Математическое моделирование и оптимизация методов фракционирования дозы в лучевой терапии опухолей

• Автор: Молчанова, Екатерина Владимировна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Петрозаводск
• Количество страниц: 247 с. : ил

Содержание
Введение

Глава I. Концептуальная модель лучевой терапии опухолей

1 Общая схема диагностики и терапии онкологических больных

2 История развития лучевой терапии опухолей

3 Основные концептуальные принципы лучевой терапии

опухолей

4 Радиационные величины и единицы.

5 Основные параметры облучения и общая математическая формулировка задачи планирования лучевой терапии опухолей 6 Общий перечень задач математического моделирования

процесса лучевой терапии.

Результаты Главы I

Глава II. Математическая модель классификации онкологических
больных.
1 Постановка проблемы классификации онкологических
больных.
2 Основные положения математической модели кластерного анализа онкологических больных на основе клинических данных.
3 Метод прогностических коэффициентов.
4 Компьютерная реализация задачи классификации больных с
онкологическим заболеваниями желудка.
5 Пример использования прогностической матрицы
6 Алгоритм расчета значений критерия классификации
7 Международная система классификации онкологических заболеваний и классификация по стадиям развития онкоболезни.
8 Диагностика опухолей
Результаты Главы II
Глава III. Математические модели лучевой терапии опухолей
1 Простейшие математические модели процесса
лучевой терапии
2 Модель фракционированного облучения iv.
3 Модель фракционированного облучения
Б лера Дэвидсона Корогодина
4 Модель .
5 Модель Холина.
6 Модель
7 Модель .
8 Популяционно феноменологические модели.
9 Модель .
Модель Клеппера . Я
Уравнение выживаемости в теории мишени
Пошаговая модель лучевой терапии Иванова В.К
Влияние иммунной системы на схему фракционирования
Подходы к идентификации параметров пошаговой модели
лучевой терапии Иванова В.К
Многошаговая оптимизация на основе модели Иванова В. К.5 Синтезированные математические модели
лучевой терапии.
Анализ математических моделей лучевой терапии опухолей .0 Результаты Главы III
Глава IV. Влияние объема опухоли на результат
лучевой терапии.
1 Анализ зависимости суммарная доза облучения
объем опухоли.
2 Анализ зависимости суммарная доза число раковых клеток
вероятность излечения
3 Применение метода расчета эквивалентных условий облучения РЭУО для описания вероятности резорбции переходноклеточного рака мочевого пузыря
4 Расчет вероятности резорбции и вероятности лучевых
осложнений с помощью математической модели Клеппера
Результаты Главы IV
Глава V. Онкологические заболевания легких
1 Распределение больных по основным локализациям
2 Рак легкого.
4 Описание клинических данных и краткая характеристика
базы данных Онкология
5 Настройка параметров модели Эллиса на основе
клинических данных о лучевой терапии рака легких.
6 Распределение больных по показателям
Результаты Главы V.
Заключение.
Литература


В качестве обоснования важности этого подхода можно привести пример эксперимента проведенного в госпитале Андерсона (МЭАН) при лечении рака легкого. Недельная доза составляла Гр. У всех больных, проживших более месяцев после лечения, развился отек рук и тяжелый болевой синдром, потребовавший у большинства из них выполнения ампутации. Было получено определенное увеличение выживаемости, сопровождающееся серьезными потерями в качестве жизни. Уап Яоо]еп в году доложил об успешном опыте разделения дневной дозы на 2 фракции и предложил несколько различных схем лучевой терапии, из анализа результатов которых он сделал вывод о зависимости биологического эффекта от величины дозы за фракцию. Изучение проблемы распределения дозы во времени (разовых доз, суммарной дозы, числа фракций, интервалов между фракциями) активно продолжается в настоящее время. И математическое моделирование этого процесса позволяет получить новые эффективные схемы лучевой терапии опухолей. Под лучевой терапией понимают лечение различных онкологических заболеваний с помощью ионизирующего излучения (различают рентгенотерапию, протонную, пимезонную, альфа -терапию, терапию тяжелыми ионами). В зависимости от распределения подводимой к очагу поражения дозы излучения во времени различают одномоментное, дробное (фракционированное) или непрерывное облучение [,,0]. Прежде всего повреждается ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота или гены) этих клеток, в результате чего они утрачивают способность к делению и погибают (см. Приложение. При этом необходимо минимизировать повреждение тканей окружающих опухоль. Это требование ограничивает величину подводимой к опухоли суммарной очаговой дозы излучения до уровня - Гр. При хорошем планировании облучения общие реакции лучевого поражения выражены слабо и по окончании лучевой терапии исчезают. Создание таких схем лечения и является целью математического моделирования процесса лучевой терапии опухолей. Особое значение при использовании лучевой терапии имеют гамма-излучения (гамма-терапия). Гамма-установка состоит из источника и защищенного контейнера, внутри которого помещен источник. Применение гамма-излучения высокой энергии позволяет разрушить глубоко расположенные опухоли, при этом поверхностно расположенные органы и ткани подвергаются меньшему губительному действию. Воздействие ионизирующего излучения оказывает значительное влияние на организм человека. Это необходимо учитывать при проведении лечения (см. Приложение). Гистологическое строение опухоли и степень дифференцировки клеток (с увеличением степени дифференцировки повышается устойчивость к лучевому лечению). Хорошее кислородное питание и кровоснабжение опухоли значительно влияет на радиочувствительность. Темп роста опухоли (опухоли с быстрым темпом роста лучше реагируют на облучение, чем медленно растущие). Размер новообразования (крупные новообразования, содержащие большое количество клеток, находящихся в состоянии гипоксии, имеют большую радиорезистентность, по сравнению с аналогичными опухолями меньших размеров). Более высокая радиорезистентность центральной части опухоли по сравнению с периферической. Изменение радиочувствительности под влиянием инфекции (воспалительный процесс, повышая радиочувствительность нормальных тканей, снижает чувствительность опухоли). Локализация опухоли и тип пораженной ткани. Воздействие ионизирующего излучения на последующие поколения клеток через наследственный аппарат клеток. Учет этих положений позволяет определить величину допустимой (толерантной) дозы. В радиологии под толерантной подразумевают такую дозу, превышение которой приводит к резкому увеличению лучевых осложнений определенного типа. Величина толерантной дозы определяется схемой фракционирования облучения, объемом облученного органа или ткани. В настоящее время принято считать, что толерантная доза приводит к вероятности лучевых осложнений не выше 5% за 5 лет наблюдений []. Иногда, для большей определенности ее полагают равной 5%. Условию толерантности, например, удовлетворяет стандартизованная схема фракционированного облучения (если при пяти следующих друг за другом сеансах облучения с интервалом 1 сут.