ресурс]. https://goo.su/aDMJ (дата обращения 27.06.2022)

28. Пленочный дозиметр GafChromic EBT3 [Электронный ресурс]. http://www.gafchromic.com/gafchromic-film/radiotherapy-films/EBT/index.asp (дата обращения 27.06.2022)

29. Bulavskaya A.A., Cherepennikov Y.M., Grigorieva A.A., Miloichikova I.A., Startseva Z.A., Stuchebrov S.G., Velikaya V.V. Theoretical study of the dose measurements reliability with longitudinally arranged dosimetry films in materials with different densities // Journal of Instrumentation, 2020. V. 15. № 03. P. C03037.

30. Клинический дозиметр Dose-1 [Электронный ресурс]. https://all-pribors.ru/opisanie/26714-04-dose1-25123 (дата обращения 27.06.2022)

31. Ионизационная камера FC65-P [Электронный ресурс]. https://www.iba-dosimetry.com/product/fc65g-fc65-p-ionization-chambers/ (дата обращения 27.06.2022)

32. Пленочный дозиметр GafChromic EBT3 [Электронный ресурс]. http://www.gafchromic.com/gafchromic-film/radiotherapy-films/EBT/index.asp (дата обращения 27.06.2022)

33. Efficient Protocols for Accurate Radiochromic FilmCalibration and Dosimetry [Электронный ресурс]. http://www.gafchromic.com/documents/Efficient%20Protocols%20for%20Calibration%20and%20Dosimetry.pdf (дата обращения 27.06.2022)