Skip to main content

ACOUSTIC MARKERS FOR ENHANCED REMOTE SENSING OF RADIATION DOSES

Article Category

Article available in the folowing languages:

Ultradźwiękowe środki kontrastujące poprawiają precyzję radioterapii

Zespół projektu AMPHORA opracował technikę śledzenia i weryfikacji dostarczania dawki promieniowania w leczeniu onkologicznym, która poprawia skuteczność radioterapii.

Zdrowie

Około 50 % pacjentów onkologicznych poddawanych jest radioterapii. Metoda ta, która jest stale udoskonalana, polega na precyzyjnym kierowaniu wysokich dawek promieniowania na tkanki nowotworowe przy jednoczesnej ochronie zdrowych komórek. Z kolei dozymetria, która zapewnia bezpieczeństwo terapii poprzez weryfikację, czy dawki dotarły do zamierzonego celu, wciąż pozostaje w tyle. „Dzisiejsza radioterapia przypomina podróż samochodem – jej trasa jest dokładnie zaplanowana, a sam samochód wyposażony jest w zaawansowane technologicznie urządzenia nawigacyjne, ale przyciemniane szyby utrudniają określenie warunków drogowych”, mówi Jan D’hooge, koordynator wspieranego przez UE projektu AMPHORA. Aby poprawić bezpieczeństwo pacjentów, zespół AMPHORA stworzy rozwiązania do weryfikacji dawek radioterapii. W ramach projektu opracowano nieinwazyjną technikę umożliwiającą ocenę dawek promieniowania w czasie rzeczywistym poprzez umieszczanie ultradźwiękowych środków kontrastujących w wyczuwające dawkę teranostyczne wyroby medyczne. „Nasza technologia pozwala klinicystom na ocenę dystrybucji dawki w organizmie pacjenta, dzięki czemu może zrewolucjonizować strategie zapewniania jakości i monitorowania postępowanie leczenia”, wyjaśnia Mihnea Vlad Turcanu, badacz zaangażowany w realizację projektu AMPHORA.

Obrazowanie napromieniowania w czasie rzeczywistym

Przeprowadzone w laboratorium KU Leuven badanie wykazało, że niektóre środki kontrastujące są czułe na promieniowanie, co umożliwia identyfikację obszarów narażonych na napromieniowanie. Głównym celem projektu AMPHORA była optymalizacja tych środków, a także procesu polegającego na ilościowej ocenie promieniowania docierającego do celu. Zespół przeprowadził eksperymenty z szeregiem środków kontrastujących składających się z różnych substancji chemicznych, by znaleźć odpowiedni typ nanokropelek. Składają się one z płynnego rdzenia i powłoki złożonej z syntetycznego polimeru rozpuszczalnego w wodzie. „Co ciekawe, nanocząsteczki są widoczne na obrazach ultrasonograficznych, ale pod wpływem radioterapii ulegają wyparowaniu. To przejście w pęcherzyk gazowy można łatwo zobaczyć na obrazie ultrasonograficznym, kiedy pojawia się maleńka jasna kropka”, dodaje Turcanu z KU Leuven, uczelni będącej gospodarzem projektu.

Protokół weryfikacji

Środki kontrastujące są podawane pacjentowi dożylnie, a następnie gromadzą się w guzie i wokół niego. Sonda ultradźwiękowa wykrywa ich wyparowanie. Po przetestowaniu różnych projektów zespół ustalił, że najskuteczniejsza jest sonda spiralna. Ultradźwiękowy system obrazowania, wspierany przez sieć neuronalną zwaną BubbleNet, która także została wykonana na zamówienie przez AMPHORA, nakłada rozkład parowania na obrazy ultrasonograficzne anatomii pacjenta. Klinicyści mogą na ekranie zobaczyć, gdzie i w jakiej ilości dostarczane jest promieniowanie. „Pozwala to im ustalić, czy zarówno zdrowa, jak i chora tkanka są poddawane działaniu promieniowania oraz czy do guza dociera odpowiednia jego dawka. Dzięki uzyskanym w ten sposób informacjom lekarze wiedzą, czy konieczne jest dostosowanie terapii”, mówi Turcanu. Dużym wyzwaniem było osiągnięcie optymalnej reakcji na promieniowanie, ponieważ dla uzyskania najlepszych wyników środki kontrastujące wymagały zastosowania temperatury około 50 °C, czyli o 13 °C wyższej niż temperatura ciała. Było to nie tylko skomplikowane technicznie, ale również niebezpieczne dla pacjentów. Problem ten udało się jednak rozwiązać poprzez zastosowanie pola akustycznego, które reguluje ciśnienie w wyznaczonym miejscu, obniżając próg czułości środków kontrastujących.

Możliwości komercyjne

Zespół projektu zweryfikował swoją koncepcję podczas badań z wykorzystaniem fantomów i żywych szczurów. Przed wprowadzeniem rozwiązania na rynek i prawdopodobnym utworzeniem spółki typu spin-off zespół ukończy badania na małych zwierzętach, a następnie większych, po czym przejdzie do badań klinicznych. Twórcy projektu już otrzymali listy intencyjne od kluczowych firm. „Projekt AMPHORA może przyczynić się do opracowania nowych technologii do radioterapii oraz innych czujników i strategii terapeutycznych opartych na środkach kontrastujących, takich jak chemioterapia celowana. Może to ograniczyć skutki uboczne chemioterapii, jednocześnie poprawiając rokowania pacjentów dzięki synergii między chemioterapią a radioterapią”, podsumowuje Turcanu.

Słowa kluczowe

AMPHORA, radioterapia, sonda ultradźwiękowa, dawka, promieniowanie, nowotwór, środek kontrastujący, nano, sieć neuronowa, guz

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania

Postępy naukowe
Gospodarka cyfrowa
Bezpieczeństwo
Zdrowie

22 Czerwca 2022