Лучевое лечение играет основополагающую роль в лечении рака, но существует глобальная нехватка центров лучевой терапии – особенно в странах с низким и средним уровнем дохода. Ситуация во многом объясняется высокой стоимостью оборудования и эксплуатационными расходами. Линейные ускорители с упрощенной конструкцией, такие, как системы с фиксированным гентри, могут снизить затраты.

Исследователи из института ACRF Image X  Сиднейского университета, Австралия, разрабатывают 3-D конформную систему лучевой терапии с фиксированным вертикальным рентгеновским пучком, горизонтальным вращением пациента и визуальным контролем. На сегодняшний день успешно введен в эксплуатацию полноразмерный опытный образец, который позволяет проводить высококачественную лучевую терапию при помощи более компактной, надежной и экономически эффективной установки (Med. Phys. 10.1002/mp.13356).

С финансовой точки зрения у такой системы есть много потенциальных преимуществ. Меньшее количество движущихся частей, чем в аппарате с вращающимся гентри, повышает надежность и устойчивость работы и снижает затраты на техническое обслуживание. Для обеспечения безопасности также требуется меньше защитного экранирования бункера, что позволит снизить стоимость строительства или реконструкции уже имеющихся помещений, в которых размещается более старое оборудование для радиотерапии.

Прототип системы, разработанный Полом Лиу и его коллегами, работающими над проектом Nano-X  для глобального повышения доступности радиотерапии, использует, в частности, концепцию вращения пациента (при фиксированном положении пучка излучения), что позволяет подводить луч с любых направлений для достижения желаемого дозного распределение. Технологии визуального контроля дают возможность идентифицировать опухоль и адаптировать лечение в режиме реального времени, чтобы обеспечить точную доставку дозы радиации к мишени.

Прототип сочетает стандартный линейный ускоритель Synergy с гентри, закрепленный в положении 0 °, с горизонтальной системой вращения пациента. Последняя представляет собой специально разработанный стол для лучевой терапии, оснащенный ремнями для головы, груди, бедер и ног, а также тремя подушками, которые надуваются со стороны груди и боков пациента. Стол может двигаться в двух плоскостях.

На фото: Стол оснащен надувными подушками, фиксирующими пациента во время вращения в горизонтальном положении. Исследователи планируют провести клинические испытания для определения состояния находящегося внутри человека.

После того, как пациент зафиксирован в нужном положении, его можно повернуть на определенный угол для низковольтовой (kV) визуализации с помощью встроенного сканера или для облучения мегавольтным пучком. Программное обеспечение, работающее с устройством, позволяет точно управлять движением, задавая положение мишени или угол, а также желаемую скорость, ускорение и замедление. Оно также может выполнять серию последовательных команд движения или быстро остановит аппарат, вернуть его в исходное положение и обеспечить выход пациента из устройства.

Установка была введена в эксплуатацию и прошла проверку геометрической и дозиметрической точности в соответствии с традиционными рекомендациями для лучевой терапии. Команда ученых также провела тщательное тестирование систем безопасности и блокировки  работы установки.

Как приступить к лечению?

Авторы отмечают, что для начала лечения пациентов необходимо выполнить три основных шага. Прежде всего, реконструкция изображений конусно-лучевой КТ при гравитационной деформации может потребовать усовершенствования соответствующих алгоритмов. Ученым также необходимо разработать методы смещения пучка для компенсации движения мишени, вызванного гравитационной деформацией.

Кроме того, пока неизвестны переносимость пациента и уровень  тревожности, связанной с вращением в горизонтальном положении. Это может стать такой же проблемой, как и исследование на МРТ — для пациентов с клаустрофобией или для тех, кто не переносит громкий шум. В запланированном клиническом исследовании будет изучено, как пациенты реагируют на иммобилизацию при помощи ремней и надувных подушек и на вращение в горизонтальном положении.

Лиу обсудил стоящие перед ними задачи с Physics World. «Хотя мы изначально уделяли основное внимание статическим мишеням, важным отличием системы будет способность адаптироваться к движению, связанному с обычными физиологическими функциями пациента, такими как дыхание, и с силой тяжести при вращении пациента, — объясняет он. – На следующем этапе проекта мы будем тестировать алгоритмы, разработанные для определения количества физиологических движений пациента и соответствующей компенсации».

Чтобы иметь возможность визуализации в режиме реального времени, исследователи тестируют низковольтовый мониторинг во время облучения (kilovoltage intrafraction monitoring — KIM), новую систему определения локализации опухоли, разработанную Сиднейским университетом, которая точно оценивает трехмерное положение мишени на основании 2-D положения сегментированных маркеров в kV проекциях.

«KIM будет способен отслеживать мишени в реальном времени с точностью до градуса и миллиметра, — говорит Лиу. — Мы успешно протестировали KIM вместе с мониторингом в режиме реального времени при помощи многолепесткового коллиматора на миниатюрной версии этой системы и в настоящее время масштабируем алгоритмы для полноразмерного прототипа. Мы будем использовать KIM с деформируемым фантомом, при вращении которого мишень будет двигаться».

Исследователи также изучают лучевую терапию с модулированной интенсивностью и объемно-модулированную дуговую лучевую терапию. Лиу говорит, что оба метода технически осуществимы на их установке, потому что программный и аппаратный контроль системы вращения пациента обладают достаточной точностью и гибкостью.

Прежде чем можно будет начать первое паллиативное лечение больных раком людей, предстоит провести тестирование на животных. Система не предназначена для младенцев, маленьких детей или пациентов с ожирением. Но для остальных онкологических пациентов она может повысить доступность лучевого лечения, особенно в экономически неблагоприятных регионах мира.

На фото сверху: Прототип системы лучевой терапии с вертикальным фиксированным пучком и вращением пациента в горизонтальном положении

Оригинал новости можно прочитать здесь