Da Strahlentherapietechniken immer komplexer werden und der Einsatz der Hypofraktionierung weiter zunimmt, ist die Genauigkeit der Strahlenabgabe wichtiger denn je. Die Bereitstellung qualitativ hochwertiger Behandlungen hängt von der Fähigkeit ab, Änderungen der Patientenposition während der Bestrahlung zu überwachen und sich daran anzupassen. Eine neue Technik, die diese Fähigkeit bietet, ist die Cherenkov-Bildgebung, die eine Echtzeitüberprüfung der Behandlung am Patienten ohne zusätzliche Strahlenbelastung ermöglicht.
Cherenkov-Licht entsteht, wenn sich ein geladenes Teilchen mit einer höheren Geschwindigkeit als Licht durch ein bestimmtes Medium bewegt. Während der Strahlentherapie wird Cherenkov-Licht emittiert, wenn Photonen- oder Elektronenstrahlen durch Gewebe wandern. Dieses Licht zeigt die Form und Ausdehnung des Behandlungsfeldes auf der Patientenoberfläche mit einer Intensität, die proportional zur abgegebenen Dosis ist.
Frühe klinische Studien von Forschern bei Dartmouth Gesundheit und Dartmouth-Ingenieurwesen wies darauf hin, dass Cherenkov-Bildgebung während der Strahlentherapie möglich ist Identifizieren Sie Fehlausrichtungen des Patienten und erkennen Sie Streustrahlung, wodurch die Behandlung für einzelne Patienten verbessert wird. Aufbauend auf dieser ersten Erfahrung hat das Team nun das erste Cherenkov-Bildgebungssystem für den routinemäßigen klinischen Einsatz in einem kommunalen Krankenhaus implementiert.
Bericht über ihre Ergebnisse in Technische Innovationen & Patientenunterstützung in der Radioonkologiebeschreiben die Forscher ihr erstes Jahr, in dem sie die Cherenkov-Bildgebung zur Bildgebung von Patienten einsetzen, die sich einer routinemäßigen Strahlentherapie unterziehen.
Klinische Erfahrung
Die Gruppe bei Medizinisches Zentrum von Cheshire installiert die BeamSite Cherenkov-Bildgebungssystem im September 2020, Kalibrierung des Systems, Optimierung der Raumbeleuchtungsbedingungen und Einrichtungsprotokolle sowie Durchführung umfassender Tests vor Beginn des klinischen Einsatzes im März 2021.
In den nächsten 12 Monaten nutzten sie das System zur Überwachung von über 1700 Krebsbehandlungen, darunter sowohl Freiatmungs- als auch DIBH-Strahlentherapie (Deep-Inspiration-Atem-Anhalten) sowie rund 50 Behandlungen mit Elektronenstrahlen. Während jeder Bestrahlung überprüften die Therapeuten die Bilder der Körperposition des Patienten und Cherenkov-Bilder in Echtzeit. Nach der Behandlung analysierten die Physiker die aufgenommenen Bilder.
In diesem Jahr stellte das Team während der Behandlungen mehrere Anomalien fest und änderte die Behandlungsverfahren, um die Patientensicherheit zu gewährleisten und die Abgabegenauigkeit zu verbessern. In einigen Fällen konnten die Cherenkov-Bilder beispielsweise eine Dosis an Körperteilen erkennen, wo sie nicht erwartet wurde. Die Forscher berichten über zwei Beispielfälle, in denen eine ungeplante Dosis bei Patientinnen festgestellt wurde, die eine Boost-Behandlung der linken Brust erhielten. In einem Fall wurde eine Austrittsdosis aus einem Behandlungsfeld in der rechten Brust beobachtet; im anderen Fall wurde die Dosis aufgrund einer Kopfdrehung an das Kinn abgegeben. Als Reaktion auf solche Anomalien können die Therapeuten die Behandlungsanteile ändern oder sogar die Behandlung stoppen
Das Cherenkov-Bildgebungssystem erkannte auch Ungenauigkeiten bei der Einrichtung oder unerwartete Patientenbewegungen. Das Team beschreibt ein Beispiel für eine 3D-konforme Behandlung der Wirbelsäule. Anhand des Cherenkov-Bildintensitätsverlaufs der ersten Fraktion als Referenz beobachteten die Therapeuten die intrafraktionelle Bewegung und unterbrachen die Behandlung. An anderer Stelle zeigte eine Patientin, die eine DIBH-Strahlentherapie der linken Brust erhielt, große Unterschiede in der Armposition zwischen den einzelnen Fraktionen.
Das Team beschreibt auch einen ungewöhnlicheren Einsatz dieser neuen Technologie bei der Behandlung eines Tumors oberhalb des Herzens, bei dem Elektronen-DIBH zur Reduzierung der Herzdosis eingesetzt wurde. Da Linacs derzeit keine gesteuerte Elektronenabgabe ermöglichen können, nutzte das Team die Cherenkov-Bildführung, um die DIBH-Abgabe manuell zu steuern und die Genauigkeit der Behandlungsabgabe in Echtzeit zu überprüfen.
Die Visualisierung des Behandlungsstrahls verbessert die Strahlentherapie
Die Forscher kommen zu dem Schluss, dass sich die Cherenkov-Bildgebung als wertvolles klinisches Instrument zur Verbesserung der Sicherheit und Genauigkeit der Behandlungsdurchführung erwiesen hat. Sie weisen darauf hin, dass die Therapeuten nach nur einer Stunde praktischer Betriebsschulung das System bedienen, Patienten überwachen und die Cherenkov-Bilder in Echtzeit überprüfen konnten. Dadurch konnten sie die Behandlung je nach Bedarf pausieren, anpassen oder sogar abbrechen.
Um diese Technologie voll auszuschöpfen, schlägt das Team mehrere Softwareentwicklungen vor. Dazu gehören die Schnittstelle des Systems zum Aufzeichnungs- und Verifizierungssystem sowie die automatische Generierung von Umrissen der Körperposition, Markierungen und Umrissen der kumulativen Cherenkov-Bildintensität. Die Kombination mit der Anleitung zur Einrichtung von Oberflächenbildern könnte auch ein leistungsstarkes Werkzeug für zukünftige Behandlungen darstellen.
