Отслеживание дозы во время лучевой терапии может обеспечить более безопасное лечение рака

Лучевая терапия движущихся поражений является сложной задачей. На доставку терапевтического излучения к запланированному целевому объему может повлиять движение органа, в то время как анатомические деформации и неопределенность установки могут вызвать ошибки наведения. Если бы у онкологов-радиологов была точная трехмерная карта распределения дозы облучения в режиме реального времени, они могли бы изменять уровень или траекторию излучения в режиме онлайн для достижения более эффективного и безопасного лечения.

Акустическая визуализация ионизирующего излучения (iRAI) — это неинвазивная технология, которая может обеспечить эту возможность. Реконструируя дозу облучения с помощью акустических волн, iRAI может отображать распределение дозы в опухолях и прилегающих здоровых тканях и отслеживать накопление дозы в режиме реального времени во время лучевой терапии без необходимости использования дополнительных источников излучения.

Многопрофильная исследовательская группа в Мичиганский университет и Рак молочной железы разработала систему объемной визуализации iRAI клинического класса. Система, описанная в Nature Biotechnology, добились трехмерного полуколичественного картирования доставки рентгеновского луча вглубь тела при лучевой терапии пациента с метастазами в печень.

Техника iRAI работает за счет термоакустического эффекта. Когда высокоэнергетический импульсный фотонный пучок, генерируемый линейным ускорителем, попадает в ткани тела, он поглощается. Эта поглощенная энергия переходит в тепло, которое вызывает локализованное тепловое расширение и генерирует акустические волны. Однако эти волны слабы и обычно не обнаруживаются клиническими ультразвуковыми технологиями.

Новая система iRAI обнаруживает акустические сигналы с помощью специально разработанного преобразователя с двумерной матрицей и соответствующей платы многоканального предусилителя, управляемой коммерческой ультразвуковой системой для исследований. Затем усиленный сигнал передается в ультразвуковое устройство для построения изображений в зависимости от дозы в режиме реального времени.

Исследователи объясняют, что их двойная система, сочетающая iRAI с ультразвуковой визуализацией, предлагает «многообещающее решение для удовлетворения потребности в мониторинге положения луча в режиме реального времени и онлайн-оценке доставляемой дозы во время лучевой терапии». Ультразвуковое изображение представляет морфологические структуры тканей и движения в организме, а также функциональную информацию, такую ​​как кровоток и плотность сосудов, в то время как изображение iRAI может отображать и количественно определять пространственно распределенное отложение дозы в различных биологических тканях.

«Это клиническое испытание было пилотным исследованием для оценки возможности использования iRAI у пациентов, получающих абдоминальную стереотаксическую лучевую терапию тела (SBRT)», — объясняет главный клинический исследователь. Кайл Кунео из Мичиганского онкологического центра Rogel. «Его результаты позволяют нам оптимизировать систему iRAI».

Для проверки концепции исследователи проверили систему на цилиндрическом фантоме жира, кролике, а затем на пациенте, подвергающемся абдоминальной SBRT. Чтобы улучшить отношение сигнал-шум (SNR) при обнаружении акустических сигналов излучения, они выбрали центральную частоту 0.35 МГц, чтобы соответствовать спектру мощности акустических сигналов, генерируемых рентгеновским импульсом длительностью 4 мкс. Отношение сигнал-шум было дополнительно улучшено за счет 1024-канального предусилителя с усилением 46 дБ, интегрированного с массивом двумерных матриц, и путем отображения изображений iRAI с 2-кратным усреднением.

После проверки производительности системы с помощью фантома команда создала и протестировала план клинического лечения облучением печени кролика. Измерения iRAI показали высокую согласованность между измеренным распределением дозы и распределением, созданным системой планирования лечения.

Затем команда подготовила планы лучевой терапии для участника исследования, при этом план лечения для каждой фракции был разделен на две части. Первая часть предназначалась для визуализации iRAI и включала лучи 2.087 и 0.877 Гр, доставленные в передне-верхнем и нижне-переднем направлениях соответственно. За этим последовал план объемно-модулированной дуговой терапии (без визуализации iRAI), чтобы убедиться, что общая доставленная доза облучения соответствует клиническим требованиям.

И расположение доз, и общее распределение измерений iRAI хорошо соответствовали плану лечения. Объемная визуализация iRAI позволила с высокой точностью нанести на карту область с высокой дозой облучения. Исследователи отмечают, что им необходимо оптимизировать точность картирования для областей с более низкой интенсивностью дозы, улучшить пространственное разрешение и разработать комплексный протокол калибровки для обеспечения измерения абсолютной дозы с использованием передовых методов реконструкции с использованием искусственного интеллекта.

Грант главный исследователь Иссам Эль Нака из Moffitt Cancer Center сообщает, что текущая система будет дополнена ультразвуковой визуализацией в реальном времени, а также будет оцениваться в контексте сценариев родов с высоким риском, таких как лучевая терапия FLASH.

Акустическая визуализация обещает измерение дозы в режиме реального времени для FLASH-радиотерапии

«Одно из возможных применений этой технологии в будущем — адаптивное лечение в режиме реального времени. Современные методы адаптивного лечения основаны в основном на анатомических изменениях в опухоли и органах риска (OAR)», — объясняет Кунео. «С iRAI мы можем использовать как анатомическую информацию, так и, что более важно, дозиметрическую информацию для адаптации плана облучения. Это может позволить увеличить дозу в мишени, особенно в ситуациях, когда есть соседний OAR, и обеспечить более безопасное лечение за счет точного количественного определения истинной дозы, доставленной в цель, и OAR во время каждой фракции».

«Система обладает уникальной способностью визуализировать осаждение радиации при мониторинге движения органов, что позволяет точнее определять лучевую нагрузку на целевые опухоли, экономя при этом незатронутые ткани», — добавляет Эль Нака. «Это может в равной степени применяться как в развитых, так и в развивающихся странах, где финансовые ресурсы ограничены, что приводит к улучшению ухода за пациентами и лучшим результатам в этих местах».

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/dose-tracking-during-radiotherapy-could-enable-safer-cancer-treatments/