211service.com
Stralingstherapie voor bewegende doelen
Normaal weefsel komt vaak in het kruisvuur terecht tijdens bestralingstherapie. Schade wordt veroorzaakt door de hoogenergetische stralingsbundels die worden gebruikt om tumorweefsel te doden, vooral wanneer de ademhaling van de patiënt ervoor zorgt dat de tumor verschuift.
Vreemd stel: Een prototype apparaat combineert een magnetische resonantie beeldvormer met een lineaire versneller, twee technologieën die normaal met elkaar interfereren. De blauwe cilinders die tegenover elkaar staan, zijn de beeldmagneten. De metalen cirkel die links op de achterkant zichtbaar is, is een magnetisch en stralingsschild dat de golfgeleider van het gaspedaal beschermt.
Om de positie van een tumor in realtime beter te kunnen volgen en de straling dienovereenkomstig aan te passen, hebben onderzoekers van de Universiteit van Alberta in Canada een lineaire versneller gecombineerd met een magnetische resonantie-imager. Vandaag in Anaheim, CA, bij de jaarlijkse bijeenkomst van de American Association of Physicists in Medicine, zullen onderzoekers bewijzen dat een apparaat dat deze technologieën combineert, een bewegend doelwit nauwkeurig kan volgen en bestralen.
Bestralingstherapie maakt gebruik van hoogenergetische röntgenstralen van een medische lineaire versneller om tumorweefsel te beschadigen en bijna elk type kanker te behandelen. In de Verenigde Staten krijgt de helft van alle kankerpatiënten deze vorm van behandeling, waarvoor doorgaans 10 tot 15 sessies van ongeveer 15 tot 30 minuten nodig zijn. Om ervoor te zorgen dat de hele tumor wordt bestraald, moeten artsen een marge van gezond weefsel eromheen bestralen, wat leidt tot bijwerkingen zoals misselijkheid, pijn en beschadiging van het huidweefsel. Tussen de sessies door regenereert het gezonde weefsel, maar de tumor niet. Een manier om de bijwerkingen te minimaliseren, is door de stralingsdosis te verlagen en het aantal sessies te verhogen, soms tot wel 35.
We willen de marges verkleinen en de stralingsdosis verhogen, om de tumor beter onder controle te krijgen zonder bijwerkingen, zegt Gino Fallone , directeur van de afdeling medische fysica van de afdeling oncologie van de Universiteit van Alberta.
Een andere uitdaging wordt gevormd door tumorbeweging tijdens de behandeling. Tumoren in de longen en vooral de prostaat kunnen tijdens de behandeling ongeveer twee centimeter verschuiven. De huidige radiotherapie lost deze uitdaging op door de stralingsbron te combineren met een computertomografie (CT)-scan. Dit helpt artsen de schade aan gezond weefsel te verminderen, maar CT-scans zijn niet erg goed in het tonen van zacht tumorweefsel en ze zijn te traag om tumorbeweging in realtime te volgen. De groep van Fallone heeft zich tot magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) gewend, die scherpe beelden geeft van zachte weefsels zoals tumoren, in de hoop het beter te doen.
Tot nu toe was het niet mogelijk om MRI te gebruiken om radiotherapie te begeleiden. Dit komt omdat MRI-machines en de lineaire versnellers die röntgenstraling met hoge energie leveren voor radiotherapie, met elkaar interfereren. MRI gebruikt een sterke magneet en pulsen van radiofrequentiegolven om een signaal van protonen in de watermoleculen in zachte weefsels in het lichaam op te wekken en te lezen. Medische lineaire versnellers gebruiken ook radiofrequentiepulsen, in hun geval om elektronen door een golfgeleider naar een metalen doelwit te versnellen. Wanneer de elektronen het doelwit raken, komen er hoogenergetische röntgenstralen uit de andere kant; deze röntgenfoto's worden dan gericht op tumorweefsel. Als deze twee machines zich in dezelfde kamer bevinden, interfereert het magnetische veld van de MRI met de golfgeleider, waardoor de elektronen niet worden versneld, en interfereren de radiofrequentiepulsen van de lineaire versneller met het magnetische veld van de imager, waardoor de beeldkwaliteit achteruitgaat.
Om de technologieën te combineren, moesten de onderzoekers van Alberta beide componenten opnieuw ontwerpen. De hele machine is anders ontworpen, zegt Fallone. Er wordt een speciale afscherming toegepast. En in plaats van een sterk magnetisch veld te gebruiken dat wordt gegenereerd door supergeleidende draadspoelen, zoals bij klinische MRI, gebruikt de machine een zwakke permanente magneet. De zwakke magneet interfereert veel minder met het gaspedaal en is kleiner en goedkoper in gebruik. In december publiceerde de groep van Fallone de resultaten van beeldvormende onderzoeken die aantoonden dat het mogelijk was om MRI-beelden te genereren terwijl de lineaire versneller zonder interferentie werd gebruikt.
De zwakke magneet legt echter een andere uitdaging op: de beeldkwaliteit is veel lager. Daarom werken onderzoekers van Stanford University aan computationele methoden om de benodigde informatie uit deze afbeeldingen met een lagere resolutie te halen. Diagnostische MRI vereist een zeer hoge beeldkwaliteit, maar voor radiotherapie hoef je de tumor niet tot in de kleinste details te zien, zegt Amit Sawant , een instructeur in stralingsoncologie aan de Stanford School of Medicine. U kunt het zich veroorloven om het [beeld]signaal te verliezen en toch voldoende informatie te krijgen om te weten wanneer de tumor beweegt. Wat belangrijk is om te zien tijdens radiotherapie, zegt Fallone, zijn de randen van de tumor.
Fallone en Sawant zullen op de conferentie in Anaheim de eerste resultaten presenteren van beeldvolgonderzoeken die zijn uitgevoerd met het prototype gecombineerde apparaat. De groep van Sawant zal beeldvormingssoftware beschrijven waarmee de machine vijf tweedimensionale MRI-beelden per seconde kan maken, veel sneller dan conventionele MRI. De Stanford-onderzoekers verhoogden de beeldsnelheid door het beeldgebied te verkleinen en een techniek te gebruiken die compressieve detectie wordt genoemd. Wanneer afbeeldingen worden opgeslagen, wordt ongeveer 90 procent van de gegevens weggegooid; met behulp van compressieve detectie is het in de eerste plaats mogelijk om alleen de belangrijkste 10 procent van de afbeeldingsgegevens te verwerven.
Fallone zal resultaten presenteren die aantonen dat dergelijke realtime begeleiding kan worden gebruikt om de röntgenstraal van het prototype-apparaat om te leiden. Tot nu toe was alleen CT beschikbaar voor beeldgeleiding, zegt Bhadrasain Vikram , hoofd van de afdeling klinische stralingsoncologie van het stralingsonderzoeksprogramma van het National Cancer Institute. Het is opwindend dat [MRI] beschikbaar komt om te vragen of het meer accurate informatie kan geven. Betere begeleiding voor radiotherapie, zegt Vikram, zou de behandelingen kunnen versnellen of zelfs sommige kankers kunnen genezen die je vandaag niet kunt genezen.
Maar voordat het systeem op patiënten kan worden getest, waarschuwen de onderzoekers dat het beeldacquisitieproces nog meer moet worden versneld, zodat het mogelijk is om 3D-beelden te maken. Het apparaat zal ook op dieren moeten worden getest. Fallone schat dat menselijke tests nog minstens vijf jaar duren.