Naarmate radiotherapietechnieken steeds complexer worden en het gebruik van hypofractionering blijft groeien, is de nauwkeurigheid van de bestraling belangrijker dan ooit. Het leveren van hoogwaardige behandelingen is afhankelijk van het vermogen om veranderingen in de positie van de patiënt tijdens de bestraling te volgen en aan te passen. Een opkomende techniek die deze mogelijkheid biedt, is Cherenkov-beeldvorming, die real-time verificatie van de behandeling bij de patiënt mogelijk maakt, zonder extra blootstelling aan straling.
Cherenkov-licht wordt geproduceerd wanneer een geladen deeltje met een snelheid die hoger is dan die van licht door een specifiek medium reist. Tijdens radiotherapie wordt Cherenkov-licht uitgezonden wanneer fotonen- of elektronenstralen door weefsel gaan. Dit licht onthult de vorm en omvang van het behandelveld op het oppervlak van de patiënt, met een intensiteit die evenredig is met de toegediende dosis.
Vroege klinische proeven door onderzoekers van Dartmouth Gezondheid en Dartmouth-techniek gaf aan dat Cherenkov beeldvorming tijdens radiotherapie kan identificeer verkeerde uitlijningen van de patiënt en detecteer strooistraling, verbetering van de behandeling van individuele patiënten. Na deze eerste ervaring heeft het team nu het eerste Cherenkov-beeldvormingssysteem geïmplementeerd voor routinematig klinisch gebruik in een gemeenschapsziekenhuis.
Rapporteren van hun bevindingen in Technische innovaties en patiëntenondersteuning in radiotherapie-oncologie, beschrijven de onderzoekers hun eerste jaar waarin ze Cherenkov-beeldvorming gebruikten om patiënten in beeld te brengen die routinematige radiotherapie ondergaan.
Klinische ervaring
de groep bij Cheshire Medisch Centrum installeerde de BeamSite Cherenkov-beeldvormingssysteem in september 2020, waarbij het systeem wordt gekalibreerd, de lichtomstandigheden in de kamer en instellingsprotocollen worden geoptimaliseerd en end-to-end-tests worden uitgevoerd voordat het klinisch gebruik in maart 2021 wordt gestart.
In de loop van de volgende 12 maanden gebruikten ze het systeem om meer dan 1700 kankerbehandelingen te volgen, waaronder radiotherapie met zowel vrije ademhaling als diep-inspiratie adem vasthouden (DIBH) en ongeveer 50 behandelingen met elektronenstralen. Tijdens elke bestraling beoordeelden de therapeuten de beelden van de lichaamshouding van de patiënt en die van Cherenkov in realtime. Na de behandeling analyseerden de natuurkundigen de opgenomen beelden.
In de loop van dit jaar ontdekte het team verschillende anomalieën tijdens behandelingen, waarbij de behandelingsprocedures werden aangepast om de veiligheid van de patiënt te waarborgen en de nauwkeurigheid van de toediening te verbeteren. In sommige gevallen detecteerden de Cherenkov-beelden bijvoorbeeld een dosis op lichaamsdelen waar dit niet werd verwacht. De onderzoekers rapporteren twee voorbeeldgevallen waarin een ongeplande dosis werd gevonden bij patiënten die een boostbehandeling kregen voor de linkerborst. In één geval werd een uitgangsdosis uit een behandelveld waargenomen in de rechterborst; in de andere werd de dosis op de kin afgeleverd als gevolg van een hoofdrotatie. Als reactie op dergelijke anomalieën kunnen de therapeuten behandelingsfracties wijzigen of zelfs de behandeling stopzetten
Het Cherenkov-beeldvormingssysteem detecteerde ook onnauwkeurigheden in de instellingen of onverwachte bewegingen van de patiënt. Het team beschrijft een voorbeeld van een 3D-conforme behandeling van de wervelkolom. Met behulp van de schets van de Cherenkov-beeldintensiteit uit de eerste fractie als referentie, observeerden de therapeuten intrafractionele beweging en pauzeerden ze de behandeling. Elders vertoonde een patiënt die DIBH-radiotherapie aan de linkerborst kreeg een grote variabiliteit in armpositie tussen elke fractie.
Het team beschrijft ook een ongebruikelijker gebruik van deze nieuwe technologie, bij een behandeling van een tumor boven het hart waar elektronen DIBH werd gebruikt om de hartdosis te verlagen. Aangezien lineaire versnipperaars momenteel geen gated elektronenafgifte kunnen bieden, heeft het team Cherenkov-beeldgeleiding gebruikt om de DIBH-afgifte handmatig te poorten en om de nauwkeurigheid van de behandelingsafgifte in realtime te verifiëren.
Het visualiseren van de behandelstraal verbetert de afgifte van bestralingstherapie
De onderzoekers concluderen dat Cherenkov-beeldvorming een waardevol klinisch hulpmiddel bleek te zijn om de veiligheid en nauwkeurigheid van de behandeling te verbeteren. Ze wijzen erop dat de therapeuten na slechts een uur praktische operationele training het systeem konden bedienen, patiënten konden monitoren en de Cherenkov-beelden in realtime konden bekijken. Dit stelde hen in staat om de behandeling naar behoefte te onderbreken, aan te passen of zelfs af te breken.
Om deze technologie volledig te benutten, stelt het team verschillende softwareontwikkelingen voor. Deze omvatten de systeemkoppeling met het registratie- en verificatiesysteem, evenals het automatisch genereren van contouren van de lichaamspositie, markeringen en cumulatieve contouren van de Cherenkov-beeldintensiteit. Combinatie met begeleiding bij het instellen van oppervlaktebeelden kan ook een krachtig hulpmiddel zijn voor toekomstige behandelingen.
