放射線治療中の線量追跡により、より安全ながん治療が可能になる可能性があります

動く病変の放射線治療は困難です。 計画されたターゲット ボリュームへの治療用放射線の送達は、臓器の動きの影響を受ける可能性がありますが、解剖学的変形やセットアップの不確実性により、ターゲット エラーが発生する可能性があります。 放射線腫瘍医が正確なリアルタイムの 3D 放射線量分布マップを持っていれば、放射線のレベルや軌道をオンラインで変更して、より効果的で安全な治療を実現できるでしょう。

電離放射線音響イメージング (iRAI) は、この機能を提供できる非侵襲的技術です。 音響波を使用して放射線量を再構成することにより、iRAI は、追加の放射線源を使用する必要なく、腫瘍および隣接する健康な組織の線量蓄積をマッピングし、放射線治療中にリアルタイムで線量蓄積を監視できます。

多専門研究チーム ミシガン大学 および モフィットがんセンター 現在、臨床グレードの iRAI ボリューメトリック イメージング システムを開発しています。 で説明されているシステム ネイチャー·バイオテクノロジー、肝転移患者の放射線治療中に体の奥深くにX線ビームを送達することの3D半定量的マッピングを達成しました。

iRAI 技術は、熱音響効果を介して機能します。 線形加速器によって生成された高エネルギーのパルス光子ビームが体組織に当たると、吸収されます。 この吸収されたエネルギーは熱に変換され、局所的な熱膨張を引き起こし、音響波を発生させます。 ただし、これらの波は弱く、通常は臨床用超音波技術では検出できません。

新しい iRAI システムは、カスタム設計された 2D マトリックス アレイ トランスデューサーと、市販の研究用超音波システムによって駆動される、対応するマルチチャンネル プリアンプ ボードを使用して音響信号を検出します。 増幅された信号は超音波装置に転送され、線量に関連する画像がリアルタイムで作成されます。

研究者らは、iRAI と超音波イメージングを組み合わせたデュアル モダリティ システムは、「ビーム位置のリアルタイム監視と放射線治療中の線量のオンライン評価の必要性を解決する有望なソリューション」を提供すると説明しています。 超音波画像は、体内の形態学的組織構造と動き、および血流や血管密度などの機能情報を提示しますが、iRAI 画像は、さまざまな生体組織の空間的に分布した線量沈着をマッピングおよび定量化できます。

「この臨床試験は、腹部定位放射線療法 (SBRT) を受けている患者に iRAI を使用する可能性を評価するためのパイロット研究でした」と臨床主任研究者は説明しています。 カイル・クネオ ミシガン州のローゲルがんセンターから。 「その発見により、iRAI システムを最適化することができます。」

概念実証研究のために、研究者は円筒状のラード ファントム、ウサギ、腹部 SBRT を受けた患者でシステムを検証しました。 放射線音響信号を検出する際の信号対雑音比 (SNR) を向上させるために、彼らは 0.35 MHz の中心周波数を選択して、4 μs の X 線パルスによって生成される音響信号のパワー スペクトルと一致させました。 SNR は、1024D マトリックス アレイと統合された 46 dB のゲインを持つ 2 チャネルのプリアンプと、25 回の平均化で iRAI 画像を表示することによってさらに強化されました。

ファントムを使用してシステムの性能を検証した後、チームはウサギの肝臓を照射する臨床治療計画を作成してテストしました。 iRAI 測定値は、測定された線量分布と治療計画システムによって生成された線量分布との間に高い一貫性を示しました。

次に、チームは研究参加者の放射線治療計画を作成し、各部分の治療計画を 2.087 つの部分に分けました。 最初の部分は iRAI イメージング用で、それぞれ上前方向と下前方向に送達される 0.877 Gy と XNUMX Gy のビームで構成されていました。 これに続いて、体積変調アーク療法計画 (iRAI イメージングなし) が行われ、照射される総放射線量が臨床要件を満たしていることが確認されました。

線量の場所と iRAI 測定値の全体的な分布の両方が、治療計画とよく一致しました。 iRAI ボリューメトリック イメージングは​​、高線量領域を高精度でマッピングすることができました。 研究者らは、人工知能を活用した高度な再構成技術を使用して、線量強度の低い領域のマッピング精度を最適化し、空間分解能を向上させ、絶対線量測定を提供する包括的なキャリブレーションプロトコルを開発する必要があることに注目しています。

グラント主任研究員 イッサム・エル・ナカ Moffitt Cancer Center の Dr. 氏は、現在のシステムがリアルタイムの超音波イメージングで強化され、FLASH 放射線療法などのリスクの高い送達シナリオのコンテキストでも評価されるとアドバイスしています。

音響イメージングは​​、フラッシュ放射線治療のリアルタイム線量測定を約束します

「この技術の将来の潜在的なアプリケーションの XNUMX つは、リアルタイムの適応治療の提供です。 現在の適応治療技術は、主に腫瘍と危険臓器 (OAR) の解剖学的変化に基づいています」と Cuneo 氏は説明します。 「iRAI を使用すると、解剖学的情報と、さらに重要な線量測定情報の両方を使用して、放射線計画を適応させることができます。 これにより、特に隣接する OAR がある状況で、ターゲットの線量の増加が可能になり、各分割中にターゲットと OAR に送達された真の線量を正確に定量化することで、より安全な治療を提供できます。」

「このシステムには、臓器の動きを監視しながら放射線沈着を視覚化するという独自の機能があり、コストを節約する方法で関与していない組織を温存しながら、標的腫瘍への放射線をより正確に特定することができます」と El Naqa 氏は付け加えます。 「これは、財源が不足している先進国と発展途上国の両方に等しく適用でき、これらの場所で患者ケアの改善とより良い結果につながります。」

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/dose-tracking-during-radiotherapy-could-enable-safer-cancer-treatments/