Настоящий

Природная биотехнология (2023 г.)Процитировать эту статью

8163 Доступа

2 цитаты

183 Альтметрика

Подробности о метриках

Акустическая визуализация ионизирующего излучения (iRAI) позволяет онлайн-мониторинг взаимодействия радиации с тканями во время лучевой терапии, обеспечивая адаптивную обратную связь в режиме реального времени для лечения рака. Мы описываем систему объемной визуализации iRAI, которая позволяет отображать трехмерное (3D) распределение дозы радиации при комплексном клиническом лучевом лечении. Метод основан на использовании двумерного матричного преобразователя и соответствующей платы многоканального предусилителя. Возможность получения временной трехмерной визуализации накопления дозы была впервые подтверждена на фантоме, имитирующем ткань. Затем полуколичественные измерения относительной дозы iRAI были проверены in vivo на модели кролика. Наконец, с помощью клинического линейного ускорителя была выполнена визуализация в реальном времени трехмерной дозы радиации, полученной пациентом с метастазами в печени. Эти исследования демонстрируют потенциал iRAI для мониторинга и количественной оценки трехмерного распределения дозы радиации во время лечения, что потенциально повышает эффективность лучевой терапии с использованием адаптивного лечения в реальном времени.

Было показано, что лучевая терапия (ЛТ) улучшает исходы у пациентов с раком и обеспечивает паллиативность связанных с ним симптомов1. Успешная ЛТ зависит от доставки намеченной достаточной дозы радиации к опухоли, сохраняя при этом окружающие нормальные ткани2. Достижение такого желаемого терапевтического соотношения, то есть максимального контроля над опухолью при минимизации токсичности, требует точного введения запланированной дозы облучения3,4.

Для повышения эффективности лучевой терапии в последние десятилетия были предложены и разработаны передовые технологии доставки под визуальным контролем5,6. Такие технологии, как RT с модулированной интенсивностью и дуговая RT с объемной модуляцией, могут компенсировать некоторые ограничения, связанные с трехмерной (3D) конформной RT7,8; однако нацеливание на движущиеся поражения остается сложной задачей. Несколько исследований выявили расхождения между запланированной и проведенной лучевой терапией и ее влияние на контроль опухоли9. Эти различия усугубляются ошибками настройки, движением органов, а также анатомическими деформациями10,11, которые могут заметно изменить предполагаемые дозы, доставляемые в мишень или соседние нормальные ткани в ходе лечения12,13,14. В настоящее время общепринятой практикой создания целевого объема планирования (PTV) является расширение клинического целевого объема с пространственным запасом, позволяющим учесть неопределенности настройки и деформации органов15. Более того, повышение дозы при многих заболеваниях ограничивается радиочувствительностью соседних нормальных тканей16,17. В случае пациентов с раком печени предыдущее исследование показало, что уменьшение границ движения органов может снизить эффективный объем лечения до 5% (что приводит к снижению риска осложнений на 4,5%), что позволит увеличить дозу радиации на 6–8 Гр, что приводит к улучшению контроля опухоли примерно на 6–7% (ссылка 18).

Чтобы смягчить проблемы с движением целевой и нормальной ткани, необходимы технологии, способные отслеживать местоположение опухоли и картировать доставленную дозу во время лечения. Суррогаты движения, такие как контрольные точки19 или активная задержка дыхания со спирометрией, иногда используются для дыхательного контроля20. Кроме того, использовались несколько бортовых технологий RT с наведением по изображению (IGRT)21,22, в том числе электронное портальное устройство визуализации23,24, киловольтная флюороскопическая визуализация и кило- или мегавольтная конусно-лучевая компьютерная томография (КТ) (КЛКТ). Однако ни одна из этих технологий не может предоставить информацию о трехмерном осаждении дозы в реальном времени. Были также изучены более безопасные неионизирующие технологии, такие как ультразвуковая визуализация25 и системы на основе наземных камер, которые подвержены тонким источникам ошибок и изменчивости между пользователями. Чтобы лучше разрешать дискриминацию тканей с помощью визуализации в реальном времени, для клинического использования были внедрены интегрированные технологии, такие как линейные ускорители КТ (LINAC), LINAC для магнитно-резонансной томографии (MRI-) и LINAC для позитронно-эмиссионной томографии26, но КТ, МРТ или LINAC Позитронно-эмиссионная томография не может контролировать ни местоположение луча рентгеновского излучения, ни осаждение дозы в нормальных тканях или мишени. В настоящее время наведение по изображениям с контролем обратной связи по доставленной дозе остается по своей сути ограниченным27. С другой стороны, существует большое разнообразие устройств для измерения клинических доз (например, диоды, термо/оптические стимулированные дозиметры, металлооксидно-полупроводниковые полевые транзисторы, пластиковые сцинтилляторы, электронные портальные устройства визуализации, гели и пленки). Однако эти устройства в основном ограничиваются точечными измерениями на внешней поверхности пациента и не являются объемными, не работают в режиме реального времени, а некоторые из них зависят от мощности дозы или энергии28. Детекторы нового поколения можно использовать in vivo, но они не дают необходимой подробной анатомической информации29,30,31. Таким образом, существует давняя клиническая потребность в более эффективных технологиях визуализации, способных осуществлять объемный мониторинг доставки дозы in vivo в режиме реального времени во время лучевой терапии для получения рекомендаций по обратной связи.