211service.com
Strålbehandling för rörliga mål
Normal vävnad fastnar ofta i korselden under strålbehandling. Skador orsakas av de högenergistrålar som används för att döda tumörvävnad – särskilt när patientens andning får tumören att förskjutas.
Udda par: En prototypenhet kombinerar en magnetisk resonansavbildare med en linjäraccelerator, två tekniker som vanligtvis stör varandra. De blå cylindrarna som är vända mot varandra är bildmagneterna. Metallcirkeln som syns till vänster på baksidan är en magnetisk och strålningssköld som skyddar acceleratorns vågledare.
För att bättre spåra en tumörs position i realtid och justera strålningen därefter, har forskare vid University of Alberta i Kanada kombinerat en linjär accelerator med en magnetisk resonansbildare. Idag i Anaheim, CA, kl årligt möte från American Association of Physicists in Medicine kommer forskare att presentera bevis för att en enhet som kombinerar dessa teknologier exakt kan spåra och bestråla ett rörligt mål.
Strålbehandling använder högenergiröntgen från en medicinsk linjär accelerator för att skada tumörvävnad och behandla nästan alla typer av cancer. I USA får hälften av alla patienter med cancer denna form av behandling, som vanligtvis kräver 10 till 15 sessioner som varar från cirka 15 till 30 minuter vardera. För att säkerställa att hela tumören bestrålas måste läkare bestråla en marginal av frisk vävnad runt den, vilket leder till biverkningar inklusive illamående, smärta och hudvävnadsskador. Mellan sessionerna regenereras den friska vävnaden, men tumören gör det inte. Ett sätt att minimera biverkningarna är att sänka stråldosen och öka antalet sessioner, ibland till så många som 35.
Vi skulle vilja minska marginalerna och öka stråldosen, för att kontrollera tumören bättre utan biverkningar, säger Gino Fallone , chef för den medicinska fysikavdelningen vid University of Alberta Department of oncology.
En annan utmaning är tumörrörelsen under behandlingen. Särskilt tumörer i lungorna och prostatan kan röra sig med cirka två centimeter under behandlingen. Nuvarande strålbehandling hanterar denna utmaning genom att kombinera strålkällan med en datortomografi (CT) scan. Detta hjälper läkare att minska skador på frisk vävnad, men CT-skanningar är inte särskilt bra på att visa mjuk tumörvävnad, och de är för långsamma för att spåra tumörrörelser i realtid. Fallones grupp har vänt sig till magnetisk resonanstomografi (MRI), som ger skarpa bilder av mjukvävnader som tumörer, i hopp om att bli bättre.
Hittills har det inte varit möjligt att använda MRT för att styra strålbehandling. Detta beror på att MRI-maskiner och linjäracceleratorerna som levererar högenergiröntgenstrålar för strålbehandling interfererar med varandra. MRT använder en stark magnet och pulser av radiofrekventa vågor för att excitera och läsa av en signal från protoner i vattenmolekylerna inuti mjuka vävnader i kroppen. Medicinska linjäracceleratorer använder också radiofrekventa pulser, i deras fall för att accelerera elektroner genom en vågledare mot ett metallmål. När elektronerna träffar målet kommer högenergiröntgenstrålar ut på andra sidan; dessa röntgenstrålar riktas sedan mot tumörvävnad. Om dessa två maskiner är i samma rum stör magnetfältet från MRI vågledaren, vilket förhindrar att elektronerna accelereras, och radiofrekvenspulserna från linjäracceleratorn stör avbildarens magnetfält, vilket försämrar bildkvaliteten.
För att kombinera teknologierna var Alberta-forskarna tvungna att omkonstruera båda komponenterna. Hela maskinen är designad annorlunda, säger Fallone. Särskild skärmning används. Och istället för att använda ett höghållfast magnetfält som genereras av supraledande trådspolar, som vid klinisk MRI, använder maskinen en svag permanentmagnet. Den svaga magneten stör gaspedalen mycket mindre och är mindre och billigare att använda. I december publicerade Fallones grupp resultaten av avbildningsstudier som visade att det var möjligt att generera MRI-bilder medan man körde linjäracceleratorn utan störningar.
Den svaga magneten innebär dock en annan utmaning: bildkvaliteten är mycket lägre. Så forskare vid Stanford University arbetar med beräkningsmetoder för att få den nödvändiga informationen från dessa bilder med lägre upplösning. Diagnostisk MRT kräver en mycket hög bildkvalitet, men för strålbehandling behöver du inte se tumören i utsökt detalj, säger Amit Sawant , en instruktör i strålningsonkologi vid Stanford School of Medicine. Du har råd att tappa [bild]-signalen och ändå få tillräckligt med information för att veta när tumören rör sig. Det som är viktigt att se under strålbehandling, säger Fallone, är kanterna på tumören.
Fallone och Sawant kommer att presentera de första resultaten av bildspårningsstudier gjorda med den kombinerade prototypen vid konferensen i Anaheim. Sawants grupp kommer att beskriva bildbehandlingsprogram som gör att maskinen kan ta fem tvådimensionella MRI-bilder per sekund – mycket snabbare än konventionell MRI. Stanford-forskarna ökade avbildningshastigheten genom att minska bildytan och använda en teknik som kallas kompressionsavkänning. När bilder lagras slängs cirka 90 procent av datan ut; med hjälp av kompressionsavkänning är det möjligt att först få tag på de viktigaste 10 procenten av bilddata.
Fallone kommer att presentera resultat som visar att sådan realtidsvägledning kan användas för att omdirigera prototypenhetens röntgenstråle. Hittills har endast CT varit tillgängligt för bildvägledning, säger Bhadrasain Vikram , chef för den kliniska strålningsonkologiska grenen av National Cancer Institutes strålningsforskningsprogram. Det är spännande att [MRT] blir tillgänglig för att börja fråga om det kan ge mer korrekt information. Bättre vägledning för strålbehandling, säger Vikram, kan påskynda behandlingarna eller till och med bota vissa cancerformer som du inte kan bota idag.
Men innan systemet kan testas på patienter, varnar forskarna för att bildinsamlingsprocessen måste påskyndas ännu mer, så att det är möjligt att göra 3D-bilder. Enheten måste också testas på djur. Fallone uppskattar att mänskliga tester är minst fem år bort.