O rastreamento de dose durante a radioterapia pode permitir tratamentos de câncer mais seguros

A radioterapia de lesões em movimento é desafiadora. A entrega da radiação terapêutica a um volume alvo planejado pode ser afetada pelo movimento do órgão, enquanto deformações anatômicas e incertezas de configuração podem causar erros de direcionamento. Se os oncologistas de radiação tivessem um mapa de distribuição de dose de radiação 3D preciso e em tempo real, eles seriam capazes de alterar o nível ou a trajetória da radiação online para obter tratamentos mais eficazes e seguros.

A imagem acústica de radiação ionizante (iRAI) é uma tecnologia não invasiva que pode fornecer essa capacidade. Ao reconstruir a dose de radiação usando ondas acústicas, o iRAI pode mapear a deposição de dose em tumores e tecidos saudáveis ​​adjacentes e monitorar o acúmulo de dose em tempo real durante a radioterapia, sem a necessidade de usar fontes de radiação adicionais.

Uma equipe de pesquisa multiespecializada no Universidade de Michigan e Centro de Câncer Moffitt desenvolveu agora um sistema de imagem volumétrica iRAI de nível clínico. O sistema, descrito em Biotecnologia Natural, alcançou o mapeamento semiquantitativo 3D da entrega do feixe de raios X profundamente no corpo durante a radioterapia de um paciente com metástases hepáticas.

A técnica iRAI funciona através do efeito termoacústico. Quando um feixe de fótons pulsados ​​de alta energia gerado por um acelerador linear atinge o tecido do corpo, ele é absorvido. Essa energia absorvida se transforma em calor, o que causa expansão térmica localizada e gera ondas acústicas. Essas ondas são fracas, no entanto, e geralmente indetectáveis ​​pela tecnologia de ultrassom clínico.

O novo sistema iRAI detecta os sinais acústicos com um transdutor de matriz 2D de design personalizado e uma placa de pré-amplificador multicanal correspondente, acionada por um sistema de ultrassom de pesquisa comercial. O sinal amplificado é então transferido para um dispositivo de ultrassom para construir imagens relacionadas à dose em tempo real.

Os pesquisadores explicam que seu sistema de modalidade dupla, que combina iRAI com imagens de ultrassom, oferece “uma solução promissora para resolver a necessidade de monitoramento em tempo real da posição do feixe e avaliação online da administração de dose durante a radioterapia”. A imagem de ultrassom apresenta as estruturas morfológicas do tecido e o movimento no corpo, bem como informações funcionais, como fluxo sanguíneo e densidade vascular, enquanto a imagem iRAI pode mapear e quantificar a deposição de dose distribuída espacialmente em diferentes tecidos biológicos.

“Este ensaio clínico foi um estudo piloto para avaliar a viabilidade do uso de iRAI em pacientes recebendo radioterapia abdominal estereotáxica (SBRT)”, explica o investigador clínico principal Kyle Cuneo do Rogel Cancer Center de Michigan. “Suas descobertas estão nos permitindo otimizar o sistema iRAI.”

Para o estudo de prova de conceito, os pesquisadores validaram o sistema em um fantoma de banha cilíndrico, um coelho e, em seguida, um paciente submetido a SBRT abdominal. Para melhorar a relação sinal-ruído (SNR) ao detectar sinais acústicos de radiação, eles selecionaram uma frequência central de 0.35 MHz para corresponder ao espectro de potência dos sinais acústicos gerados pelo pulso de raios X de 4 µs. O SNR foi aprimorado ainda mais pelo pré-amplificador de 1024 canais com ganho de 46 dB integrado ao array de matriz 2D e exibindo as imagens iRAI com média de 25 vezes.

Depois de verificar o desempenho do sistema usando o phantom, a equipe criou e testou um plano de tratamento clínico para irradiar o fígado de um coelho. As medições iRAI mostraram alta consistência entre a distribuição de dose medida e aquela gerada pelo sistema de planejamento de tratamento.

A equipe então preparou planos de radioterapia para o participante do estudo, com o plano de tratamento para cada fração dividido em duas partes. A primeira parte foi para imagens iRAI e compreendeu feixes de 2.087 e 0.877 Gy entregues nas direções anterior superior e inferior, respectivamente. Isso foi seguido por um plano de terapia de arco modulado volumétrico (sem imagem iRAI) para garantir que a dose total de radiação fornecida atendesse aos requisitos clínicos.

Ambos os locais de dosagem e as distribuições gerais das medições iRAI combinaram bem com o plano de tratamento. A imagem volumétrica iRAI foi capaz de mapear a área de alta dose com alta precisão. Os pesquisadores observam que precisam otimizar a precisão do mapeamento para áreas de menor intensidade de dose, melhorar a resolução espacial e desenvolver um protocolo de calibração abrangente para fornecer medição de dose absoluta, usando técnicas avançadas de reconstrução que exploram a inteligência artificial.

Conceder investigador principal Issam El-Naqa do Moffitt Cancer Center informa que o sistema atual será aprimorado com imagens de ultrassom em tempo real e também será avaliado no contexto de cenários de entrega de alto risco, como a radioterapia FLASH.

A imagem acústica promete medição de dose em tempo real para radioterapia FLASH

“Uma aplicação potencial dessa tecnologia no futuro é a entrega de tratamento adaptativo em tempo real. As técnicas atuais de tratamento adaptativo são baseadas principalmente em alterações anatômicas no tumor e órgãos de risco (OARs)”, explica Cuneo. “Com o iRAI, podemos usar informações anatômicas e, mais importante, informações dosimétricas para adaptar o plano de radiação. Isso pode permitir o escalonamento da dose no alvo, especialmente em situações onde há um OAR adjacente, e fornecer tratamentos mais seguros ao quantificar com precisão a verdadeira dose entregue ao alvo e aos OARs durante cada fração.”

“O sistema tem a capacidade única de visualizar a deposição de radiação enquanto monitora o movimento do órgão, permitindo uma melhor identificação da radiação para os tumores-alvo, poupando tecidos não envolvidos de maneira econômica”, acrescenta El Naqa. “Isso pode ser aplicado igualmente em países desenvolvidos e em desenvolvimento, onde os recursos financeiros são escassos, levando a um melhor atendimento ao paciente e melhores resultados nesses locais”.

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