Ένα βήμα πιο κοντά στην απεικόνιση μαγνητικής τομογραφίας σε πραγματικό χρόνο στη θεραπεία πρωτονίων

Η θεραπεία με πρωτονία είναι μια προηγμένη τεχνική θεραπείας του καρκίνου που παρέχει εξαιρετικά στοχευμένη δόση στον όγκο, ενώ εξοικονομεί τον περιβάλλοντα φυσιολογικό ιστό, η οποία ενεργοποιείται από το πεπερασμένο εύρος της δέσμης πρωτονίων. Αυτή η στόχευση ακριβείας, ωστόσο, διακυβεύεται από την κίνηση του όγκου ή τις ανατομικές αλλαγές κατά τη διάρκεια μιας πορείας θεραπείας. Η απουσία γρήγορων εργαλείων απεικόνισης για τον εντοπισμό κινούμενων στόχων κατά τη χορήγηση δόσης αποτελεί θεμελιώδες εμπόδιο για την αξιοποίηση του πλήρους δυναμικού της θεραπείας με πρωτόνια.

Η απεικόνιση σε πραγματικό χρόνο κατά την παράδοση της θεραπείας θα μπορούσε να απεικονίσει τον όγκο και να συγχρονίσει τη δέσμη πρωτονίων με την κίνησή του. Η μαγνητική τομογραφία, η οποία έχει πρόσφατα ενσωματωθεί σε συμβατικά συστήματα ακτινοθεραπείας με βάση τα φωτόνια, θα μπορούσε να παρέχει απεικόνιση μαλακών ιστών υψηλής ανάλυσης, υψηλής αντίθεσης, χωρίς να εναποτίθεται πρόσθετη δόση ιονισμού στον ασθενή. Αλλά η λειτουργία ενός σαρωτή μαγνητικής τομογραφίας σε συνδυασμό με μια δέσμη πρωτονίων είναι μια σημαντική τεχνολογική πρόκληση που, για μεγάλο χρονικό διάστημα, πολλοί θεωρούσαν αδύνατη.

Άσουιν Χόφμαν από το HZDR Ινστιτούτο Ραδιοογκολογίας – OncoRay στη Δρέσδη σκέφτηκε διαφορετικά. Ο Χόφμαν και οι συνάδελφοί του εργάζονται εδώ και αρκετά χρόνια για να ενσωμάτωση της μαγνητικής τομογραφίας με θεραπεία πρωτονίων. Τώρα, η ομάδα σχεδιάζει να κατασκευάσει το πρώτο στον κόσμο πρωτότυπο σύστημα θεραπείας πρωτονίων για ολόκληρο το σώμα που μπορεί να παρακολουθεί κινούμενους όγκους με μαγνητική τομογραφία, σε πραγματικό χρόνο, κατά τη χορήγηση δόσης από μια ενεργά σαρωμένη δέσμη μολυβιού πρωτονίου.

Η κύρια πρόκληση κατά την ενσωμάτωση της μαγνητικής τομογραφίας σε ένα σύστημα θεραπείας πρωτονίων είναι ότι οι σαρωτές μαγνητικής τομογραφίας χρειάζονται επακριβώς καθορισμένα μαγνητικά πεδία για τη δημιουργία γεωμετρικά ακριβών εικόνων, ενώ τα συστήματα θεραπείας πρωτονίων χρησιμοποιούν ηλεκτρομαγνητικά πεδία για τη δημιουργία, τη μεταφορά και την παράδοση της δέσμης πρωτονίων. Η παρεμβολή μεταξύ αυτών των πεδίων θα μπορούσε να παραμορφώσει την εικόνα MR και να επηρεάσει την κατανομή της χορηγούμενης δόσης πρωτονίου. Ο Χόφμαν και η ομάδα του έδειξαν ότι είναι τεχνικά δυνατός ο συνδυασμός και των δύο συστημάτων και ότι αυτά τα φαινόμενα παρεμβολής μπορούν να προβλεφθούν και επομένως να αντισταθμιστούν. Επίσης πρόσφατα απέδειξαν ότι το Το εύρος δέσμης πρωτονίων μπορεί να οπτικοποιηθεί με διαδικτυακή μαγνητική τομογραφία.

