Спектр вторичного излучения маркера предлучевой разметки волластонита/гидроксиапатита

В настоящее время методики лечения рака молочной железы (РМЖ) позволяют провести органосохраняющие операции, максимально снижая риск психотравмы для пациентов. Но остается проблема сохранения жизнеспособных опухолевых клеток в границах послеоперационной раны даже при негативных краях [1]. Для полной эрадикации опухолевых клеток используется адъювантная лучевая терапия с дополнительным облучением ложа опухоли (буст). Учитывая то обстоятельство, что большинство местных рецидивов РМЖ происходят проксимальнее исходного места первичного рака, доставка дополнительной дозы ионизирующего излучения на оставшуюся ткань молочной железы является стандартом лечения в течение нескольких десятилетий [2].

Хотя положительный эффект послеоперационной лучевой терапии РМЖ хорошо документирован, это лечение может быть связано с рядом осложнений, которые могут повлиять как на качество жизни пациентов, так и на выживаемость. Общепринятой методикой обозначения краев операционной раны является маркировка с помощью имплантируемых рентгеноконтрастных скрепок [3-5]. Однако расположение 3, 4 или даже 5 скрепок не может в точности передать всю сложность топографии послеоперационной раны, которая претерпевает значительные пространственные деформации, особенно в случаях, когда имеется сочетание с онкопластической операцией [6-8]. Чтобы избежать или уменьшить число осложнений лучевой терапии РМЖ и для более точного определения локализации нами предложена интраоперационная методика маркировки краев ложа опухоли биодеградируемым, рентгеноконтрастным материалом волластонит/ГАП. Так как ранее использование этого маркера для подобных задач не проводилось, а при реализации программы лечения РМЖ предполагается послеоперационная лучевая терапия, то в случае генерации вторичного излучения в спектрах, отличных от генерации на мягких тканях человека, актуален вопрос об учете этого фактора при составлении планов лучевой терапии.

Цель исследования – определить возможность генерации вторичного излучения на графте волластонит/ГАП, который имеет потенциал использования в качестве маркера для послеоперационной предлучевой разметки ложа опухоли молочной железы.

Материалы и методы

Объект исследования. Был изучен спектр вторичного излучения в рентгеновском диапазоне, генерируемый на полиакриламиде и графте волластанит/ГАП (размер частиц от 200 до 1000 мкм). Полиакриламид по составу основных химических элементов близок к мягким тканям человека, что позволяет его использовать в качестве эквивалента. Графт волластонита с гидроксиапатитом, предполагаемый для введения в полость операционной раны для маркировки краев, был получен с применением метода искрового плазменно-реактивного спекания (ИП-РС). Метод основан на электроимпульсном спекании порошка Ca₃(Si₃O₉) в смеси с реакционноспособными компонентами (CaO и CaHPO₄ГАП). Спекание проводили на установке SPS-515S фирмы «Dr.Sinter*LAB™» (Япония) при температуре 1000 °C и скорости нагрева 100 °С/мин, времени выдержки 5 мин, приложенном давлении 22,3 мегапаскаля (МПа). В качестве исходных реагентов использовали коммерческие порошки CaHPO₄ и CaO (Sigma-Aldrich, чистота 99,98%) с размером частиц 5 и 7 мкм [9][10].

Облучение проводилось на медицинском линейном ускорителе «TRUEBEAM» производства Varian Medical SystemsСША при энергии фотонов 6 МэВ с созданием экрана из переносных свинцовых блоков с формированием отверстия в блоке диаметром 10 мм, через которое проводилось облучение образцов. Для регистрации распределения фотонов использовался гамма-спектрометр СКС-50М с детектором на основе сверхчистого германия производства фирмы ORTEC (Model: GEM15P4, Serial No45-TP21994A США) (рис. 1).

В качестве контроля использовался полиакриламид в виде пластинки толщиной 1,0 см производства SNF Group (Франция).

Показания приборов суммировались с шагом в 50 кэВ в диапазоне от 0 до 2650 кэВ и были представлены в виде графика. В каждом диапазоне проводилось три измерения, после чего вычислялась средняя арифметическая и ошибка средней арифметической. Достоверность различия средних величин определялась по критерию Стьюдента.

Результаты исследования

Как видно из графиков, представленных на рис. 2, кривая как для полиакриламида, так и для графта волластанит/ГАП имеет три четко выраженных пика. Первый пик с энергией фотонов от 50 до 150 кэВ – это вторичное излучение в рентгеновском диапазоне, которое генерируется непосредственно на исследуемых образцах. Число фотонов составило 2,58 ± 0,3 для графта волластанит/ГАП и 2,57 ± 0,03 импульса/сек для полиакриламида. Различие между показателями несущественно. В энергиях фотонов в диапазоне 51–100 кэВ имеется некоторое статистически незначимое различие: волластанит/ГАП 23,18 ± 2,57 импульса/секунду против полиакриламида 21,57 ± 2,37 импульса/секунду с нивелировкой в энергиях 101–150 кэВ – волластанит/ГАП 21,18 ± 2,51 импульса/секунду против полиакриламида 22,9 ± 2,41 импульса/секунду. Генерация фотонов с энергией в диапазоне от 0 до 150 кэВ осуществляется в основном за счет фотоэффекта [11].

Второй пик связан с вторичным излучением, генерируемом на свинцовой защите с энергией фотонов 301–350 кэВ и достигал 129,25 ± 16,76 импульса/секунду при измерении спектра на графте волластанит/ГАП и 130,35 ± 15,3 импульса/секунду на образце полиакриламида и осуществляется в основном за счет Комптон-эффекта [11]. Статистически значимого различия в этом диапазоне отмечено не было. О генерации фотонов пика 301–350 кэВ на свинцовой защите говорит его присутствие при снятии показаний спектрометра при отсутствии облучаемого образца.

Третий пик регистрируется в области энергий фотонов в диапазоне 501–559 кэВ. Это область (511 кэВ) рождения и аннигиляции электрон-позитронных пар. На образцах волластанит/ГАП он составил 6,06 ± 0,73, а на образце полиакриламида – 6,06 ± 0,7 импульса/секунду, различия статистически незначимы. В остальных диапазонах энергий показатели пиков не имели, как не имели и статистически значимых различий [11].

Обсуждение полученных результатов

Данные нашего исследования показывают, что вторичное излучение на исследуемых образцах в диапазоне 51–100 кэВ составило незначительное различие: волластанит/ГАП 23,18 ± 2,57 импульса/секунду против полиакриламида 21,57 ± 2,37 импульса/секунду с нивелировкой в энергиях 101–150 кэВ – волластанит/ГАП 21,18 ± 2,51 импульса/секунду против полиакриламида 22,9 ± 2,41 импульса/секунду. Однако эти различия не были статистически значимыми.

Отсутствие статистически значимого различия генерации вторичного излучения во всех диапазонах спектра от 150 до 2650 кэВ межу графтом волластанит/ГАП и биологическим эквивалентом мягких тканей человека – полиакриламидом [12] дает возможность использования графта волластанит/ГАП в качестве материала для маркировки ложа удаленного участка молочной железы с опухолью без перерасчета планов лучевой терапии. С другой стороны, графт волластанит/ГАП имеет мелкую дисперсность и рентгеноконтрастность, что позволяет после операции с высокой точностью проследить и корректно построить план послеоперационной лучевой терапии.

Выводы

Использование перспективного материала графта волластанит/ГАП для послеоперационной/предлучевой разметки не усложняет ход операции, не потребует дополнительных расчетов и корректировки плана лучевой терапии после хирургического лечения рака молочной железы.