Il monitoraggio della dose durante la radioterapia potrebbe consentire trattamenti antitumorali più sicuri

La radioterapia delle lesioni in movimento è impegnativa. L'erogazione della radiazione terapeutica a un volume target pianificato può essere influenzata dal movimento degli organi, mentre le deformazioni anatomiche e le incertezze di configurazione possono causare errori di targeting. Se gli oncologi delle radiazioni disponessero di una mappa di distribuzione della dose di radiazioni 3D accurata e in tempo reale, sarebbero in grado di modificare il livello o la traiettoria delle radiazioni online per ottenere trattamenti più efficaci e più sicuri.

L'imaging acustico con radiazioni ionizzanti (iRAI) è una tecnologia non invasiva che potrebbe fornire questa capacità. Ricostruendo la dose di radiazioni utilizzando le onde acustiche, iRAI può mappare la deposizione della dose nei tumori e nei tessuti sani adiacenti e monitorare l'accumulo della dose in tempo reale durante la radioterapia, senza la necessità di utilizzare sorgenti di radiazioni aggiuntive.

Un team di ricerca multi-specialità presso il University of Michigan ed Moffitt Cancer Center ha ora sviluppato un sistema di imaging volumetrico iRAI di livello clinico. Il sistema, descritto in Nature Biotechnology, ha ottenuto la mappatura semiquantitativa 3D dell'erogazione del raggio di raggi X in profondità nel corpo durante la radioterapia di un paziente con metastasi epatiche.

La tecnica iRAI funziona tramite l'effetto termoacustico. Quando un raggio di fotoni pulsato ad alta energia generato da un acceleratore lineare colpisce il tessuto corporeo, viene assorbito. Questa energia assorbita si trasforma in calore, che provoca un'espansione termica localizzata e genera onde acustiche. Queste onde sono tuttavia deboli e solitamente non rilevabili dalla tecnologia clinica a ultrasuoni.

Il nuovo sistema iRAI rileva i segnali acustici con un trasduttore a matrice 2D progettato su misura e una scheda preamplificatore multicanale corrispondente, guidata da un sistema a ultrasuoni di ricerca commerciale. Il segnale amplificato viene quindi trasferito in un dispositivo a ultrasuoni per costruire immagini correlate alla dose in tempo reale.

I ricercatori spiegano che il loro sistema a doppia modalità, che combina iRAI con l'ecografia, offre "una soluzione promettente per risolvere la necessità di monitoraggio in tempo reale della posizione del raggio e valutazione online della somministrazione della dose durante la radioterapia". L'immagine ecografica presenta le strutture morfologiche dei tessuti e il movimento nel corpo, nonché informazioni funzionali come il flusso sanguigno e la densità vascolare, mentre l'immagine iRAI può mappare e quantificare la deposizione di dose distribuita spazialmente in diversi tessuti biologici.

"Questo studio clinico è stato uno studio pilota per valutare la fattibilità dell'utilizzo di iRAI in pazienti sottoposti a radioterapia addominale stereotassica (SBRT)", spiega il ricercatore principale clinico Kyle Cuneo dal Rogel Cancer Center del Michigan. "I suoi risultati ci stanno consentendo di ottimizzare il sistema iRAI".

Per il loro studio di prova, i ricercatori hanno convalidato il sistema in un fantasma di lardo cilindrico, un coniglio e poi un paziente sottoposto a SBRT addominale. Per migliorare il rapporto segnale/rumore (SNR) durante il rilevamento dei segnali acustici di radiazione, hanno selezionato una frequenza centrale di 0.35 MHz per corrispondere allo spettro di potenza dei segnali acustici generati dall'impulso di raggi X da 4 µs. L'SNR è stato ulteriormente migliorato dal preamplificatore a 1024 canali con guadagno di 46 dB integrato con l'array a matrice 2D e visualizzando le immagini iRAI con una media di 25 volte.

Dopo aver verificato le prestazioni del sistema utilizzando il fantoccio, il team ha creato e testato un piano di trattamento clinico per irradiare il fegato di un coniglio. Le misurazioni iRAI hanno mostrato un'elevata coerenza tra la distribuzione della dose misurata e quella generata dal sistema di pianificazione del trattamento.

Il team ha quindi preparato i piani di radioterapia per il partecipante allo studio, con il piano di trattamento per ciascuna frazione diviso in due parti. La prima parte era per l'imaging iRAI e comprendeva fasci da 2.087 e 0.877 Gy erogati rispettivamente nelle direzioni anteriore superiore e inferiore. Questo è stato seguito da un piano di arcoterapia a modulazione volumetrica (senza imaging iRAI) per garantire che la dose totale di radiazioni erogata soddisfacesse i requisiti clinici.

Sia le posizioni della dose che le distribuzioni complessive delle misurazioni iRAI corrispondevano bene al piano di trattamento. L'imaging volumetrico iRAI è stato in grado di mappare l'area ad alto dosaggio con elevata precisione. I ricercatori osservano che devono ottimizzare l'accuratezza della mappatura per le aree a bassa intensità di dose, migliorare la risoluzione spaziale e sviluppare un protocollo di calibrazione completo per fornire la misurazione della dose assoluta, utilizzando tecniche di ricostruzione avanzate che sfruttano l'intelligenza artificiale.

Grant investigatore principale Issam El Naqa del Moffitt Cancer Center informa che l'attuale sistema sarà potenziato con l'imaging ecografico in tempo reale e sarà valutato anche nel contesto di scenari di parto ad alto rischio come la radioterapia FLASH.

L'imaging acustico promette la misurazione della dose in tempo reale per la radioterapia FLASH

“Una potenziale applicazione di questa tecnologia in futuro è l'erogazione di trattamenti adattativi in ​​tempo reale. Le attuali tecniche di trattamento adattativo si basano principalmente sui cambiamenti anatomici del tumore e degli organi a rischio (OAR)”, spiega Cuneo. “Con iRAI, possiamo utilizzare sia le informazioni anatomiche che, cosa più importante, le informazioni dosimetriche per adattare il piano di radiazione. Ciò potrebbe consentire l'escalation della dose nel bersaglio, specialmente in situazioni in cui è presente un OAR adiacente, e fornire trattamenti più sicuri quantificando accuratamente la dose reale erogata al bersaglio e agli OAR durante ciascuna frazione".

"Il sistema ha la capacità unica di visualizzare la deposizione di radiazioni durante il monitoraggio del movimento degli organi, consentendo una migliore individuazione delle radiazioni sui tumori mirati risparmiando i tessuti non coinvolti in modo economico", aggiunge El Naqa. "Questo può essere ugualmente applicato sia nei paesi sviluppati che in quelli in via di sviluppo dove le risorse finanziarie sono scarse, portando a una migliore assistenza ai pazienti e migliori risultati in questi luoghi".

• Distribuzione di contenuti basati su SEO e PR. Ricevi amplificazione oggi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Conoscenza amplificata. Accedi qui.
• Fonte: https://physicsworld.com/a/dose-tracking-during-radiotherapy-could-enable-safer-cancer-treatments/