Sledenje odmerkom med radioterapijo bi lahko omogočilo varnejše zdravljenje raka

Radioterapija premikajočih se lezij je zahtevna. Na dovajanje terapevtskega sevanja do načrtovanega ciljnega volumna lahko vpliva gibanje organov, medtem ko lahko anatomske deformacije in negotovost pri nastavitvi povzročijo napake pri ciljanju. Če bi radiološki onkologi imeli natančen zemljevid porazdelitve doz sevanja v 3D v realnem času, bi lahko spreminjali raven ali pot sevanja na spletu, da bi dosegli učinkovitejše in varnejše zdravljenje.

Akustično slikanje z ionizirajočim sevanjem (iRAI) je neinvazivna tehnologija, ki bi lahko zagotovila to zmogljivost. Z rekonstrukcijo doze sevanja z uporabo akustičnih valov lahko iRAI preslika odlaganje doze v tumorje in sosednja zdrava tkiva ter spremlja kopičenje doze v realnem času med radioterapijo, ne da bi bilo treba uporabiti dodatne vire sevanja.

Večspecialna raziskovalna skupina na Univerza v Michiganu in Center za raka Moffitt je zdaj razvil sistem za volumetrično slikanje iRAI klinične stopnje. Sistem, opisan v Nature Biotechnology, je dosegel 3D polkvantitativno preslikavo dostave rentgenskega žarka globoko v telo med radioterapijo bolnika z metastazami v jetrih.

Tehnika iRAI deluje preko termoakustičnega učinka. Ko visokoenergetski impulzni fotonski žarek, ki ga ustvari linearni pospeševalnik, zadene telesno tkivo, se absorbira. Ta absorbirana energija se pretvori v toploto, ki povzroči lokalno toplotno raztezanje in ustvarja zvočne valove. Vendar so ti valovi šibki in jih običajno ni mogoče zaznati s klinično ultrazvočno tehnologijo.

Novi sistem iRAI zaznava akustične signale s po meri zasnovanim pretvornikom 2D matričnega polja in ujemajočo se večkanalno predojačevalno ploščo, ki jo poganja komercialni raziskovalni ultrazvočni sistem. Ojačani signal se nato prenese v ultrazvočno napravo za izdelavo slik, povezanih z odmerkom, v realnem času.

Raziskovalci pojasnjujejo, da njihov sistem z dvojno modalnostjo, ki združuje iRAI z ultrazvočnim slikanjem, ponuja "obetavno rešitev za reševanje potrebe po spremljanju položaja žarka v realnem času in spletne ocene dovajanja odmerka med radioterapijo". Ultrazvočna slika predstavlja morfološke strukture tkiv in gibanje v telesu ter funkcionalne informacije, kot sta pretok krvi in ​​gostota žil, medtem ko lahko slika iRAI preslika in kvantificira prostorsko porazdeljeno odlaganje odmerka v različnih bioloških tkivih.

"To klinično preskušanje je bilo pilotna študija za oceno izvedljivosti uporabe iRAI pri bolnikih, ki prejemajo abdominalno stereotaktično obsevanje telesa (SBRT)," pojasnjuje glavni klinični raziskovalec Kyle Cuneo iz Rogel Cancer Center v Michiganu. "Njegove ugotovitve nam omogočajo optimizacijo sistema iRAI."

Za študijo o dokazovanju koncepta so raziskovalci potrdili sistem v cilindričnem fantomu iz svinjske masti, zajcu in nato pacientu, ki je bil podvržen abdominalni SBRT. Za izboljšanje razmerja med signalom in šumom (SNR) pri zaznavanju radiacijskih akustičnih signalov so izbrali osrednjo frekvenco 0.35 MHz, da se ujemajo s spektrom moči akustičnih signalov, ki jih ustvari rentgenski impulz 4 µs. SNR je bil dodatno izboljšan s 1024-kanalnim predojačevalnikom z ojačenjem 46 dB, integriranim z nizom 2D matrike, in s prikazovanjem slik iRAI s 25-kratnim povprečenjem.

Po preverjanju delovanja sistema s pomočjo fantoma je skupina ustvarila in preizkusila klinični načrt zdravljenja za obsevanje jeter zajca. Meritve iRAI so pokazale visoko skladnost med izmerjeno porazdelitvijo odmerka in tisto, ki jo ustvari sistem za načrtovanje zdravljenja.

Ekipa je nato pripravila načrte radioterapije za udeleženca študije, pri čemer je bil načrt zdravljenja za vsako frakcijo razdeljen na dva dela. Prvi del je bil za slikanje iRAI in je obsegal žarke 2.087 in 0.877 Gy, ki so bili dostavljeni v zgornji oziroma spodnji sprednji smeri. Temu je sledil načrt terapije z volumetrično moduliranim oblokom (brez slikanja iRAI), da se zagotovi, da celotna dostavljena doza sevanja ustreza kliničnim zahtevam.

Tako lokacije odmerkov kot skupne porazdelitve meritev iRAI so se dobro ujemale z načrtom zdravljenja. Volumetrično slikanje iRAI je z visoko natančnostjo preslikalo območje visokega odmerka. Raziskovalci ugotavljajo, da morajo optimizirati natančnost kartiranja za območja z nižjo intenzivnostjo doze, izboljšati prostorsko ločljivost in razviti obsežen kalibracijski protokol za zagotavljanje absolutne meritve doze z uporabo naprednih tehnik rekonstrukcije, ki izkoriščajo umetno inteligenco.

Grant glavni raziskovalec Issam El Naqa iz Centra za raka Moffitt svetuje, da bo trenutni sistem razširjen z ultrazvočnim slikanjem v realnem času in bo ocenjen tudi v kontekstu scenarijev poroda z visokim tveganjem, kot je radioterapija FLASH.

Akustično slikanje obljublja merjenje doze v realnem času za radioterapijo FLASH

»Ena možna uporaba te tehnologije v prihodnosti je zagotavljanje prilagodljivega zdravljenja v realnem času. Trenutne tehnike prilagajanja zdravljenja temeljijo predvsem na anatomskih spremembah tumorja in ogroženih organov (OAR),« pojasnjuje Cuneo. »Z iRAI lahko uporabimo anatomske podatke in, kar je še pomembneje, dozimetrične podatke za prilagoditev načrta obsevanja. To bi lahko omogočilo stopnjevanje odmerka v tarči, zlasti v situacijah, kjer je sosednji OAR, in zagotovilo varnejše zdravljenje z natančno kvantifikacijo resničnega odmerka, dostavljenega tarči in OAR med vsako frakcijo.«

"Sistem ima edinstveno zmožnost vizualizacije odlaganja sevanja med spremljanjem gibanja organov, kar omogoča boljše določanje sevanja do ciljnih tumorjev, hkrati pa prihrani nevpleteno tkivo na način prihranka stroškov," dodaja El Naqa. "To se lahko enako uporablja v razvitih državah in državah v razvoju, kjer so finančni viri omejeni, kar vodi k boljši oskrbi pacientov in boljšim rezultatom v teh krajih."

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/dose-tracking-during-radiotherapy-could-enable-safer-cancer-treatments/