СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРАВИЛЬНОГО ДЫХАНИЯ ПРИ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ

УДК 531/534
М.С. БЕРЕЗИНА
M.S. BEREZINA
СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРАВИЛЬНОГО ДЫХАНИЯ ПРИ
ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ
SYSTEM OF ENSURING THE CORRECT BREATH AT RADIATION
THERAPY
В данной статье описывается принцип работы системы с биологической обратной связью для
контроля дыхательной деятельности человека при лучевой терапии. Система имеет два канала: облучения и
облучения пациента.
Ключевые слова: лучевая терапия, учет контроля дыхания, биологическая обратная связь.
In given article the principle of work of system with biological feedback for control of respiratory activity of the
person at radiation therapy is described. The system has two channels: radiations and radiations of the patient.
Keywords: radiation therapy, accounting of control of breath, biological feedback.
Проблема контроля дыхательного движения в лучевой терапии (ЛТ) существовала с
давних времен. Один из подходов, который до сих пор часто применяется в подобном
лечении, состоит в том, что пациенту, опухоль которого подвержена дыхательной экскурсии,
проводится компьютерная томография (КТ) без учета влияния дыхания (поэтому неизвестно в
какой фазе дыхания будет получен данный срез) [1].
На данный момент времени существует несколько видов методик контроля дыхания
пациента при ЛТ: конвенциальная, метод «Гейтинг», задержка дыхания, метод вынужденного
поверхностного дыхания, метод отслеживания в реальном времени [2]. В ходе проведенного
анализа методик контроля дыхания пациента, учитывающих воздействие излучения при ЛТ,
был сделан вывод, что имеющиеся методы, хотя и являются применимыми на практике,
имеют ряд особенностей, которые усложняют работу с пациентом, так как требуют
дополнительных приспособлений, фиксирующих устройств, увеличивают время лечения и
являются дорогостоящими по обслуживанию.
Исходя из этого следует, что при обучении пациента правильному дыханию, не
глубокому и не поверхностному, качество проводимых процедур увеличится при
минимальных затратах на обслуживание и небольшом увеличении времени лечения.
Правильное дыхание во время ЛТ снижает степень риска попадания критических органов в
область облучения. На рисунке 1 представлены графики тренированного и нетренированного
дыхания [3].
Рисунок 1 – Переход от первоначального к натренированному дыханию
Для осуществления поставленной цели предлагается ввести систему, которая поможет
человеку научиться правильному дыханию, используя собственные внутренние резервы
организма, и подготовит его к процедуре облучения. Для этого формируется биологическая
обратная связь (БОС), которая позволяет контролировать дыхательную деятельность и
управлять ею. Система предполагает первоначальное обучение пациента дыханию. После
нескольких процедур, когда видна динамика прогрессирования правильного дыхания,
пациента отправляют на КТ, для получения КТ-снимков. Затем топографически находятся
критические органы (органы риска) и опухоль (мишень). Проводят оконтуривание важных
объектов и объемов, и составляется план облучения.
Биотехническая система контроля дыхательного цикла представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Блок-схема БТС - контроля дыхательного цикла
1 - устройства ввода; 2 - принтер; 3 - сканер; 4 - ПК планирующей системы; 5 - интерфейс
согласования; 6 - аппарат, 6.1 - блок управления генератором, 6.2 - генератор,6.3 радиационная головка, 6.3.1 - блок управления мульти лепестковым коллиматором (МЛК),
6.3.2 - МЛК; 7 - ПК базы данных; 8 - устройство ввода; 9 - интерфейс согласования; 10 - пульт
управления; 11 - интерфейс согласования; 12 - ПК управляющей системы аппаратом; 13 устройство ввода; 14 - интерфейс согласования; 15 - ПК портальных снимков; 16 - устройство
ввода; 17 - ПК портальных снимков в ротации; 18 - устройство ввода; 19 - датчики; 20 - блок
снятия параметров дыхательного цикла; 21 - блок обработки данных; 22 - монитор пациента,
22.1 - дисплей, 22.2 - микроконтроллер дисплея; 23 - основной микроконтроллер; 24 запоминающее устройство; 25 - динамик пациента; 26 - центральный сигнальный процессор;
27 - устройство ввода, 27.1 - кнопка запуска программы, 27.2 - клавиатура.
Данная схема имеет два канала: обучения и проведения самой процедуры. Эта
особенность является преимуществом созданной системы, т.к. имеет совмещение двух
каналов, а не разбиение их на две системы, экономит производительные ресурсы. Пациент по
динамику 25 получает голосовые команды от медицинского персонала,и наблюдая динамику
собственного дыхания на дисплее 22.1, регулирует свое дыхание самостоятельно. Это и есть
обратная связь в данной системе. Процесс обучения проводит врач в отведенном для этой
цели помещении, не имеющем каких-либо раздражителей, оборудованном данной системой.
Дисплей работает за счет команд поступающих с микроконтроллера дисплея 22.2. Динамики
получают сигналы с центрального сигнального процессора (ЦСП) 26. Данные с пациента
снимаются датчиками 19 в процессе обучения и в процессе проведения самой процедуры.
Затем данные поступают в блок снятия параметров дыхательного цикла 20 и обрабатываются
в блоке 21.
