Помощь студентам в учебе
ПРИМЕНЕНИЕ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ И КЛИНИЧЕСКОЙ ДОЗИМЕТРИИ
|
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Основные аспекты ЛТ и способы применения аддитивных технологий в
ЛТ и КД 10
1.1 Лучевая терапия 10
1.1.1 Источники ИИИ и виды ЛТ 11
1.1.2 Система планирования курсов ЛТ 12
1.1.3 Клиническая дозиметрия 13
1.2 Аддитивные технологии 15
1.2.1 Применение аддитивных технологий в современном мире 16
1.2.2 Классификация 3D принтеров по методам печати 22
1.3 Болюсы для лучевой терапии 28
1.4 Фантомы для клинической дозиметрии 30
1.5 Тканеэквивалентные материалы 32
1.6 Применение аддитивных технологий в лучевой терапии и
клинической дозиметрии 33
1.6.1 Болюсы, созданные с помощью 3D печати 33
1.6.2 3D печать в клинической дозиметрии 38
1.6.3 3D печать в аппликационной терапии 39
1.6.4 Фантомы, созданные с помощью 3D печати 40
1.7 Выводы по Главе 1 43
2 Выбор материалов и методов исследования 45
2.1 3D принтер 45
2.2 Пластики 46
2.3 ПО для 3D печати 48
2.4 SEM - EDS 48
3 Исследование тканеэквивалентности пластиков 50
3.1 План эксперимента 50
3.2 Проведение эксперимента 51
3.3 Обработка результатов исследования 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 58
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Основные аспекты ЛТ и способы применения аддитивных технологий в
ЛТ и КД 10
1.1 Лучевая терапия 10
1.1.1 Источники ИИИ и виды ЛТ 11
1.1.2 Система планирования курсов ЛТ 12
1.1.3 Клиническая дозиметрия 13
1.2 Аддитивные технологии 15
1.2.1 Применение аддитивных технологий в современном мире 16
1.2.2 Классификация 3D принтеров по методам печати 22
1.3 Болюсы для лучевой терапии 28
1.4 Фантомы для клинической дозиметрии 30
1.5 Тканеэквивалентные материалы 32
1.6 Применение аддитивных технологий в лучевой терапии и
клинической дозиметрии 33
1.6.1 Болюсы, созданные с помощью 3D печати 33
1.6.2 3D печать в клинической дозиметрии 38
1.6.3 3D печать в аппликационной терапии 39
1.6.4 Фантомы, созданные с помощью 3D печати 40
1.7 Выводы по Главе 1 43
2 Выбор материалов и методов исследования 45
2.1 3D принтер 45
2.2 Пластики 46
2.3 ПО для 3D печати 48
2.4 SEM - EDS 48
3 Исследование тканеэквивалентности пластиков 50
3.1 План эксперимента 50
3.2 Проведение эксперимента 51
3.3 Обработка результатов исследования 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 58
Онкологические заболевания - это обширный и разнородный класс заболеваний, которые становятся все более распространенными в наше время [1]. Согласно исследованию [2], смертность от заболеваний сердечно - сосудистой системы находится на первом месте в мире, но в странах с высоким и средним уровнем дохода смерти, связанные с раковыми заболеваниями, становятся более распространенными, чем от ССЗ, что сигнализирует о переходе в преобладающих причинах смерти. Поскольку наблюдается тенденция к снижению смертности от ССЗ, то смертность от рака может занять лидирующую позицию в этом рейтинге. Поэтому очень важно улучшать методы и способы диагностики и лечения онкологических заболеваний.
На сегодняшний день существует три основных способа лечения злокачественных новообразований: хирургическое вмешательство,
химиотерапия и лучевая терапия [1].
Хирургическое вмешательство для лечения онкологических заболеваний основано на ножевом, электрохирургическом или лазерном удалении очага злокачественного новообразования. Данный метод применяется на начальных стадиях заболеваний, когда опухоль носит локальный характер и имеет ярко выраженную дифференцированную структуру по отношению к другим тканям [3].
