Efterhånden som strålebehandlingsteknikker bliver mere og mere komplekse, og brugen af hypofraktionering fortsætter med at vokse, er nøjagtigheden af strålingslevering vigtigere end nogensinde. At levere behandlinger af høj kvalitet er afhængig af evnen til at overvåge og tilpasse sig eventuelle ændringer i patientpositionen under bestråling. En ny teknik, der tilbyder denne evne, er Cherenkov-billeddannelse, som muliggør realtidsbehandling på patienten uden yderligere strålingseksponering.
Cherenkov-lys frembringes, når en ladet partikel bevæger sig med en hastighed, der overstiger lysets hastighed gennem et bestemt medium. Under strålebehandling udsendes Cherenkov-lys, når foton- eller elektronstråler rejser gennem væv. Dette lys afslører formen og omfanget af behandlingsfeltet på patientens overflade med en intensitet, der er proportional med den afgivne dosis.
Tidlige kliniske forsøg af forskere ved Dartmouth Health , Dartmouth Engineering indikerede, at Cherenkov billeddannelse under strålebehandling kan identificere patientforskydninger og detektere omstrejfende stråling, forbedre behandlingsleveringen til individuelle patienter. I forlængelse af denne indledende erfaring har teamet nu implementeret det første Cherenkov-billeddannelsessystem til rutinemæssig klinisk brug på et lokalsamfundsbaseret hospital.
Rapportere deres resultater i Tekniske innovationer og patientstøtte i stråleonkologi, beskriver forskerne deres første år med at bruge Cherenkov-billeddannelse til at afbilde patienter, der gennemgår rutinemæssig strålebehandling.
Klinisk erfaring
Gruppen kl Cheshire Medical Center installeret BeamSite Cherenkov billedbehandlingssystem i september 2020, kalibrering af systemet, optimering af rummets lysforhold og opsætningsprotokoller og udførelse af ende-til-ende-test, før klinisk brug påbegyndes i marts 2021.
I løbet af de næste 12 måneder brugte de systemet til at overvåge over 1700 kræftbehandlinger, inklusive strålebehandling med både fri vejrtrækning og strålebehandling med dyb-inspiration (DIBH) og omkring 50 behandlinger med elektronstråler. Under hver bestråling gennemgik terapeuterne patientens kropspositionsbilleder og Cherenkov-billeder i realtid. Efter behandlingen analyserede fysikerne de optagne billeder.
I løbet af dette år opdagede holdet adskillige anomalier under behandlinger, og ændrede behandlingsprocedurerne for at sikre patientsikkerheden og forbedre leveringsnøjagtigheden. I nogle tilfælde, for eksempel, påviste Cherenkov-billederne dosis til kropsdele, hvor det ikke var forventet. Forskerne rapporterer om to eksempler på tilfælde, hvor uplanlagt dosis blev fundet hos patienter, der fik en boost-behandling til venstre bryst. I et tilfælde blev udgangsdosis fra et behandlingsfelt observeret i højre bryst; i den anden blev dosis leveret til hagen på grund af hovedrotation. Som reaktion på sådanne anomalier kan terapeuterne ændre behandlingsfraktioner eller endda stoppe behandlingsleveringen
Cherenkov-billeddannelsessystemet registrerede også unøjagtigheder i opsætningen eller uventede patientbevægelser. Holdet beskriver et eksempel på 3D konform behandling af rygsøjlen. Ved at bruge Cherenkovs billedintensitetskontur fra den første fraktion som reference observerede terapeuterne intrafraktionel bevægelse og satte behandlingen på pause. Andre steder udviste en patient, der modtog DIBH-strålebehandling til venstre bryst, stor variation i armposition mellem hver fraktion.
Holdet beskriver også en mere usædvanlig brug af denne nye teknologi, i en behandling af en tumor placeret over hjertet, hvor elektron DIBH blev brugt til at reducere hjertedosis. Da linacs i øjeblikket ikke kan levere gated elektronlevering, brugte teamet Cherenkov-billedvejledning til manuelt at porte DIBH-leveringen samt til at verificere behandlingsleveringsnøjagtigheden i realtid.
Visualisering af behandlingsstrålen forbedrer leveringen af stråleterapi
Forskerne konkluderer, at Cherenkov-billeddannelse viste sig at være et værdifuldt klinisk værktøj til at forbedre sikkerheden og nøjagtigheden af behandlingslevering. De påpeger, at efter blot en times praktisk operationel træning kunne terapeuterne betjene systemet, overvåge patienter og gennemgå Cherenkov-billederne i realtid. Dette gjorde det muligt for dem at pause, justere eller endda afbryde behandlingsleveringen efter behov.
For fuldt ud at udnytte denne teknologi foreslår teamet adskillige softwareudviklinger. Disse omfatter systemets grænseflade med registrerings- og verifikationssystemet, samt automatisk generering af kropspositionskonturer, markører og kumulative Cherenkov-billedintensitetskonturer. Kombination med vejledning til opsætning af overfladebilleder kan også være et effektivt værktøj til fremtidige behandlinger.
