Η παρακολούθηση της δόσης κατά τη διάρκεια της ακτινοθεραπείας θα μπορούσε να επιτρέψει ασφαλέστερες θεραπείες για τον καρκίνο

Η ακτινοθεραπεία των κινούμενων βλαβών είναι πρόκληση. Η παροχή της θεραπευτικής ακτινοβολίας σε έναν προγραμματισμένο όγκο στόχο μπορεί να επηρεαστεί από την κίνηση των οργάνων, ενώ οι ανατομικές παραμορφώσεις και οι αβεβαιότητες ρύθμισης μπορεί να προκαλέσουν σφάλματα στόχευσης. Εάν οι ογκολόγοι ακτινοβολίας είχαν έναν ακριβή, σε πραγματικό χρόνο τρισδιάστατο χάρτη κατανομής δόσης ακτινοβολίας, θα μπορούσαν να αλλάξουν το επίπεδο ή την τροχιά της ακτινοβολίας στο διαδίκτυο για να επιτύχουν πιο αποτελεσματικές και ασφαλέστερες θεραπείες.

Η ακουστική απεικόνιση ιοντίζουσας ακτινοβολίας (iRAI) είναι μια μη επεμβατική τεχνολογία που θα μπορούσε να παρέχει αυτή τη δυνατότητα. Με την ανακατασκευή της δόσης ακτινοβολίας χρησιμοποιώντας ακουστικά κύματα, το iRAI μπορεί να χαρτογραφήσει την εναπόθεση δόσης σε όγκους και παρακείμενους υγιείς ιστούς και να παρακολουθήσει τη συσσώρευση δόσης σε πραγματικό χρόνο κατά τη διάρκεια της ακτινοθεραπείας, χωρίς να χρειάζεται να χρησιμοποιηθούν πρόσθετες πηγές ακτινοβολίας.

Μια ερευνητική ομάδα πολλαπλών ειδικοτήτων στο Πανεπιστήμιο του Michigan και Moffitt Cancer Center έχει αναπτύξει τώρα ένα σύστημα ογκομετρικής απεικόνισης iRAI κλινικής ποιότητας. Το σύστημα, που περιγράφεται στο Nature Biotechnology, πέτυχε τρισδιάστατη ημιποσοτική χαρτογράφηση της παροχής δέσμης ακτίνων Χ βαθιά στο σώμα κατά τη διάρκεια ακτινοθεραπείας ασθενούς με ηπατικές μεταστάσεις.

Η τεχνική iRAI λειτουργεί μέσω του θερμοακουστικού φαινομένου. Όταν μια υψηλής ενέργειας παλμική δέσμη φωτονίων που δημιουργείται από έναν γραμμικό επιταχυντή χτυπά τον ιστό του σώματος, απορροφάται. Αυτή η απορροφούμενη ενέργεια μεταφέρεται σε θερμότητα, η οποία προκαλεί τοπική θερμική διαστολή και δημιουργεί ακουστικά κύματα. Αυτά τα κύματα είναι, ωστόσο, αδύναμα και συνήθως μη ανιχνεύσιμα από την κλινική τεχνολογία υπερήχων.

Το νέο σύστημα iRAI ανιχνεύει τα ακουστικά σήματα με έναν ειδικά σχεδιασμένο μετατροπέα διάταξης 2D matrix και μια αντίστοιχη πλακέτα προενισχυτή πολλαπλών καναλιών, που οδηγείται από ένα εμπορικό σύστημα υπερήχων έρευνας. Το ενισχυμένο σήμα στη συνέχεια μεταφέρεται σε μια συσκευή υπερήχων για την κατασκευή εικόνων που σχετίζονται με τη δόση σε πραγματικό χρόνο.

Οι ερευνητές εξηγούν ότι το σύστημα διπλής λειτουργίας τους, το οποίο συνδυάζει το iRAI με την απεικόνιση υπερήχων, προσφέρει «μια πολλά υποσχόμενη λύση για την επίλυση της ανάγκης παρακολούθησης σε πραγματικό χρόνο της θέσης της δέσμης και διαδικτυακής αξιολόγησης της δόσης χορήγησης κατά τη διάρκεια της ακτινοθεραπείας». Η υπερηχογραφική εικόνα παρουσιάζει τις μορφολογικές δομές και την κίνηση των ιστών στο σώμα, καθώς και λειτουργικές πληροφορίες όπως η ροή του αίματος και η αγγειακή πυκνότητα, ενώ η εικόνα iRAI μπορεί να χαρτογραφήσει και να ποσοτικοποιήσει τη χωρικά κατανεμημένη εναπόθεση δόσης σε διαφορετικούς βιολογικούς ιστούς.

«Αυτή η κλινική δοκιμή ήταν μια πιλοτική μελέτη για την αξιολόγηση της σκοπιμότητας χρήσης του iRAI σε ασθενείς που λαμβάνουν στερεοτακτική ακτινοθεραπεία σώματος (SBRT)» εξηγεί ο κύριος κλινικός ερευνητής. Kyle Cuneo από το Rogel Cancer Center του Michigan. «Τα ευρήματά του μας δίνουν τη δυνατότητα να βελτιστοποιήσουμε το σύστημα iRAI».

