放射治疗期间的剂量跟踪可以实现更安全的癌症治疗

移动病灶的放射治疗具有挑战性。 将治疗辐射递送到计划的目标体积可能会受到器官运动的影响，而解剖变形和设置的不确定性可能会导致瞄准错误。 如果放射肿瘤学家拥有准确、实时的 3D 辐射剂量分布图，他们将能够在线改变辐射水平或轨迹，以实现更有效、更安全的治疗。

电离辐射声学成像 (iRAI) 是一种可以提供此功能的非侵入性技术。 通过使用声波重建辐射剂量，iRAI 可以绘制肿瘤和邻近健康组织中的剂量沉积图，并在放射治疗期间实时监测剂量累积，而无需使用额外的辐射源。

一个多专业的研究团队 密歇根大学 和 Moffitt癌症中心 现已开发出临床级 iRAI 体积成像系统。 该系统，描述于 自然·生物技术“, 在对肝转移患者进行放射治疗期间，实现了 X 射线束传送到体内深处的 3D 半定量映射。

iRAI 技术通过热声效应发挥作用。 当直线加速器产生的高能脉冲光子束撞击身体组织时，它被吸收。 吸收的能量转化为热量，导致局部热膨胀并产生声波。 然而，这些波很弱，临床超声技术通常检测不到。

新的 iRAI 系统使用定制设计的 2D 矩阵阵列换能器和匹配的多通道前置放大器板检测声学信号，由商业研究超声系统驱动。 然后将放大的信号传输到超声设备中，以实时构建与剂量相关的图像。

研究人员解释说，他们的双模态系统将 iRAI 与超声成像相结合，提供了“一种很有前途的解决方案，可以解决放射治疗期间实时监测光束位置和在线评估输送剂量的需求”。 超声图像呈现体内的形态组织结构和运动，以及血流和血管密度等功能信息，而iRAI图像则可以映射和量化不同生物组织中空间分布的剂量沉积。

“这项临床试验是一项初步研究，旨在评估在接受腹部立体定向放射治疗 (SBRT) 的患者中使用 iRAI 的可行性，”临床首席研究员解释说 凯尔库内奥 来自密歇根州的 Rogel 癌症中心。 “它的发现使我们能够优化 iRAI 系统。”

对于他们的概念验证研究，研究人员在圆柱形猪油模型、兔子和接受腹部 SBRT 的患者中验证了该系统。 为了在检测辐射声信号时提高信噪比 (SNR)，他们选择了 0.35 MHz 的中心频率来匹配 4 µs X 射线脉冲产生的声信号的功率谱。 1024 通道前置放大器与 46D 矩阵阵列集成了 2 dB 增益，并通过显示平均 25 次的 iRAI 图像进一步增强了 SNR。

在使用体模验证系统性能后，该团队制定并测试了照射兔子肝脏的临床治疗计划。 iRAI 测量显示测量的剂量分布与治疗计划系统生成的剂量分布高度一致。

团队随后为研究参与者制定了放射治疗计划，每个部分的治疗计划分为两部分。 第一部分用于 iRAI 成像，包括分别在上前和下前方向传送的 2.087 和 0.877 Gy 光束。 随后是容积调制弧形治疗计划（无 iRAI 成像），以确保总辐射剂量满足临床要求。

iRAI 测量的剂量位置和总体分布都与治疗计划相匹配。 iRAI 体积成像能够高精度地绘制高剂量区域。 研究人员指出，他们需要优化低剂量强度区域的映射精度，提高空间分辨率，并开发一个全面的校准协议以提供绝对剂量测量，使用先进的人工智能重建技术。

格兰特首席研究员 伊萨姆·纳卡 来自 Moffitt 癌症中心的研究人员建议，当前的系统将通过实时超声成像得到增强，并且还将在 FLASH 放射治疗等高风险分娩场景的背景下进行评估。

声学成像有望实现 FLASH 放射治疗的实时剂量测量

“这项技术在未来的一个潜在应用是实时自适应治疗。 目前的适应性治疗技术主要基于肿瘤和危及器官 (OAR) 的解剖学变化，”Cuneo 解释道。 “借助 iRAI，我们可以使用解剖学信息，更重要的是，还可以使用剂量学信息来调整辐射计划。 这可以允许在目标中增加剂量，特别是在有相邻 OAR 的情况下，并通过准确量化在每个部分期间传递给目标和 OAR 的真实剂量来提供更安全的治疗。”

El Naqa 补充说：“该系统具有在监测器官运动的同时可视化辐射沉积的独特能力，可以更好地精确定位目标肿瘤的辐射，同时以节省成本的方式保护未受累的组织。” “这可以同样适用于财政资源稀缺的发达国家和发展中国家，从而改善这些地方的患者护理和更好的结果。”

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