Химиотерапия - метод лечения злокачественного новообразования с помощью введения в организм человека или животных специальных химическим средств или лекарственных препаратов, которые называются противоопухолевыми химиотерапевтическими препаратами (агентами) [4].
Лучевая терапия - это комплекс процедур, связанных с воздействием различных видов ИИ на ткани человеческого организма с целью лечения различных заболеваний [5].
Основная проблема двух последних методов лечения, перечисленных выше, - это причинение вреда не только раковым клеткам, но и здоровым тканям организма. Поэтому для снижения осложнений, возникающих после прохождения курса ЛТ, могут использовать высокоточные методы конформного облучения [6].
Другим способом повышение эффективности ЛТ является применение радиомодификаторов [7]. Под радиомодификаторами понимают химические и физические способы усиления или ослабления радиочувствительности клеток, тканей и органов. Механизм действия радиомодификаторов основан на искусственном изменении различных сторон жизнедеятельности опухолевых и нормальных клеток: прохождении клеточного цикла, усилении или ослаблении репаративного потенциала, апоптоза, пролиферативной активности, метаболизма, снабжения кислородом.
Также для уменьшения негативных последствий лечения применяют комбинированные методики, сочетающие в себе два и более различных способа лечения. Это позволяет получить желаемый эффект (устранение опухоли), максимально снизив негативные последствия для больного.
В ЛТ огромную роль играет радиотерапевтический интервал [8], потому что от него зависит, насколько сильно пострадают здоровые ткани. Если опухоль и ткань имеют близкие значения радиочувствительности, то применяют конформное облучение [6]. Однако ошибки, полученные при дозиметрическом контроле, могут привести к повышению вероятности побочных эффектов терапии и снизить вероятность достижения терапевтического эффекта. Поэтому для повышения точности распределения ПД используют ряд приспособлений: системы планирования ЛТ,
многолистовые коллиматоры, болюсы и фантомы. Суть использования этих приспособлений будет описана ниже.
Для создания фантомов, болюсов и аппликаторов, применяемых в ЛТ, можно использовать аддитивные технологии, в частности 3D печать. Создание фантомов таким образом позволит персонализировать процесс дозиметрического контроля. Возможно создавать аппликаторы и болюсы с учетом физиологических особенностей пациентов. Это позволит создать необходимое распределение ПД и снизить стоимость их изготовления.
Научная новизна такого подхода заключается в применение аддитивных технологий в ЛТ и КД.
На сегодняшний день существует три основных способа лечения злокачественных новообразований: хирургическое вмешательство,
химиотерапия и лучевая терапия [1].
Хирургическое вмешательство для лечения онкологических заболеваний основано на ножевом, электрохирургическом или лазерном удалении очага злокачественного новообразования. Данный метод применяется на начальных стадиях заболеваний, когда опухоль носит локальный характер и имеет ярко выраженную дифференцированную структуру по отношению к другим тканям [3].
Химиотерапия - метод лечения злокачественного новообразования с помощью введения в организм человека или животных специальных химическим средств или лекарственных препаратов, которые называются противоопухолевыми химиотерапевтическими препаратами (агентами) [4].
Лучевая терапия - это комплекс процедур, связанных с воздействием различных видов ИИ на ткани человеческого организма с целью лечения различных заболеваний [5].
Основная проблема двух последних методов лечения, перечисленных выше, - это причинение вреда не только раковым клеткам, но и здоровым тканям организма. Поэтому для снижения осложнений, возникающих после прохождения курса ЛТ, могут использовать высокоточные методы конформного облучения [6].
Другим способом повышение эффективности ЛТ является применение радиомодификаторов [7]. Под радиомодификаторами понимают химические и физические способы усиления или ослабления радиочувствительности клеток, тканей и органов. Механизм действия радиомодификаторов основан на искусственном изменении различных сторон жизнедеятельности опухолевых и нормальных клеток: прохождении клеточного цикла, усилении или ослаблении репаративного потенциала, апоптоза, пролиферативной активности, метаболизма, снабжения кислородом.