Για τη μελέτη απόδειξης της ιδέας, οι ερευνητές επικύρωσαν το σύστημα σε ένα κυλινδρικό φάντασμα λαρδί, ένα κουνέλι και στη συνέχεια έναν ασθενή που υποβλήθηκε σε SBRT κοιλίας. Για να βελτιώσουν την αναλογία σήματος προς θόρυβο (SNR) κατά την ανίχνευση ακουστικών σημάτων ακτινοβολίας, επέλεξαν μια κεντρική συχνότητα 0.35 MHz για να ταιριάζει με το φάσμα ισχύος των ακουστικών σημάτων που παράγονται από τον παλμό ακτίνων Χ 4 μs. Το SNR βελτιώθηκε περαιτέρω από τον προενισχυτή 1024 καναλιών με κέρδος 46 dB ενσωματωμένο στη διάταξη 2D matrix και με την εμφάνιση των εικόνων iRAI με 25 φορές μέσο όρο.

Αφού επαλήθευσε την απόδοση του συστήματος χρησιμοποιώντας το φάντασμα, η ομάδα δημιούργησε και δοκίμασε ένα σχέδιο κλινικής θεραπείας για την ακτινοβόληση του ήπατος ενός κουνελιού. Οι μετρήσεις iRAI έδειξαν υψηλή συνοχή μεταξύ της κατανομής της μετρούμενης δόσης και αυτής που δημιουργείται από το σύστημα σχεδιασμού θεραπείας.

Στη συνέχεια, η ομάδα ετοίμασε σχέδια ακτινοθεραπείας για τον συμμετέχοντα στη μελέτη, με το σχέδιο θεραπείας για κάθε κλάσμα να χωρίζεται σε δύο μέρη. Το πρώτο μέρος αφορούσε την απεικόνιση iRAI και περιελάμβανε δέσμες 2.087 και 0.877 Gy που παραδόθηκαν στην ανώτερη και στην κάτω πρόσθια κατεύθυνση, αντίστοιχα. Ακολούθησε ένα ογκομετρικά διαμορφωμένο σχέδιο θεραπείας τόξου (χωρίς απεικόνιση iRAI) για να διασφαλιστεί ότι η συνολική χορηγούμενη δόση ακτινοβολίας πληροί τις κλινικές απαιτήσεις.

Τόσο οι θέσεις δόσης όσο και οι συνολικές κατανομές των μετρήσεων iRAI ταιριάζουν καλά με το σχέδιο θεραπείας. Η ογκομετρική απεικόνιση iRAI ήταν σε θέση να χαρτογραφήσει την περιοχή υψηλής δόσης με υψηλή ακρίβεια. Οι ερευνητές σημειώνουν ότι πρέπει να βελτιστοποιήσουν την ακρίβεια χαρτογράφησης για περιοχές χαμηλότερης έντασης δόσης, να βελτιώσουν τη χωρική ανάλυση και να αναπτύξουν ένα ολοκληρωμένο πρωτόκολλο βαθμονόμησης για να παρέχουν μέτρηση απόλυτης δόσης, χρησιμοποιώντας προηγμένες τεχνικές ανακατασκευής που εκμεταλλεύονται την τεχνητή νοημοσύνη.

Επιχορηγήστε τον κύριο ερευνητή Ισάμ Ελ Νάκα από το Moffitt Cancer Center συμβουλεύει ότι το τρέχον σύστημα θα επαυξηθεί με απεικόνιση υπερήχων σε πραγματικό χρόνο και θα αξιολογηθεί επίσης στο πλαίσιο σεναρίων παράδοσης υψηλού κινδύνου όπως η ακτινοθεραπεία FLASH.

Η ακουστική απεικόνιση υπόσχεται μέτρηση δόσης σε πραγματικό χρόνο για ακτινοθεραπεία FLASH

«Μια πιθανή εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας στο μέλλον είναι η προσαρμοστική παροχή θεραπείας σε πραγματικό χρόνο. Οι τρέχουσες τεχνικές προσαρμοστικής θεραπείας βασίζονται κυρίως σε ανατομικές αλλαγές στον όγκο και τα όργανα σε κίνδυνο (OARs)», εξηγεί ο Cuneo. «Με το iRAI, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τόσο ανατομικές πληροφορίες, όσο και πιο σημαντικό, δοσιμετρικές πληροφορίες για να προσαρμόσουμε το σχέδιο ακτινοβολίας. Αυτό θα μπορούσε να επιτρέψει την κλιμάκωση της δόσης στον στόχο, ειδικά σε καταστάσεις όπου υπάρχει παρακείμενο OAR, και να παρέχει ασφαλέστερες θεραπείες ποσοτικοποιώντας με ακρίβεια την πραγματική δόση που παρέχεται στον στόχο και τα OAR κατά τη διάρκεια κάθε κλάσματος.

«Το σύστημα έχει τη μοναδική ικανότητα να οπτικοποιεί την εναπόθεση ακτινοβολίας ενώ παρακολουθεί την κίνηση των οργάνων, επιτρέποντας τον καλύτερο εντοπισμό της ακτινοβολίας σε στοχευμένους όγκους, ενώ παράλληλα εξοικονομεί μη εμπλεκόμενο ιστό με τρόπο εξοικονόμησης κόστους», προσθέτει ο El Naqa. «Αυτό μπορεί να εφαρμοστεί εξίσου τόσο σε ανεπτυγμένες όσο και σε αναπτυσσόμενες χώρες όπου οι οικονομικοί πόροι είναι σπάνιοι, οδηγώντας σε βελτιωμένη φροντίδα των ασθενών και καλύτερα αποτελέσματα σε αυτά τα μέρη».

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/dose-tracking-during-radiotherapy-could-enable-safer-cancer-treatments/