방사선 치료 중 선량 추적으로 더 안전한 암 치료 가능

움직이는 병변의 방사선 요법은 도전적입니다. 계획된 표적 체적에 치료용 방사선을 전달하는 것은 장기 움직임의 영향을 받을 수 있으며 해부학적 변형 및 설정 불확실성으로 인해 표적 오류가 발생할 수 있습니다. 방사선 종양 전문의가 정확한 실시간 3D 방사선 선량 분포 맵을 가지고 있다면 온라인에서 방사선의 수준이나 궤적을 변경하여 보다 효과적이고 안전한 치료를 달성할 수 있을 것입니다.

이온화 방사선 음향 이미징(iRAI)은 이러한 기능을 제공할 수 있는 비침습적 기술입니다. iRAI는 음향파를 사용하여 방사선 선량을 재구성함으로써 추가 방사선 소스를 사용할 필요 없이 종양 및 인접한 건강한 조직의 선량 침착을 매핑하고 방사선 치료 중에 실시간으로 선량 축적을 모니터링할 수 있습니다.

다학제연구팀 미시간 대학 및 모핏 암 센터 이제 임상 등급 iRAI 체적 이미징 시스템을 개발했습니다. 에 설명된 시스템 자연 생명 공학, 간 전이가 있는 환자의 방사선 치료 중 신체 깊숙이 X선 빔 전달의 3D 반정량적 매핑을 달성했습니다.

iRAI 기술은 열음향 효과를 통해 작동합니다. 선형 가속기에서 생성된 고에너지 펄스 광자 빔이 신체 조직에 부딪히면 흡수됩니다. 이 흡수된 에너지는 열로 전달되어 국부적인 열팽창을 일으키고 음파를 생성합니다. 그러나 이러한 파동은 약하고 일반적으로 임상 초음파 기술로는 감지할 수 없습니다.

새로운 iRAI 시스템은 맞춤형으로 설계된 2D 매트릭스 어레이 트랜스듀서와 상용 연구용 초음파 시스템으로 구동되는 일치하는 다중 채널 프리앰프 보드로 음향 신호를 감지합니다. 증폭된 신호는 실시간으로 선량 관련 이미지를 구성하기 위해 초음파 장치로 전송됩니다.

연구원들은 iRAI와 초음파 이미징을 결합한 이중 양식 시스템이 "빔 위치의 실시간 모니터링과 방사선 치료 중 전달 선량의 온라인 평가에 대한 필요성을 해결할 수 있는 유망한 솔루션"을 제공한다고 설명합니다. 초음파 이미지는 신체의 형태학적 조직 구조와 움직임은 물론 혈류 및 혈관 밀도와 같은 기능 정보를 제공하는 반면, iRAI 이미지는 다양한 생물학적 조직에서 공간적으로 분포된 선량 침착을 매핑하고 정량화할 수 있습니다.

임상주임연구원은 “이번 임상시험은 복부정위체부방사선치료(SBRT)를 받는 환자에서 iRAI 사용 타당성을 평가하기 위한 파일럿 연구”라고 설명했다. 카일 쿠네오 미시간의 Rogel 암 센터에서. "그 결과를 통해 iRAI 시스템을 최적화할 수 있습니다."

개념 증명 연구를 위해 연구원들은 원통형 라드 팬텀, 토끼, 그리고 복부 SBRT를 받는 환자에서 시스템을 검증했습니다. 방사선 음향 신호를 감지할 때 신호 대 잡음비(SNR)를 향상시키기 위해 0.35µs X선 펄스에 의해 생성된 음향 신호의 전력 스펙트럼과 일치하도록 4MHz의 중심 주파수를 선택했습니다. SNR은 1024D 매트릭스 어레이와 통합된 46dB 게인의 2채널 프리앰프와 평균 25배로 iRAI 이미지를 표시하여 더욱 향상되었습니다.

팬텀을 이용해 시스템 성능을 검증한 후 연구팀은 토끼의 간을 조사하는 임상 치료 계획을 세우고 테스트했다. iRAI 측정은 측정된 선량 분포와 치료 계획 시스템에 의해 생성된 선량 분포 사이에 높은 일관성을 보여주었습니다.

그런 다음 팀은 각 부분에 대한 치료 계획을 두 부분으로 나누어 연구 참여자를 위한 방사선 치료 계획을 준비했습니다. 첫 번째 부분은 iRAI 이미징을 위한 것이었고 각각 위쪽 및 아래쪽 전방 방향으로 전달되는 2.087 및 0.877 Gy 빔으로 구성되었습니다. 그 다음에는 전달된 총 방사선량이 임상 요구 사항을 충족하는지 확인하기 위해 용적 조절 아크 치료 계획(iRAI 이미징 없음)이 이어졌습니다.

용량 위치와 iRAI 측정의 전체 분포는 치료 계획과 잘 일치했습니다. iRAI 체적 이미징은 고선량 영역을 높은 정확도로 매핑할 수 있었습니다. 연구원들은 인공 지능을 활용하는 고급 재구성 기술을 사용하여 더 낮은 선량 강도 영역에 대한 매핑 정확도를 최적화하고 공간 분해능을 개선하며 절대 선량 측정을 제공하는 포괄적인 보정 프로토콜을 개발해야 한다고 지적합니다.

그랜트 주임 수사관 이삼 엘 나카 Moffitt Cancer Center의 박사는 현재 시스템이 실시간 초음파 이미징으로 보강될 것이며 FLASH 방사선 요법과 같은 고위험 전달 시나리오의 맥락에서도 평가될 것이라고 조언합니다.

음향 영상은 FLASH 방사선 치료를 위한 실시간 선량 측정을 약속합니다.

“미래에 이 기술을 적용할 수 있는 한 가지 가능성은 실시간 적응형 치료 전달입니다. 현재 적응형 치료 기술은 주로 종양 및 위험 장기(OAR)의 해부학적 변화에 기반을 두고 있습니다.”라고 Cuneo는 설명합니다. “iRAI를 사용하면 해부학적 정보와 더 중요한 선량 측정 정보를 모두 사용하여 방사선 계획을 조정할 수 있습니다. 이것은 특히 인접한 OAR이 있는 상황에서 대상에서 선량 증가를 허용하고 각 분획 동안 대상과 OAR에 전달된 실제 선량을 정확하게 정량화하여 더 안전한 치료를 제공할 수 있습니다.”

El Naqa는 "이 시스템은 장기 움직임을 모니터링하면서 방사선 침착을 시각화하는 고유한 기능을 갖추고 있어 비용 절감 방식으로 관련되지 않은 조직을 절약하면서 표적 종양에 대한 방사선을 더 정확히 찾아낼 수 있습니다."라고 덧붙입니다. "이는 재정 자원이 부족한 선진국과 개발도상국 모두에 동등하게 적용될 수 있으며, 이러한 곳에서 환자 치료를 개선하고 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다."

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