Ettersom strålebehandlingsteknikker blir stadig mer komplekse, og bruken av hypofraksjonering fortsetter å vokse, er nøyaktigheten av strålingslevering viktigere enn noen gang. Å levere behandlinger av høy kvalitet er avhengig av evnen til å overvåke og tilpasse seg eventuelle endringer i pasientens stilling under bestråling. En ny teknikk som tilbyr denne muligheten er Cherenkov-avbildning, som muliggjør sanntidsbehandling på pasient, uten ekstra strålingseksponering.
Cherenkov-lys produseres når en ladet partikkel beveger seg med en hastighet som overstiger lysets hastighet gjennom et spesifikt medium. Under strålebehandling sendes Cherenkov-lys ut når foton- eller elektronstråler beveger seg gjennom vev. Dette lyset avslører formen og omfanget av behandlingsfeltet på pasientoverflaten, med en intensitet som er proporsjonal med den leverte dosen.
Tidlige kliniske studier av forskere ved Dartmouth Helse og Dartmouth Engineering indikerte at Cherenkov-avbildning under strålebehandling kan identifisere feiljusteringer av pasienten og oppdage bortkommen stråling, forbedre behandlingstilbudet for individuelle pasienter. Etter denne første erfaringen har teamet nå implementert det første Cherenkov-bildesystemet for rutinemessig klinisk bruk på et lokalt sykehus.
Rapportere funnene sine i Tekniske innovasjoner og pasientstøtte innen stråleonkologi, beskriver forskerne deres første år med å bruke Cherenkov-bildebehandling for å avbilde pasienter som gjennomgår rutinemessig strålebehandling.
Klinisk erfaring
Gruppen kl Cheshire medisinske senter installerte BeamSite Cherenkov bildesystem i september 2020, kalibrering av systemet, optimalisering av romlysforhold og oppsettsprotokoller, og utførelse av ende-til-ende-testing før klinisk bruk i mars 2021.
I løpet av de neste 12 månedene brukte de systemet til å overvåke over 1700 kreftbehandlinger, inkludert strålebehandling med både fripusting og dypinspirasjon (DIBH) og rundt 50 behandlinger med elektronstråler. Under hver bestråling gjennomgikk terapeutene pasientens kroppsposisjonsbilder og Cherenkov-bilder i sanntid. Etter behandlingen analyserte fysikerne de registrerte bildene.
I løpet av dette året oppdaget teamet flere anomalier under behandlingene, og modifiserte behandlingsprosedyrene for å sikre pasientsikkerhet og forbedre leveringsnøyaktigheten. I noen tilfeller, for eksempel, oppdaget Cherenkov-bildene dose til kroppsdeler der det ikke var forventet. Forskerne rapporterer om to eksempeltilfeller der det ble funnet uplanlagte doser hos pasienter som fikk boostbehandling til venstre bryst. I ett tilfelle ble det observert utgangsdose fra et behandlingsfelt i høyre bryst; i den andre ble dosen levert til haken på grunn av en hoderotasjon. Som svar på slike anomalier kan terapeutene endre behandlingsfraksjoner, eller til og med stoppe behandlingsleveringen
Cherenkov-bildesystemet oppdaget også unøyaktigheter i oppsett eller uventede pasientbevegelser. Teamet beskriver et eksempel på 3D konform behandling av ryggraden. Ved å bruke Cherenkov-bildeintensitetskonturen fra den første fraksjonen som referanse, observerte terapeutene intrafraksjonell bevegelse og stoppet behandlingen. Andre steder viste en pasient som fikk DIBH-strålebehandling til venstre bryst stor variasjon i armposisjon mellom hver fraksjon.
Teamet beskriver også en mer uvanlig bruk av denne nye teknologien, i en behandling av en svulst plassert over hjertet hvor elektron DIBH ble brukt for å redusere hjertedosen. Siden linacs foreløpig ikke kan tilby gated elektronlevering, brukte teamet Cherenkov-bildeveiledning for å manuelt porte DIBH-leveringen, samt for å verifisere behandlingsleveringsnøyaktigheten i sanntid.
Visualisering av behandlingsstrålen forbedrer leveringen av strålebehandling
Forskerne konkluderer med at Cherenkov-avbildning viste seg å være et verdifullt klinisk verktøy for å forbedre sikkerhet og nøyaktighet ved behandlingslevering. De påpeker at etter bare én time med praktisk operativ trening, kunne terapeutene betjene systemet, overvåke pasienter og gjennomgå Cherenkov-bildene i sanntid. Dette gjorde dem i stand til å pause, justere eller til og med avbryte behandlingsleveringen etter behov.
For å utnytte denne teknologien fullt ut, foreslår teamet flere programvareutviklinger. Disse inkluderer systemets grensesnitt med registrerings- og verifiseringssystemet, samt automatisk generering av kroppsposisjonskonturer, markører og kumulative Cherenkov-bildeintensitetskonturer. Kombinasjon med veiledning for oppsett av overflatebilder kan også gi et kraftig verktøy for fremtidige behandlinger.
