Un sistema di immaginografia della dose a fibre ottiche per la radioterapia oncologica
Oltre la metà dei pazienti europei con diagnosi oncologica richiede una qualche forma di trattamento radioterapico. La somministrazione del farmaco esattamente nel punto in cui serve implica una riduzione delle dosi necessarie e degli effetti collaterali dannosi. La radioterapia oncologica è diventata molto più localizzata, grazie a un processo noto come brachiterapia, in cui il materiale radioattivo viene inserito direttamente nell’area del tessuto canceroso. Tuttavia, è ancora necessario il monitoraggio dell’intervento in tempo reale da parte dei medici. Il progetto ORIGIN, finanziato dall’UE, ha creato un innovativo sistema di immaginografia e localizzazione a base fotonica per la radioterapia, che ridurrà notevolmente il rischio di errori di trattamento e migliorerà gli esiti dei pazienti. «Il sistema ORIGIN è stato sviluppato mettendo sempre in primo piano il paziente e le équipe tecniche hanno lavorato a stretto contatto con quelle cliniche per garantire che fosse concepito in modo da soddisfare le esigenze dei pazienti», spiega Sinead O’Keeffe, borsista della Royal Society - Science Foundation Ireland University presso l’Università di Limerick e coordinatrice del progetto ORIGIN.
Brachiterapia attivata dalla fotonica
Per misurare le radiazioni, il team ha concepito dei sensori a fibra ottica utilizzando uno speciale materiale sensibile alle radiazioni, noto come scintillatore, che converte le radiazioni in luce visibile. Il sistema di rilevamento misura la luce emessa dalle fibre ottiche basandosi su una matrice a 16 canali, che consente di misurare la dose di radiazioni in vari punti contemporaneamente. Il sistema di rilevamento multicanale impiega una tecnologia specializzata nota come fotomoltiplicatore al silicio, che consente di rilevare o «contare» singoli fotoni. «Ciò fornisce sia la sensibilità che la portata necessarie per i diversi trattamenti di brachiterapia», aggiunge O’Keeffe. «Quando viene esposta a radiazioni ionizzanti, la punta scintillante del sensore a fibra ottica emette fotoni di luce che viaggiano lungo la fibra ottica, fino al sistema di rilevamento.»
Maggiore precisione con l’intelligenza artificiale
Durante la brachiterapia, il posizionamento e la misurazione accurati della sorgente radioattiva sono fondamentali, sia per garantire la dose prescritta all’area bersaglio sia per assicurare un’esposizione minima agli organi vicini. In questo caso il team si è avvalso dell’intelligenza artificiale per stabilire la posizione della sorgente di radiazioni, analizzando le letture del dosaggio provenienti dai sensori a fibra ottica, e ha abbinato questi dati alla posizione dei sensori. È quindi possibile generare una mappa termica che, sovrapposta all’immagine TC o ecografica del paziente, conferma la posizione e la dose delle radiazioni ricevute.
Da ORIGIN alla convalida clinica
Nell’ambito del progetto, il team ha realizzato modelli stampati in 3D dell’area pelvica umana per evitare sperimentazioni sui pazienti durante le prove di verifica e sviluppo del sistema. I prototipi del sistema ORIGIN sono stati valutati clinicamente dai tre partner clinici del progetto, il Blackrock Health Galway Clinic, il Centro oncologico dell’Irlanda del Nord e l’Azienda ospedaliera universitaria delle Asturie. «In generale, il sistema ORIGIN rappresenta il principale risultato valorizzabile del progetto, per le notevoli ricadute in ambito clinico», osserva O’Keeffe. Tuttavia, alcuni singoli aspetti sono stati impiegati al di fuori del campo di applicazione originario. Il prossimo passo sarà quello di portare il sistema ORIGIN alla fase di convalida clinica. «Lavorando a stretto contatto con le équipe cliniche, gli effetti di questo sistema sugli esiti dei pazienti nella brachiterapia sono stati costantemente trasmessi», afferma O’Keeffe. «L’intero team è quindi ansioso di assistere all’adozione del sistema negli ospedali di tutta Europa e continuerà a impegnarsi per raggiungere questo obiettivo.»
Parole chiave
ORIGIN, cancro, trattamento, intelligenza artificiale, brachiterapia, ottica, fotonica, clinica