Το πρωτότυπο σύστημα θα ενσωματώνει έναν περιστρεφόμενο ανοιχτό σαρωτή μαγνητικής τομογραφίας 0.5 T που παράγεται από ASG Superconductors, το οποίο χρησιμοποιεί έναν υπεραγώγιμο μαγνήτη διβοριδίου του μαγνησίου χωρίς ήλιο. Ο σαρωτής μαγνητικής τομογραφίας έχει προσαρμοστεί για να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις της θεραπείας με καθοδήγηση μαγνητικής τομογραφίας σε πραγματικό χρόνο από Ογκολογικές λύσεις MagnetTx, ένα απόσπασμα των Υπηρεσιών Υγείας της Αλμπέρτα Ομάδα LINAC-MR που ανέπτυξε το Aurora RT Σύστημα ακτινοθεραπείας καθοδηγούμενο με μαγνητική τομογραφία. Οι μηχανικοί στο MagnetTx αναπτύσσουν επίσης μια γέφυρα για την περιστροφή του σαρωτή, καθώς και μεθόδους επεξεργασίας εικόνας για την αυτόματη παρακολούθηση του όγκου σε πραγματικό χρόνο.

Το καλοκαίρι του 2022, η ομάδα σχεδιάζει να ενσωματώσει το σύστημα μαγνητικής τομογραφίας σε μια κλινικής ποιότητας, ενεργά σαρωμένη γραμμή δέσμης πρωτονίων στο OncoRay.

Ο σχεδιασμός του νέου συστήματος θεραπείας πρωτονίων βασίζεται στο υπερσύγχρονο Aurora RT. «Καθώς το Aurora RT έχει βελτιστοποιηθεί για κατευθυνόμενη με εικόνα επεξεργασία ακτινοβολίας, το πρωτότυπο σύστημα μας θα αξιοποιήσει τα μοναδικά χαρακτηριστικά του για να παρέχει καθοδήγηση εικόνας σε πραγματικό χρόνο για θεραπεία με δέσμες πρωτονίων υψηλής ακρίβειας», λέει ο Hoffmann. Κόσμος Φυσικής. «Το όραμά μας είναι όχι μόνο να το χρησιμοποιήσουμε κλινικά για θεραπείες καρκίνου υψηλής ακρίβειας, αλλά και για άλλες παθολογίες που μπορούν να στοχευθούν μη επεμβατικά με υψηλότερη ακρίβεια συγκρίσιμη με τις χειρουργικές επεμβάσεις».

Ο μαγνητικός τομογράφος θα επιτρέψει την απεικόνιση οργάνων στον θώρακα, την κοιλιά και τη λεκάνη σε πραγματικό χρόνο, με υψηλή αντίθεση. Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι ότι ο σαρωτής μπορεί να περιστραφεί γύρω από τον ασθενή σε σχέση με τη δέσμη πρωτονίων. Αυτό θα επιτρέψει στην ομάδα να μελετήσει τις δοσιμετρικές και βιολογικές επιδράσεις της δέσμης των μαγνητικών πεδίων MRI τόσο κάθετων όσο και παράλληλων στη δέσμη πρωτονίων.

Θεραπεία πρωτονίων καθοδηγούμενη από MR: ενημέρωση κατάστασης

«Η θεραπεία πρωτονίων με ενσωματωμένη μαγνητική τομογραφία θα έχει την ικανότητα να καταγράφει ανατομικές αλλαγές κατά τη διάρκεια της θεραπείας και να επιτρέπει προσαρμογές στη θεραπεία για να αυξηθεί η ακρίβεια στόχευσης και να μειωθούν οι παρενέργειες του φυσιολογικού ιστού», εξηγεί ο Hoffmann. «Το κύριο όφελος αναμένεται για τη θεραπεία όγκων που παρουσιάζουν κίνηση κατά την ακτινοβόληση, όπως οι καρκίνοι του ήπατος, του παγκρέατος, του οισοφάγου, των νεφρών, των επινεφριδίων και του τραχήλου της μήτρας».

«Χάρη στη συνεργασία με διεθνείς βιομηχανικούς εταίρους, η ομάδα μου και εγώ είμαστε ένα μεγάλο βήμα πιο κοντά στον στόχο μας να φέρουμε σημαντική καινοτομία στο πεδίο, ειδικά στη θεραπεία πρωτονίων με καθοδήγηση εικόνας σε πραγματικό χρόνο», προσθέτει.