Een stap dichter bij real-time MR-beeldvorming in protonentherapie

Protontherapie is een geavanceerde behandelingstechniek voor kanker die een zeer gerichte dosis aan de tumor toedient terwijl het omliggende normale weefsel wordt gespaard, mogelijk gemaakt door het eindige bereik van de protonenbundel. Deze nauwkeurige targeting wordt echter belemmerd door beweging van de tumor of anatomische veranderingen gedurende de behandelingskuur. De afwezigheid van snelle beeldvormingshulpmiddelen om bewegende doelen tijdens dosistoediening te lokaliseren is een fundamentele barrière voor het benutten van het volledige potentieel van protontherapie.

Real-time beeldvorming tijdens de behandeling zou de tumor kunnen visualiseren en de protonenbundel kunnen synchroniseren met zijn beweging. MRI, die onlangs is geïntegreerd in conventionele op fotonen gebaseerde radiotherapiesystemen, zou beeldvorming van zacht weefsel met hoge resolutie en hoog contrast kunnen opleveren, zonder dat er een extra ioniserende dosis in de patiënt wordt afgezet. Maar het bedienen van een MRI-scanner in combinatie met een protonenbundel is een grote technologische uitdaging die velen lange tijd voor onmogelijk hielden.

Aswin Hofmann van het HZDR Instituut voor Radio-oncologie – OncoRay in Dresden dacht daar anders over. Hoffmann en zijn collega's zijn er al enkele jaren mee bezig MRI integreren met protonentherapie. Nu is het team van plan om 's werelds eerste protontherapiesysteem voor het hele lichaam te bouwen dat bewegende tumoren met MRI in realtime kan volgen tijdens dosistoediening vanuit een actief gescande protonenbundel.

De grootste uitdaging bij het integreren van MRI in een protontherapiesysteem is dat MRI-scanners nauwkeurig gedefinieerde magnetische velden nodig hebben om geometrisch nauwkeurige beelden te creëren, terwijl protontherapiesystemen elektromagnetische velden gebruiken om de protonenbundel te genereren, transporteren en af ​​te leveren. Interferentie tussen deze velden zou het MR-beeld kunnen vervormen en de afgegeven protondosisverdeling kunnen beïnvloeden. Hoffmann en zijn team lieten zien dat het technisch mogelijk is om beide systemen te combineren, en dat deze interferentie-effecten kunnen worden geanticipeerd en dus gecompenseerd. Ze hebben onlangs ook aangetoond dat de Het bereik van de protonenbundel kan worden gevisualiseerd met online MRI.

Het prototypesysteem zal een roterende open MRI-scanner van 0.5 T bevatten, geproduceerd door ASG-supergeleiders, dat gebruik maakt van een heliumvrije, supergeleidende magnesiumdiboridemagneet. De MRI-scanner is aangepast om te voldoen aan de eisen van real-time MRI-geleide therapie MagnetTx Oncologieoplossingen, een spin-off van de Alberta Health Services LINAC-MR-groep dat ontwikkelde de Aurora RT MR-geleid radiotherapiesysteem. Ingenieurs bij MagnetTx ontwikkelen ook een portaal om de scanner te roteren, evenals beeldverwerkingsmethoden om de tumor automatisch in realtime te volgen.

In de zomer van 2022 is het team van plan om het MRI-systeem op te nemen in een klinische, actief gescande protonenbundellijn bij OncoRay.

Het ontwerp van het nieuwe protontherapiesysteem is gebaseerd op de state-of-the-art Aurora RT. “Aangezien de Aurora RT is geoptimaliseerd voor beeldgeleide stralingsbehandeling, zal ons prototypesysteem zijn unieke kenmerken benutten om real-time beeldgeleiding te bieden voor behandeling met zeer nauwkeurige protonenbundels”, vertelt Hoffmann. Natuurkunde wereld. “Onze visie is om het niet alleen klinisch te gebruiken voor uiterst nauwkeurige kankerbehandelingen, maar ook voor andere pathologieën die niet-invasief kunnen worden aangepakt met de hoogste precisie die vergelijkbaar is met chirurgische procedures.”

De MRI-scanner maakt real-time, contrastrijke beeldvorming van organen in de thorax, buik en bekken mogelijk. Een ander voordeel is dat de scanner ten opzichte van de protonenbundel om de patiënt heen kan worden gedraaid. Dit zal het team in staat stellen dosimetrische en biologische straaleffecten van MRI-magnetische velden zowel loodrecht als evenwijdig aan de protonenbundel te bestuderen.

MR-geleide protonentherapie: een statusupdate

“MR-geïntegreerde protonentherapie zal het vermogen hebben om anatomische veranderingen tijdens de therapie vast te leggen en behandelingsaanpassingen mogelijk te maken om de richtprecisie te vergroten en bijwerkingen op normaal weefsel te verminderen”, legt Hoffmann uit. “Het belangrijkste voordeel wordt verwacht voor de behandeling van tumoren die beweging vertonen tijdens bestraling, zoals lever-, pancreas-, slokdarm-, nier-, bijnier- en baarmoederhalskanker.”

“Dankzij de samenwerking met internationale industriële partners zijn mijn team en ik een grote stap dichter bij ons doel om belangrijke innovatie in het veld te brengen, vooral op het gebied van real-time beeldgestuurde protonentherapie”, voegt hij eraan toe.