Pelacakan dosis selama radioterapi dapat memungkinkan perawatan kanker yang lebih aman

Radioterapi pada lesi yang bergerak merupakan tantangan. Pengiriman radiasi terapeutik ke volume target yang direncanakan dapat dipengaruhi oleh gerakan organ, sementara deformasi anatomi dan ketidakpastian pengaturan dapat menyebabkan kesalahan penargetan. Jika ahli onkologi radiasi memiliki peta distribusi dosis radiasi 3D yang akurat dan real-time, mereka akan dapat mengubah tingkat atau lintasan radiasi secara online untuk mencapai perawatan yang lebih efektif dan lebih aman.

Pencitraan akustik radiasi pengion (iRAI) adalah teknologi non-invasif yang dapat memberikan kemampuan ini. Dengan merekonstruksi dosis radiasi menggunakan gelombang akustik, iRAI dapat memetakan pengendapan dosis pada tumor dan jaringan sehat di sekitarnya serta memantau akumulasi dosis secara real time selama radioterapi, tanpa perlu menggunakan sumber radiasi tambahan.

Sebuah tim penelitian multi-spesialisasi di University of Michigan dan Pusat Kanker Moffitt sekarang telah mengembangkan sistem pencitraan volumetrik iRAI tingkat klinis. Sistem, dijelaskan dalam Bioteknologi Alam, mencapai pemetaan semikuantitatif 3D pengiriman sinar X jauh ke dalam tubuh selama radioterapi pasien dengan metastasis hati.

Teknik iRAI bekerja melalui efek termoakustik. Ketika sinar foton berdenyut energi tinggi yang dihasilkan oleh akselerator linier menyerang jaringan tubuh, sinar itu diserap. Transfer energi yang diserap ini menjadi panas, yang menyebabkan ekspansi termal lokal dan menghasilkan gelombang akustik. Gelombang ini lemah, bagaimanapun, dan biasanya tidak terdeteksi oleh teknologi ultrasound klinis.

Sistem iRAI yang baru mendeteksi sinyal akustik dengan transduser array matriks 2D yang dirancang khusus dan papan preamplifier multi-saluran yang cocok, digerakkan oleh sistem ultrasound penelitian komersial. Sinyal yang diperkuat kemudian ditransfer ke perangkat ultrasound untuk membuat gambar terkait dosis secara real time.

Para peneliti menjelaskan bahwa sistem modalitas ganda mereka, yang menggabungkan iRAI dengan pencitraan ultrasonografi, menawarkan “solusi yang menjanjikan untuk mengatasi kebutuhan pemantauan posisi pancaran secara real-time dan penilaian online pemberian dosis selama radioterapi”. Gambar ultrasound menyajikan struktur dan gerakan jaringan morfologi dalam tubuh, serta informasi fungsional seperti aliran darah dan kepadatan pembuluh darah, sedangkan gambar iRAI dapat memetakan dan mengukur pengendapan dosis yang didistribusikan secara spasial dalam jaringan biologis yang berbeda.

“Uji klinis ini adalah studi percontohan untuk menilai kelayakan penggunaan iRAI pada pasien yang menerima terapi radiasi tubuh stereotaktik perut (SBRT),” jelas peneliti utama klinis Kyle Cuneo dari Pusat Kanker Rogel Michigan. “Temuannya memungkinkan kami mengoptimalkan sistem iRAI.”

Untuk studi proof-of-concept mereka, para peneliti memvalidasi sistem dalam silindris lemak babi, kelinci, dan kemudian seorang pasien yang menjalani SBRT perut. Untuk meningkatkan rasio signal-to-noise (SNR) saat mendeteksi sinyal akustik radiasi, mereka memilih frekuensi sentral 0.35 MHz agar sesuai dengan spektrum daya sinyal akustik yang dihasilkan oleh pulsa sinar-X 4 µs. SNR semakin ditingkatkan dengan preamplifier 1024 saluran dengan penguatan 46 dB yang terintegrasi dengan susunan matriks 2D, dan dengan menampilkan gambar iRAI dengan rata-rata 25 kali.

Setelah memverifikasi kinerja sistem menggunakan phantom, tim membuat dan menguji rencana perawatan klinis untuk menyinari hati kelinci. Pengukuran iRAI menunjukkan konsistensi yang tinggi antara distribusi dosis terukur dan yang dihasilkan oleh sistem perencanaan perawatan.

Tim kemudian menyiapkan rencana radioterapi untuk peserta studi, dengan rencana perawatan untuk setiap fraksi dibagi menjadi dua bagian. Bagian pertama adalah untuk pencitraan iRAI dan terdiri dari 2.087 dan 0.877 Gy balok yang dikirim masing-masing ke arah anterior superior dan inferior. Hal ini diikuti oleh rencana terapi busur termodulasi volumetrik (tanpa pencitraan iRAI) untuk memastikan bahwa total dosis radiasi yang diberikan memenuhi persyaratan klinis.

Lokasi dosis dan distribusi keseluruhan pengukuran iRAI sangat cocok dengan rencana perawatan. Pencitraan volumetrik iRAI mampu memetakan area dosis tinggi dengan akurasi tinggi. Para peneliti mencatat bahwa mereka perlu mengoptimalkan akurasi pemetaan untuk area dengan intensitas dosis rendah, meningkatkan resolusi spasial, dan mengembangkan protokol kalibrasi komprehensif untuk memberikan pengukuran dosis absolut, menggunakan teknik rekonstruksi canggih yang mengeksploitasi kecerdasan buatan.

Hibah penyelidik utama Issam El Naqa dari Pusat Kanker Moffitt menyarankan bahwa sistem saat ini akan ditambah dengan pencitraan ultrasonografi real-time dan juga akan dievaluasi dalam konteks skenario pengiriman berisiko tinggi seperti radioterapi FLASH.

Pencitraan akustik menjanjikan pengukuran dosis waktu nyata untuk radioterapi FLASH

“Salah satu aplikasi potensial dari teknologi ini di masa depan adalah pemberian pengobatan adaptif secara real-time. Teknik pengobatan adaptif saat ini terutama didasarkan pada perubahan anatomi pada tumor dan organ yang berisiko (OARs), ”jelas Cuneo. “Dengan iRAI, kami dapat menggunakan informasi anatomi, dan yang lebih penting, informasi dosimetri untuk mengadaptasi rencana radiasi. Hal ini memungkinkan peningkatan dosis pada target, terutama dalam situasi di mana terdapat OAR yang berdekatan, dan menyediakan perawatan yang lebih aman dengan menghitung secara akurat dosis sebenarnya yang diberikan ke target dan OAR selama setiap fraksi.”

“Sistem ini memiliki kemampuan unik untuk memvisualisasikan pengendapan radiasi sambil memantau gerakan organ, memungkinkan penunjukan radiasi yang lebih baik ke tumor yang ditargetkan sambil menyelamatkan jaringan yang tidak terlibat dengan cara yang menghemat biaya,” tambah El Naqa. “Ini dapat diterapkan secara setara di negara maju dan berkembang di mana sumber daya keuangan langka, yang mengarah pada peningkatan perawatan pasien dan hasil yang lebih baik di tempat-tempat ini.”

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/dose-tracking-during-radiotherapy-could-enable-safer-cancer-treatments/