Также для уменьшения негативных последствий лечения применяют комбинированные методики, сочетающие в себе два и более различных способа лечения. Это позволяет получить желаемый эффект (устранение опухоли), максимально снизив негативные последствия для больного.
В ЛТ огромную роль играет радиотерапевтический интервал [8], потому что от него зависит, насколько сильно пострадают здоровые ткани. Если опухоль и ткань имеют близкие значения радиочувствительности, то применяют конформное облучение [6]. Однако ошибки, полученные при дозиметрическом контроле, могут привести к повышению вероятности побочных эффектов терапии и снизить вероятность достижения терапевтического эффекта. Поэтому для повышения точности распределения ПД используют ряд приспособлений: системы планирования ЛТ,
многолистовые коллиматоры, болюсы и фантомы. Суть использования этих приспособлений будет описана ниже.
Для создания фантомов, болюсов и аппликаторов, применяемых в ЛТ, можно использовать аддитивные технологии, в частности 3D печать. Создание фантомов таким образом позволит персонализировать процесс дозиметрического контроля. Возможно создавать аппликаторы и болюсы с учетом физиологических особенностей пациентов. Это позволит создать необходимое распределение ПД и снизить стоимость их изготовления.
Научная новизна такого подхода заключается в применение аддитивных технологий в ЛТ и КД.
Результатом данной выпускной квалификационной работы является изучения возможности использования 3D печати в ЛТ и КД. На основании литературного анализа было выделено три основных направления использования 3D печати: 1) изготовление фантомов; 2) изготовление аппликаторов; 3) изготовление болюсов. Создание объектов выбранным способом позволит еще больше персонализировать подход к каждому пациенту и повысить вероятность успешного прохождения курса ЛТ.
По результатам практической части были получены навыки по работе с 3D принтером, программами для 3D моделирования и программном обеспечением для расчета массовых коэффициентов ослабления фотонного излучения. Также произошло ознакомление с определением химического состава вещества методом SEM - EDS. Основная часть практической работы заключалась в исследовании тканеэквивалентности 4 пластиков путем сравнения массовых коэффициентов ослабления, рассчитанных на основе химического состава, с массовыми коэффициентами ослабления органов. По полученным результатам можно сделать вывод, что наиболее тканеэквивалентным материалом из рассмотренных является PETG.
Поскольку количество материалов для 3D печати очень разнообразно, то необходимо проведение дальнейших исследований в рамках данного вопроса. В качестве материалов для исследования стоит рассматривать не только пластики, но и фотополимерные смолы.
Таким образом на основании проведенного анализа можно сделать вывод, что применение 3D печати в ЛТ и КД позволит сделать данные отрасли более персонализированными, сократит финансовые расходы и повысить качество лечения.
По результатам практической части были получены навыки по работе с 3D принтером, программами для 3D моделирования и программном обеспечением для расчета массовых коэффициентов ослабления фотонного излучения. Также произошло ознакомление с определением химического состава вещества методом SEM - EDS. Основная часть практической работы заключалась в исследовании тканеэквивалентности 4 пластиков путем сравнения массовых коэффициентов ослабления, рассчитанных на основе химического состава, с массовыми коэффициентами ослабления органов. По полученным результатам можно сделать вывод, что наиболее тканеэквивалентным материалом из рассмотренных является PETG.
Поскольку количество материалов для 3D печати очень разнообразно, то необходимо проведение дальнейших исследований в рамках данного вопроса. В качестве материалов для исследования стоит рассматривать не только пластики, но и фотополимерные смолы.
Таким образом на основании проведенного анализа можно сделать вывод, что применение 3D печати в ЛТ и КД позволит сделать данные отрасли более персонализированными, сократит финансовые расходы и повысить качество лечения.