När strålbehandlingstekniker blir allt mer komplexa och användningen av hypofraktionering fortsätter att växa, är noggrannheten i strålningsleveransen viktigare än någonsin. Att leverera högkvalitativa behandlingar är beroende av förmågan att övervaka och anpassa sig till eventuella förändringar i patientens position under bestrålning. En framväxande teknik som erbjuder denna förmåga är Cherenkov-avbildning, som möjliggör verifiering av behandling på patient i realtid utan extra strålningsexponering.
Cherenkov-ljus produceras när en laddad partikel färdas med en hastighet som överstiger ljusets hastighet genom ett specifikt medium. Under strålbehandling avges Cherenkov-ljus när foton- eller elektronstrålar färdas genom vävnad. Detta ljus avslöjar formen och omfattningen av behandlingsfältet på patientytan, med en intensitet som är proportionell mot den tillförda dosen.
Tidiga kliniska prövningar av forskare vid Dartmouth hälsa och Dartmouth Engineering indikerade att Cherenkov avbildning under strålbehandling kan identifiera patientfelställningar och upptäcka ströstrålning, förbättra behandlingsleveransen för enskilda patienter. Efter denna första erfarenhet har teamet nu implementerat det första Cherenkov-bildsystemet för rutinmässig klinisk användning på ett lokalt sjukhus.
Rapportera sina fynd i Tekniska innovationer & patientstöd inom strålningsonkologi, beskriver forskarna deras första år av att använda Cherenkov-avbildning för att avbilda patienter som genomgår rutinstrålbehandling.
Klinisk erfarenhet
Gruppen kl Cheshire Medical Center installerade BeamSite Cherenkovs bildsystem i september 2020, kalibrerar systemet, optimerar rummets ljusförhållanden och inställningsprotokoll och utför end-to-end-testning innan klinisk användning påbörjas i mars 2021.
Under de kommande 12 månaderna använde de systemet för att övervaka över 1700 cancerbehandlingar, inklusive strålbehandling med både friandning och djupinandning (DIBH) och cirka 50 behandlingar med elektronstrålar. Under varje bestrålning granskade terapeuterna patientens kroppspositionsbilder och Cherenkov-bilder i realtid. Efter behandlingen analyserade fysikerna de inspelade bilderna.
Under det här året upptäckte teamet flera anomalier under behandlingar, och modifierade behandlingsprocedurerna för att säkerställa patientsäkerhet och förbättra leveransnoggrannheten. I vissa fall, till exempel, detekterade Cherenkov-bilderna dos till kroppsdelar där det inte förväntades. Forskarna rapporterar två exempelfall där oplanerad dos hittades hos patienter som fick en boostbehandling till vänster bröst. I ett fall observerades exitdos från ett behandlingsfält i höger bröst; i den andra gavs dosen till hakan på grund av huvudrotation. Som svar på sådana anomalier kan terapeuterna ändra behandlingsfraktioner eller till och med stoppa behandlingsleveransen
Cherenkovs bildsystem upptäckte också felaktigheter i inställningarna eller oväntade patientrörelser. Teamet beskriver ett exempel på 3D-konform behandling av ryggraden. Med hjälp av Cherenkovs bildintensitetskontur från den första fraktionen som referens observerade terapeuterna intrafraktionell rörelse och pausade behandlingen. På andra ställen uppvisade en patient som fick DIBH-strålbehandling till vänster bröst stor variation i armposition mellan varje fraktion.
Teamet beskriver också en mer ovanlig användning av denna nya teknik, i en behandling av en tumör som ligger ovanför hjärtat där elektron DIBH användes för att minska hjärtdosen. Eftersom linacs för närvarande inte kan tillhandahålla gated elektronleverans, använde teamet Cherenkov-bildvägledning för att manuellt grinda DIBH-leveransen, samt för att verifiera behandlingsleveransnoggrannheten i realtid.
Visualisering av behandlingsstrålen förbättrar strålbehandlingsleveransen
Forskarna drar slutsatsen att Cherenkov-avbildning visade sig vara ett värdefullt kliniskt verktyg för att förbättra säkerhet och precision vid behandlingsleverans. De påpekar att efter bara en timmes praktisk operativ träning kunde terapeuterna använda systemet, övervaka patienter och granska Cherenkov-bilderna i realtid. Detta gjorde det möjligt för dem att pausa, justera eller till och med avbryta behandlingen efter behov.
För att fullt ut utnyttja denna teknik föreslår teamet flera mjukvaruutvecklingar. Dessa inkluderar systemets gränssnitt med registrerings- och verifieringssystemet, såväl som automatisk generering av kroppspositionskonturer, markörer och kumulativa Cherenkov-bildintensitetskonturer. Kombination med inställningsvägledning för ytbild kan också vara ett kraftfullt verktyg för framtida behandlingar.