Особенность процедуры обучения является визуализация дыхательного цикла пациента
на дисплее, а процесс обучения заключается в том, что пациент, видя свой дыхательный цикл
пытается научиться им управлять, т.е. стабилизировать глубину дыхания и его ритмичность.
Подобная БОС позволяет научить пациента не делать глубоких вдохов и выдохов и не
переходить на поверхностное дыхание т.к. и в одном и другом случае это приведет к
смещению внутренних органов, чего пытаются избежать и при получении КТ-снимков и при
ЛТ.
В связи с тем, что в процессе ЛТ визуальный ввод информации может быть затруднен в
процессе обучения параллельной картинкой пациенту начинают транслироваться звуковой
сигнал соответствующий ритму его дыхания. Поэтому процедура обучения правильному
дыханию делает акцент не только на установление визуальной БОС между пациентом и его
дыхательным ритмом, но прежде всего на развитие навыков пациента по обеспечению
дыхательного ритма в соответствии со звуковым сигналом. Исходя из того, что дыхательный
ритм индивидуален, полученная звуковая зависимость характеризует конкретного пациента и
будет транслироваться ему во время процедуры ЛТ для навязывания ему правильного
дыхания.
Блок 26 необходим в случае, если канал передачи данных не работает, он выполняет
функцию внешней памяти – флеш-память. В этом случае обучающая программа с
индивидуальными особенностями пациента поступает в управляющую систему не по прямому
каналу связи, а в качестве дополнительного носителя. Система включается с клавиатуры 27.2.
Обучение начинается с нажатия кнопки 27.1. Вся система управляется с помощью
микроконтроллера 23, он отправляет данные, полученные и обработанные в ПК базы данных
7, где сохраняются данные о пациентах при отправке с системы планирования 4. Система
планирования необходима для создания планов облучения пациента. При лечении данные
поступают в ПК 12- ПК управляющей системы аппаратом, при этом туда поступает
информация с ПК15, 17, которые получают портальные снимки о положении пациента в
координатной сетке аппарата, эти блоки необходимы для более точной укладки пациента, т.е.
определяют смещения относительно заданных координат, занесённых в базу на этапе, когда
план облучения уже создан и подтвержден для леченияконкретного человека. Во время
лечения пациент располагается на подвижной кушетке, а положение его тела оценивается с
помощью лазерной системы. Кушетка может перемещаться в разных направлениях: вверх,
вниз, вправо, влево, вперед и назад. Пучки лучей выходят из устройства под названием
гентри, которое вращается вокруг кушетки. Перемещения стола пациента и вращение гентри
вокруг него обеспечивают возможность доставки излучения к опухоли под самыми разными
углами. Изменение формы пучка происходит с помощью многолепесткового коллиматора
(МЛК), встроенного в ускоритель, или специальных блоков, которые укрепляются на аппарате
извне.При полной готовности работы аппарата информация о включении МЛС и генератора
поступают в блок 6, в соответствующие части. Данные обрабатываются в блоке 21 и через
интерфейс согласования также поступают в ПК базы данных пациента для учета в лечении.
Все ПК управляются с помощью устройств ввода 1, 8, 13, 16, 18. Блоки 5, 9, 11, 14,
необходимы для передачи данных, они являются блоками согласования. Информацию о
пациентах можно распечатать на блоке 2, кроме этого есть сканер 3.
Представленная система имеет ряд преимуществ перед имеющимися аналогами,
основанными на методиках, отслеживающих дыхательную деятельность человека при ЛТ. Вопервых, этот метод является более дешевым в реализации и обслуживании. Не нужно будет
тратить огромные деньги на контроль качества, калибровку и другие процедуры связанные с
обслуживанием оборудования. Соответственно гораздо меньший процент износа системы, т.к.
система проста в реализации и исполнении, в ее состав не входят сложные комплексы.
Пациенту при проведении процедуры будет максимально удобно, т.к. время процедуры
остается неизменным, т.е. не увеличивается как при других методиках; нет никаких
специальных фиксирующих устройств или накладных приспособлений в виде маркеров,
пластин, мундштуков и т.д. Стоит отметить, что трансляция звукового сигнала имитирующая
дыхательный цикл пациента позволит не только увеличить эффективность ЛТ за счет
уменьшения движения внутренних органов, но и будет некой эмоциональной разрядкой для
человека, находящегося в стрессовой ситуации и отвлекая внимание его от самой процедуры
облучения будет содействовать его успокоению, что также повлияет на результат облучения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ю.Б.Быкова, П.В.Казанцев, Изучение функциональных возможностей системы
контроля дыхательного движения RPM(VARIAN), медицинская физика, Москва, 2012, №4(56)
2. Keall P., Mageras G., Balter J. et al. The management of respiratory motion in radiation
oncology. AAPM Report No.91, Task Group 76.// Med.Phys. 2006, 33
3. Лучевая терапия с синхронизацией по дыханию, учебная лекция, ГУРОНЦ им.
Н.Н.Блохина РАМН, Москва 2013г.
БерезинаМарияСтаниславовна
Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования
«Государственный университет – учебно-научно-производственный комплекс»
Магистрант кафедры «Приборостроение, метрология и сертификация»;
Тел. 89307780320; mariya100391@mail.ru.