Відстеження дози під час радіотерапії може забезпечити більш безпечне лікування раку

Променева терапія рухомих уражень є складною. На доставку терапевтичного випромінювання до запланованого цільового об’єму може вплинути рух органів, а анатомічні деформації та невизначеність налаштування можуть спричинити помилки націлювання. Якби радіаційні онкологи мали точну 3D-карту розподілу дози опромінення в режимі реального часу, вони могли б змінювати рівень або траєкторію опромінення в режимі онлайн, щоб отримати більш ефективне та безпечне лікування.

Акустичне зображення з іонізуючим випромінюванням (iRAI) — це неінвазивна технологія, яка може забезпечити цю можливість. Реконструюючи дозу опромінення за допомогою акустичних хвиль, iRAI може відображати відкладення дози в пухлинах і прилеглих здорових тканинах і контролювати накопичення дози в режимі реального часу під час променевої терапії без необхідності використання додаткових джерел випромінювання.

Багатопрофільна дослідницька група в Мічиганський університет та Центр раку Моффіта тепер розробила систему об’ємної візуалізації iRAI клінічного рівня. Система, описана в Природа Біотехнологія, досягли 3D напівкількісного картування доставки рентгенівського променя вглиб тіла під час променевої терапії пацієнта з метастазами в печінці.

Техніка iRAI працює за допомогою термоакустичного ефекту. Коли високоенергетичний імпульсний промінь фотонів, створений лінійним прискорювачем, потрапляє на тканину тіла, він поглинається. Ця поглинена енергія перетворюється на тепло, що викликає локальне теплове розширення та генерує акустичні хвилі. Ці хвилі слабкі, однак, і зазвичай не виявляються за допомогою клінічної ультразвукової технології.

Нова система iRAI виявляє акустичні сигнали за допомогою спеціально розробленого двовимірного матричного перетворювача та відповідної плати багатоканального попереднього підсилювача, що керується комерційною дослідницькою ультразвуковою системою. Потім посилений сигнал передається в ультразвуковий пристрій для побудови залежних від дози зображень у реальному часі.

Дослідники пояснюють, що їх двомодальна система, яка поєднує iRAI з ультразвуковою візуалізацією, пропонує «обіцяюче рішення для вирішення потреби в моніторингу положення променя в реальному часі та онлайн-оцінці доставки дози під час променевої терапії». Ультразвукове зображення представляє морфологічні структури тканин і рух в організмі, а також функціональну інформацію, таку як кровотік і щільність судин, тоді як зображення iRAI може відобразити та кількісно визначити просторово розподілену дозу в різних біологічних тканинах.

«Це клінічне випробування було пілотним дослідженням для оцінки доцільності використання iRAI у пацієнтів, які отримують абдомінальну стереотаксичну променеву терапію тіла (SBRT)», — пояснює головний дослідник клініки. Кайл Кунео з Мічиганського онкологічного центру Рогеля. «Її результати дозволяють нам оптимізувати систему iRAI».

Для підтвердження концепції дослідники перевірили систему на циліндричному фантомі з сала, кролику, а потім на пацієнті, який проходив SBRT черевної порожнини. Щоб підвищити відношення сигнал/шум (SNR) під час виявлення радіаційних акустичних сигналів, вони вибрали центральну частоту 0.35 МГц, щоб відповідати спектру потужності акустичних сигналів, створених рентгенівським імпульсом 4 мкс. SNR було додатково покращено за рахунок 1024-канального попереднього підсилювача з посиленням 46 дБ, інтегрованого з 2D матрицею, і відображенням зображень iRAI з 25-кратним усередненням.

Після перевірки продуктивності системи за допомогою фантома команда створила та випробувала план клінічного лікування опромінення печінки кролика. Вимірювання iRAI показали високу узгодженість між виміряним розподілом дози та тим, що генерується системою планування лікування.

Потім команда підготувала плани променевої терапії для учасника дослідження, розділивши план лікування для кожної фракції на дві частини. Перша частина була призначена для візуалізації iRAI і включала промені 2.087 і 0.877 Гр, що подавалися у верхньому та нижньому передньому напрямках відповідно. Після цього був розроблений план дугової терапії з об’ємною модуляцією (без візуалізації iRAI), щоб забезпечити відповідність загальної дози опромінення клінічним вимогам.

І місця дозування, і загальний розподіл вимірювань iRAI добре відповідали плану лікування. Об’ємна візуалізація iRAI змогла з високою точністю нанести на карту зону високої дози. Дослідники відзначають, що їм необхідно оптимізувати точність картографування для областей з меншою інтенсивністю дози, покращити просторову роздільну здатність і розробити комплексний протокол калібрування для забезпечення вимірювання абсолютної дози, використовуючи передові методи реконструкції з використанням штучного інтелекту.

Грант головного дослідника Іссам Ель Нака з онкологічного центру Моффіта повідомляє, що поточну систему буде доповнено ультразвуковим зображенням у реальному часі, а також оцінюватиметься в контексті сценаріїв пологів із високим ризиком, таких як променева терапія FLASH.

Акустичне зображення обіцяє вимірювання дози в режимі реального часу для променевої терапії FLASH

«Одним із потенційних застосувань цієї технології в майбутньому є адаптивне лікування в режимі реального часу. Сучасні адаптивні методи лікування ґрунтуються головним чином на анатомічних змінах пухлини та органів ризику (OAR)», — пояснює Кунео. «З iRAI ми можемо використовувати як анатомічну інформацію, так і, що більш важливо, дозиметричну інформацію для адаптації плану радіації. Це може дозволити ескалацію дози в мішені, особливо в ситуаціях, коли поруч є OAR, і забезпечити більш безпечне лікування шляхом точного кількісного визначення справжньої дози, доставленої до мішені та OAR під час кожної фракції».

«Система має унікальну здатність візуалізувати радіаційне осідання під час моніторингу руху органів, що дозволяє краще визначити радіацію до цільових пухлин, зберігаючи незадіяні тканини в спосіб економії коштів», — додає Ель Нака. «Це однаково можна застосовувати як у розвинених країнах, так і в країнах, що розвиваються, де фінансові ресурси обмежені, що призводить до покращення догляду за пацієнтами та кращих результатів у цих країнах».

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/dose-tracking-during-radiotherapy-could-enable-safer-cancer-treatments/