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Radioterapia per bersagli mobili
Il tessuto normale viene spesso catturato nel fuoco incrociato durante la radioterapia. Il danno è causato dai raggi di radiazioni ad alta energia utilizzati per uccidere il tessuto tumorale, in particolare quando la respirazione del paziente provoca lo spostamento del tumore.
strana coppia: Un prototipo di dispositivo combina un imager a risonanza magnetica con un acceleratore lineare, due tecnologie che normalmente interferiscono l'una con l'altra. I cilindri blu uno di fronte all'altro sono i magneti di imaging. Il cerchio metallico visibile a sinistra sul retro è uno scudo magnetico e contro le radiazioni che protegge la guida d'onda dell'acceleratore.
Per tracciare meglio la posizione di un tumore in tempo reale e regolare la radiazione di conseguenza, i ricercatori dell'Università dell'Alberta in Canada hanno combinato un acceleratore lineare con una risonanza magnetica. Oggi ad Anaheim, in California, presso il incontro annuale dell'American Association of Physicists in Medicine, i ricercatori presenteranno le prove che un dispositivo che combina queste tecnologie può tracciare e irradiare con precisione un bersaglio in movimento.
La radioterapia utilizza raggi X ad alta energia provenienti da un acceleratore lineare medico per danneggiare il tessuto tumorale e trattare quasi tutti i tipi di cancro. Negli Stati Uniti, la metà di tutti i pazienti con cancro riceve questa forma di trattamento, che in genere richiede da 10 a 15 sessioni della durata di circa 15-30 minuti ciascuna. Per assicurarsi che l'intero tumore sia irradiato, i medici devono irradiare un margine di tessuto sano attorno ad esso, il che porta a effetti collaterali tra cui nausea, dolore e danni al tessuto cutaneo. Tra una sessione e l'altra, il tessuto sano si rigenera, ma il tumore no. Un modo per ridurre al minimo gli effetti collaterali è ridurre la dose di radiazioni e aumentare il numero di sessioni, a volte fino a 35.
Vorremmo diminuire i margini e aumentare la dose di radiazioni, al fine di controllare meglio il tumore senza effetti collaterali, afferma Gino Fallone , direttore della divisione di fisica medica presso il dipartimento di oncologia dell'Università di Alberta.
Un'altra sfida è rappresentata dal movimento del tumore durante il trattamento. I tumori ai polmoni e alla prostata in particolare possono spostarsi di circa due centimetri durante il trattamento. La radioterapia attuale affronta questa sfida combinando la sorgente di radiazioni con una scansione di tomografia computerizzata (TC). Questo aiuta i medici a ridurre i danni ai tessuti sani, ma le scansioni TC non sono molto efficaci nel mostrare il tessuto tumorale molle e sono troppo lente per monitorare il movimento del tumore in tempo reale. Il gruppo di Fallone si è rivolto alla risonanza magnetica (MRI), che fornisce immagini nitide dei tessuti molli come i tumori, nella speranza di fare meglio.
Fino ad ora, non è stato possibile utilizzare la risonanza magnetica per guidare la radioterapia. Questo perché le macchine per la risonanza magnetica e gli acceleratori lineari che forniscono raggi X ad alta energia per la radioterapia interferiscono tra loro. La risonanza magnetica utilizza un forte magnete e impulsi di onde a radiofrequenza per eccitare e leggere un segnale dai protoni nelle molecole d'acqua all'interno dei tessuti molli del corpo. Gli acceleratori lineari medici utilizzano anche impulsi a radiofrequenza, nel loro caso per accelerare gli elettroni attraverso una guida d'onda verso un bersaglio metallico. Quando gli elettroni colpiscono il bersaglio, i raggi X ad alta energia escono dall'altra parte; queste radiografie sono quindi mirate al tessuto tumorale. Se queste due macchine si trovano nella stessa stanza, il campo magnetico della risonanza magnetica interferisce con la guida d'onda, impedendo l'accelerazione degli elettroni, e gli impulsi a radiofrequenza dell'acceleratore lineare interferiscono con il campo magnetico dell'imager, degradando la qualità dell'immagine.
Per combinare le tecnologie, i ricercatori dell'Alberta hanno dovuto riprogettare entrambi i componenti. L'intera macchina è progettata in modo diverso, afferma Fallone. Viene impiegata una schermatura speciale. E invece di utilizzare un campo magnetico ad alta intensità generato da bobine di filo superconduttore, come nella risonanza magnetica clinica, la macchina utilizza un debole magnete permanente. Il debole magnete interferisce molto meno con l'acceleratore ed è più piccolo e meno costoso da azionare. Questo dicembre, il gruppo di Fallone ha pubblicato i risultati degli studi di imaging che hanno dimostrato che era possibile generare immagini MRI durante l'esecuzione dell'acceleratore lineare senza interferenze.
Tuttavia, il debole magnete impone una sfida diversa: la qualità dell'immagine è molto inferiore. Quindi i ricercatori della Stanford University stanno lavorando su metodi computazionali per ottenere le informazioni necessarie da queste immagini a bassa risoluzione. La risonanza magnetica diagnostica richiede una qualità dell'immagine molto elevata, ma per la radioterapia non è necessario vedere il tumore nei minimi dettagli, afferma Amit Sawant , un istruttore in oncologia delle radiazioni presso la Stanford School of Medicine. Puoi permetterti di perdere il segnale [image] e ottenere comunque informazioni sufficienti per sapere quando il tumore si sta muovendo. Ciò che è importante vedere durante la radioterapia, dice Fallone, sono i bordi del tumore.
Fallone e Sawant presenteranno i primi risultati degli studi di tracciamento delle immagini effettuati con il prototipo del dispositivo combinato alla conferenza di Anaheim. Il gruppo di Sawant descriverà il software di imaging che consente alla macchina di acquisire cinque immagini MRI bidimensionali al secondo, molto più velocemente della risonanza magnetica convenzionale. I ricercatori di Stanford hanno aumentato la velocità di imaging diminuendo l'area di imaging e utilizzando una tecnica chiamata rilevamento della compressione. Quando le immagini vengono archiviate, circa il 90% dei dati viene espulso; utilizzando il rilevamento della compressione, è possibile acquisire solo il 10% più importante dei dati dell'immagine in primo luogo.
Fallone presenterà i risultati che dimostrano che tale guida in tempo reale può essere utilizzata per reindirizzare il raggio di raggi X del dispositivo prototipo. Finora, solo la TC era disponibile per la guida delle immagini, afferma Bhadrasain Vikram , capo della branca di oncologia delle radiazioni cliniche del Programma di ricerca sulle radiazioni del National Cancer Institute. È entusiasmante che [MRI] stia diventando disponibile per iniziare a chiedere se può fornire informazioni più accurate. Una migliore guida per la radioterapia, afferma Vikram, potrebbe accelerare i trattamenti o addirittura curare alcuni tipi di cancro che oggi non puoi curare.
Ma prima che il sistema possa essere testato sui pazienti, i ricercatori avvertono che il processo di acquisizione delle immagini deve essere ulteriormente accelerato, in modo che sia possibile realizzare immagini 3D. Il dispositivo dovrà anche essere testato sugli animali. Fallone stima che i test sull'uomo siano distanti almeno cinque anni.