Stråleterapi for bevægelige mål

Normalt væv bliver ofte fanget i krydsilden under strålebehandling. Skader er forårsaget af de højenergistråler af stråling, der bruges til at dræbe tumorvæv - især når patientens vejrtrækning får tumoren til at skifte.





Ulige par: En prototypeenhed kombinerer en magnetisk resonansbilledkamera med en lineær accelerator, to teknologier, der normalt interfererer med hinanden. De blå cylindre, der vender mod hinanden, er billedmagneterne. Metalcirklen, der er synlig til venstre på bagsiden, er et magnetisk og strålingsskjold, der beskytter acceleratorens bølgeleder.

For bedre at spore en tumors position i realtid og justere strålingen i overensstemmelse hermed, har forskere ved University of Alberta i Canada kombineret en lineær accelerator med en magnetisk resonansbilledkamera. I dag i Anaheim, CA, kl årligt møde fra American Association of Physicists in Medicine, vil forskere fremlægge bevis for, at en enhed, der kombinerer disse teknologier, nøjagtigt kan spore og bestråle et bevægende mål.

Strålebehandling bruger højenergi røntgenstråler fra en medicinsk lineær accelerator til at beskadige tumorvæv og behandle næsten alle typer kræft. I USA modtager halvdelen af ​​alle patienter med kræft denne form for behandling, som typisk kræver 10 til 15 sessioner, der varer fra omkring 15 til 30 minutter hver. For at sikre, at hele tumoren er bestrålet, skal læger bestråle en margin af sundt væv omkring den, hvilket fører til bivirkninger, herunder kvalme, smerte og hudvævsskade. Mellem sessionerne regenererer det sunde væv, men det gør tumoren ikke. En måde at minimere bivirkningerne på er at sænke strålingsdosis og øge antallet af sessioner, nogle gange til så mange som 35.



Vi vil gerne reducere marginalerne og øge stråledosis for bedre at kontrollere tumoren uden bivirkninger, siger Gino Fallone , direktør for afdelingen for medicinsk fysik ved University of Alberta afdeling for onkologi.

En anden udfordring er tumorbevægelse under behandlingen. Tumorer i lungerne og især prostata kan bevæge sig omkring to centimeter under behandlingen. Nuværende strålebehandling håndterer denne udfordring ved at kombinere strålekilden med en computertomografi (CT) scanning. Dette hjælper læger med at reducere skader på sundt væv, men CT-scanninger er ikke særlig gode til at vise blødt tumorvæv, og de er for langsomme til at spore tumorbevægelser i realtid. Fallones gruppe har vendt sig til magnetisk resonansbilleddannelse (MRI), som giver skarpe billeder af blødt væv, såsom tumorer, i håb om at klare sig bedre.

Indtil nu har det ikke været muligt at bruge MR til at vejlede strålebehandling. Dette skyldes, at MR-maskiner og de lineære acceleratorer, der leverer højenergi-røntgenstråler til strålebehandling, interfererer med hinanden. MR bruger en stærk magnet og pulser af radiofrekvente bølger til at excitere og aflæse et signal fra protoner i vandmolekylerne inde i blødt væv i kroppen. Medicinske lineære acceleratorer bruger også radiofrekvente impulser, i deres tilfælde for at accelerere elektroner gennem en bølgeleder mod et metalmål. Når elektronerne rammer målet, kommer højenergirøntgenstråler ud på den anden side; disse røntgenbilleder er derefter rettet mod tumorvæv. Hvis disse to maskiner er i samme rum, interfererer magnetfeltet fra MRI med bølgelederen, hvilket forhindrer elektronerne i at blive accelereret, og radiofrekvensimpulserne fra den lineære accelerator interfererer med billedkameraets magnetfelt, hvilket forringer billedkvaliteten.



For at kombinere teknologierne var Alberta-forskerne nødt til at omkonstruere begge komponenter. Hele maskinen er designet anderledes, siger Fallone. Der anvendes en særlig afskærmning. Og i stedet for at bruge et magnetfelt med høj styrke genereret af superledende trådspoler, som ved klinisk MR, bruger maskinen en svag permanent magnet. Den svage magnet interfererer meget mindre med speederen og er mindre og billigere at betjene. I december offentliggjorde Fallones gruppe resultaterne af billeddannelsesundersøgelser, der viste, at det var muligt at generere MRI-billeder, mens man kører den lineære accelerator uden interferens.

Den svage magnet giver dog en anden udfordring: billedkvaliteten er meget lavere. Så forskere ved Stanford University arbejder på beregningsmetoder til at få den nødvendige information fra disse billeder med lavere opløsning. Diagnostisk MR kræver en meget høj billedkvalitet, men til strålebehandling behøver du ikke se tumoren i udsøgte detaljer, siger Amit Sawant , en instruktør i strålingsonkologi ved Stanford School of Medicine. Du har råd til at miste [image]-signalet og stadig få nok information til at vide, hvornår tumoren bevæger sig. Det, der er vigtigt at se under strålebehandling, siger Fallone, er kanterne af tumoren.

Fallone og Sawant vil præsentere de første resultater af billedsporingsundersøgelser udført med den kombinerede prototypeenhed på konferencen i Anaheim. Sawants gruppe vil beskrive billedbehandlingssoftware, der gør det muligt for maskinen at tage fem todimensionelle MR-billeder i sekundet - meget hurtigere end konventionel MR. Stanford-forskerne øgede billeddannelseshastigheden ved at formindske billeddannelsesområdet og bruge en teknik kaldet kompressiv sensing. Når billeder gemmes, bliver omkring 90 procent af dataene smidt ud; ved hjælp af kompressiv sensing er det muligt kun at erhverve de vigtigste 10 procent af billeddataene i første omgang.



Fallone vil præsentere resultater, der viser, at en sådan vejledning i realtid kan bruges til at omdirigere prototypeenhedens røntgenstråle. Hidtil har kun CT været tilgængelig for billedvejledning, siger Bhadrasain Vikram , chef for den kliniske strålingsonkologiske afdeling af National Cancer Institute's Radiation Research Program. Det er spændende, at [MRI] bliver tilgængelig for at begynde at spørge, om det kan give mere præcis information. Bedre vejledning til strålebehandling, siger Vikram, kan fremskynde behandlingerne eller endda helbrede nogle kræftformer, du ikke kan helbrede i dag.

Men før systemet kan testes på patienter, advarer forskerne om, at billedopsamlingsprocessen skal fremskyndes endnu mere, så det er muligt at lave 3D-billeder. Enheden skal også testes på dyr. Fallone anslår, at menneskelige tests er mindst fem år væk.

skjule