Mod kombineret hypoxi-billeddannelse og adaptiv strålebehandling

Mod kombineret hypoxi-billeddannelse og adaptiv strålebehandling

Tidsstempel: 28. april 2023 kl. 4

Tumor-iltningsmålinger
Tumor-iltningsmålinger Eksempel på patientscanninger, der viser et anatomisk reference MR-billede (venstre kolonne) og ΔR1 kort opnået fra to før-behandlings-baseline-scanninger (midterste og højre kolonne) optaget med ca. seks dages mellemrum. (Med høflighed: CC BY 4.0/Radiother. Oncol. 10.1016/j.radonc.2023.109592)

En hurtigt voksende tumor kan ikke levere ilt til alle dens regioner. De resulterende iltudsultede tumorregioner er imidlertid vanskelige at behandle med strålebehandling, en teknik, der er afhængig af frie radikaler produceret i nærvær af ilt for at beskadige DNA i kræftceller.

Klinikere har tacklet dette problem med en række forskellige tilgange – fra strålesensibilisatorer, der forstærker virkningerne af strålebehandling i hypoxiske tumorer, til teknikker som protonterapi, der leverer høje strålingsdoser. Alligevel ønsker forskere at være i stand til at identificere iltudsultede tumorer, så behandlinger kan justeres til at målrette sådanne tumorer mere effektivt. Men nuværende teknikker til at måle tumoriltniveauer er invasive, giver begrænset rumlig information eller kræver radiofarmaceutiske midler, som endnu ikke kan opnås i mange kliniske omgivelser.

Som et vigtigt skridt for ikke-invasiv hypoxi-billeddannelse og fremtidige biologi-guidede adaptive strålebehandlingsstudier har forskere integreret en teknik til måling af tumoriltning med en MR-linac, en hybrid MR-scanner og strålebehandlingssystem.

Michael Dubec, en ledende videnskabsmand i magnetisk resonansbilleddannelse ved Christie NHS Foundation Trust og en MR-forskningsfysiker ved University of Manchester, er førsteforfatter på undersøgelsen, som blev offentliggjort i Stråleterapi og onkologi.

"I dette arbejde undersøgte vi ændringen i langsgående afslapningshastighed (R1) i tumorer induceret af 100 % oxygengas vejrtrækning,« siger Dubec. "Baseret på tidligere valideringsarbejde mod immunhistokemi kan vi sige, at ΔR1 teknik kan bruges til at identificere tumorregioner forbundet med lave iltniveauer."

Under en oxygen-forstærket magnetisk resonansbilleddannelse (OE-MRI)-scanning indånder patienter ren oxygen, som i starten binder til hæmoglobin, hvilket maksimerer blodets iltmætning. Eventuel yderligere ilt opløses derefter i blodplasma og væv, hvilket øger koncentrationen af ​​iltmolekyler og fører til hurtigere langsgående netmagnetiseringsgendannelse og en større langsgående afslapningshastighed (R1).

Forskerne testede hypoxi-billeddannelsesteknikken ved hjælp af en diagnostisk MR-scanner hos raske deltagere og derefter deltagere med hoved- og nakkekræft. De udførte også fantomstudier. De skabte billeder, der viser ændringer i R1 i hele hovedet og halsen og brugte analyser af interesseområder til at måle størrelsen af ​​denne ændring i tumorer.

Dubec og kolleger gentog undersøgelsen på et MR-linac-system. De konkluderer, at OE-MRI-metoderne er repeterbare og reproducerbare på MR-linac-systemer og giver "ækvivalente kvalitetsdata" til dem, der er opnået på diagnostiske MR-scannere.

"Oxygen-forstærket MR tilbyder en praktisk og let oversættelig teknik til at vurdere iltning i normalt væv og tumorer, som vi for første gang har vist kan inkorporeres på MR-guidede strålebehandlingssystemer uden problemer rapporteret fra raske frivillige og patienter." siger Dubec.

Selvom forskerne brugte en MR-billeddannelsessekvens, der hurtigt opnår 3D-billedvolumener, bemærker de, at deres protokol stadig er for lang til at passe ind i en standard MR linac arbejdsgang. Yderligere arbejde vil inkorporere en perfusionssekvens for at identificere nekrotiske regioner og vil evaluere reproducerbarheden af ​​metoder og resultater på tværs af klinikker. Dubec siger, at valideringsarbejdet også bør forbinde ændringer i R direkte1 værdi til ændringer i absolut iltkoncentration og derefter til specifikke iltniveauer i tumorer.

"I bund og grund sigter vi mod at udvikle og oversætte OE-MRI-teknikken, så den kan bruges til adaptive stråleterapi-baserede kliniske forsøg på hospitaler i fremtiden," siger Dubec. "At få flere institutioner til at undersøge og samarbejde om OE-MRI-teknikker er vigtigt, så vi kan akkumulere flere beviser for begrænsningerne og fordelene ved denne teknik og vurdere dens anvendelighed i forskellige tumortyper."

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden