Nuevos avances en la tecnología de radioterapia de precisión
Radioterapia conformada tridimensional
El patrón de crecimiento y la localización de los tumores son complejos. El campo de radiación de la radioterapia debe incluir todos los tejidos tumorales, las áreas de drenaje linfático y una cierta gama de bordes periféricos. , también conocido como margen de seguridad. Para cumplir con el requisito de mantener el volumen de irradiación consistente con el volumen objetivo y evitar la irradiación innecesaria del tejido normal, la forma de la mayoría de los campos de irradiación es irregular. En la práctica anterior de la radioterapia clínica, la tecnología de bloqueo de plomo de bajo punto de fusión se utilizaba generalmente para implementar radioterapia con campos de radiación irregulares. En la década de 1940, bajo la guía de la planificación de la radioterapia bidimensional, algunas personas utilizaron tecnología semiautomática de rejilla de múltiples hojas (MLC) original o bloques de plomo de bajo punto de fusión para lograr la radioterapia conformada más primitiva con múltiples campos de irradiación irregulares. Esta tecnología se ha utilizado clínicamente durante medio siglo. Debido a los avances en la tecnología informática, los físicos de la radiación han reemplazado los bloques de plomo hechos a mano con rejillas de múltiples hojas más avanzadas para dar forma a los rayos. La conformación de rejillas de múltiples hojas controlada por computadora puede ajustar la forma del campo de irradiación de acuerdo con la forma del objetivo en diferentes ángulos de visión cuando se gira el marco del acelerador, lo que lo hace completamente automatizado. Llevando la tecnología de radioterapia conformada al siguiente nivel. En los últimos años, el procesamiento informático de imágenes de diagnóstico por imágenes ha hecho posible reconstruir áreas objetivo de radioterapia tridimensional y tejidos y órganos adyacentes importantes en el cuerpo humano, realizando así clínicamente radioterapia conformada tridimensional bajo la guía de planes de radioterapia tridimensionales. . Se ha utilizado en la práctica clínica de la oncología radioterápica en cada vez más hospitales y centros de tratamiento del cáncer en todo el mundo, y se ha ido incorporando gradualmente a aplicaciones rutinarias.
La tecnología de posicionamiento para lograr radioterapia conformada tridimensional para tumores de tronco es relativamente compleja. En comparación con la tecnología de radioterapia para tumores de cabeza y cuello, el movimiento fisiológico del tórax y el abdomen afecta la precisión de la reconstrucción de imágenes tridimensionales y la planificación de la radioterapia. Además, los tumores del tronco son grandes y requieren mucho tratamiento. Además, el volumen y la forma de los objetivos de la radioterapia para tumores troncales suelen ser irregulares. Por lo tanto, la radioterapia conformada tridimensional tiene requisitos relativamente altos para los tumores del tronco. El informe ICRU50 detalla la estandarización del volumen tumoral, el volumen objetivo clínico, el volumen objetivo de planificación y la prescripción del tratamiento. En términos generales, la radioterapia guiada por un plan de tratamiento tridimensional basado en la reconstrucción de imágenes tridimensionales debería denominarse radioterapia conformada tridimensional. Sin embargo, la radioterapia conformada tridimensional para tumores de cabeza mediante radiocirugía estereotáxica (SRS) es diferente de los tumores de tronco en términos de equipo y accesorios, y también existen ciertas diferencias en las técnicas operativas. En muchos informes bibliográficos, el uso del sistema SRS para realizar radioterapia conformada tridimensional para tumores de cabeza se denomina generalmente [radioterapia estereotáctica (SRT)], mientras que el uso de fijadores corporales, MLC o bloques de plomo de bajo punto de fusión para radioterapia de tumores del tronco Se llama radioterapia conformada tridimensional. De hecho, SRS, FSRT, SRT, 3D-CRT y braquiterapia estereotáctica (STB) pertenecen a la categoría de braquiterapia estereotáctica. La implementación de la radioterapia conformada tridimensional se basa principalmente en los siguientes cuatro aspectos de soporte técnico:
[1] Existen muchos tipos de sistemas de rejillas de múltiples hojas MLC, incluidos manuales, semiautomáticos y totalmente automático. Sus hojas también varían en tamaño y número. El propósito del sistema MLC es reemplazar los bloques de plomo; simplificar el proceso de dar forma a los campos de irradiación irregulares, aumentando así el número de campos de irradiación para mejorar el blindaje de las estructuras normales de los órganos y los ángulos de marco único de las rejillas de múltiples hojas; Se puede utilizar para ajustar la planicidad del haz. Las láminas pueden moverse cuando el pórtico gira para ajustarse dinámicamente a las formas irregulares de los tumores.
[2] La característica principal del sistema de planificación de tratamiento de radiación tridimensional es la visualización del tratamiento basada en la reconstrucción tridimensional de imágenes de TC.
Por ejemplo, la función "Beam Eye View" (BEV) puede mostrar el grado en que la forma del campo de irradiación en cualquier ángulo incidente del rayo coincide con la forma del tumor y el blindaje de las estructuras clave adyacentes es una clave. función para lograr la irradiación conformal. La función [Ver habitación] (RV) puede mostrar el tratamiento en cualquier lugar de la sala de tratamiento. Esta función compensa las deficiencias de BEV desde la perspectiva del haz, especialmente cuando se establece la profundidad del isocentro del rayo, se pueden mostrar varios haces al mismo tiempo, lo que permite que la tecnología de tratamiento se ajuste geométricamente de manera adecuada. La función [Histograma de dosis-volumen (DVH)] puede mostrar la racionalidad del plan de tratamiento, y la curva de isodosis incluye el estado del volumen de tratamiento y la evaluación de todo el plan.
[3] Las máquinas de radioterapia controladas por computadora, los aceleradores lineales de nueva generación, algunas máquinas de tratamiento con cobalto 60 de alta gama y las máquinas de tratamiento posterior a la instalación están todos controlados por computadoras.
(4) Posicionamiento, fijación y verificación El sistema incluye principalmente un fijador corporal, un fijador de cabeza y cuello, una máscara termoplástica, una almohadilla de vacío y un dispositivo que limita el movimiento visceral para mejorar la precisión de la irradiación repetida; campo y algunas imágenes de confirmación para verificar el dispositivo. Aunque la aplicación clínica de la tecnología de radioterapia conformada tridimensional logra una distribución uniforme de dosis altas de radiación en el área objetivo, también minimiza la irradiación del tejido normal. En teoría, puede mejorar en gran medida la tasa de control local de los tumores, pero en realidad. encuentros clínicos Una pregunta importante que surge es: ¿Cómo determinar el rango de volumen de tratamiento? La comprensión y determinación del borde del volumen de tratamiento depende en gran medida de la tecnología de imágenes y del nivel de lectura de imágenes del operador. Por lo tanto, en la radioterapia conformada tridimensional, la precisión de la determinación del volumen de tratamiento está estrechamente relacionada con la comprensión de la extensión del tumor. Obviamente, la tecnología moderna de diagnóstico por imágenes juega un papel crucial en la implementación de la radioterapia conformada tridimensional.
[Radioterapia de intensidad modulada (IMRT)]
La radioterapia de intensidad modulada (IMRT) es la abreviatura de radioterapia tridimensional conformada de intensidad modulada. En comparación con la radioterapia convencional, la IMRT tiene. las siguientes ventajas:
〔1〕Uso de fijación de posición precisa y tecnología estereotáxica que mejora la precisión de la colocación, la precisión del posicionamiento y la precisión de la irradiación de la radioterapia
(2) Uso de una planificación precisa del tratamiento: [ Planificación inversa], es decir, el médico primero determina los resultados máximos del plan de optimización, incluida la dosis de radiación del área objetivo y la dosis tolerada de los tejidos sensibles alrededor del área objetivo, y luego la computadora proporciona los métodos y parámetros para lograr los resultados. , logrando así la optimización automática del plan de tratamiento.
(3) Utilice una irradiación precisa: el peso de cada haz en el campo de radiación se puede configurar de manera óptima, de modo que la distribución tridimensional de la dosis alta. El área puede lograr irradiación de campo grande y la irradiación de dosis suplementaria (SIB) de campo pequeño dentro de un plan puede satisfacer los "cuatro mejores" deseos de los médicos de radioterapia, es decir, la dosis máxima de radiación al área objetivo y la dosis mínima de radiación. al tejido normal alrededor del área objetivo, el posicionamiento y la irradiación del área objetivo más precisos y la distribución de dosis en el área objetivo más uniforme. Los resultados clínicos son: una mejora significativa de la tasa de control local que reduce el daño por radiación al tejido normal. p>
Los principales métodos de implementación de IMRT incluyen:
[1] Modulación de intensidad del compensador físico bidimensional,
(2) Modulación de intensidad estática del colimador de múltiples hojas (paso &disparo], disparo
(3) Modulación de intensidad dinámica del colimador de múltiples hojas (ventana deslizante),
(4) Radioterapia de intensidad modulada,
(5) Radioterapia de barrido electromagnético de intensidad modulada.
Actualmente, la tecnología de modulación de intensidad de rejilla eléctrica de múltiples hojas se usa ampliamente en el tratamiento clínico de IMRT de cabeza y cuello, cerebro, tórax, abdomen, pelvis y. Los tumores de mama han dado resultados positivos. Zelefsky et al. utilizaron IMRT y 3D-CRT en pacientes con cáncer de próstata, respectivamente, a la misma dosis prescrita [81 Gy]. La distribución de dosis objetivo de IMRT es significativamente mejor que la de 3D-CRT. La incidencia de daño por radiación temprano y tardío en el cáncer de recto en el grupo de IMRT también es significativamente menor que en el grupo de 3D-CRT. La IMRT no solo puede proteger mejor la glándula parótida y el tronco del encéfalo, si se combina con una dosis suplementaria lobular (. SIB), la eficacia se puede mejorar aún más. El uso de la tecnología IMRT para la radioterapia después de la cirugía de conservación de la mama para el cáncer de mama puede mejorar la distribución de la dosis en el área objetivo y proteger mejor los pulmones y el corazón. tratan el cáncer de nasofaringe, el cáncer de mama, el cáncer de esófago y el cáncer de pulmón, y no hay duda de que la IMRT se convertirá en la corriente principal de la radioterapia [IGRT]
Aumentando la dosis de radioterapia en el futuro. El área objetivo es la clave para mejorar la tasa de control local de los tumores.
Dado que la ubicación espacial del tumor y el tejido normal que lo rodea cambia constantemente durante y durante el tratamiento, si no prestamos suficiente atención a estos cambios y errores, puede causar que el tumor se salga del objetivo y/o aumentar el daño a la normalidad. tejido, reduciendo así la eficacia. Los factores que influyen en la incertidumbre de la posición en radioterapia se resumen principalmente en dos aspectos: primero, el error integral de la posición del campo de irradiación, que se refiere al error de posicionamiento de la imagen, planificación y transmisión de datos durante la etapa de tratamiento, y el diseño, marcado o El error de posición del equipo auxiliar de tratamiento; el segundo es el error aleatorio de la posición del campo de irradiación: se refiere a la diferencia de posición provocada por la postura del técnico durante cada tratamiento y los cambios en la posición anatómica del paciente durante los diferentes tratamientos. , como movimiento respiratorio, llenado de la vejiga, peristaltismo del intestino delgado, derrame pleural, agrandamiento o encogimiento del tumor, etc. La práctica clínica y los estudios experimentales han confirmado que los errores anteriores pueden tener un impacto significativo en la distribución de la dosis del tejido normal que rodea el volumen total del tumor, especialmente en la radioterapia conformada y de intensidad modulada. En los últimos años, los sistemas de imágenes de portal electrónico (EPID), CT y otros equipos han podido estudiar con mayor precisión la incertidumbre del área objetivo, incluida la verificación de la posición y la dosis, y corregirla mediante métodos en línea y fuera de línea. El nuevo EPID está montado en el acelerador y permite el cálculo y verificación de la distribución de dosis mientras se verifica la posición. Actualmente, existen aceleradores lineales de electrones CT y sistemas de control respiratorio. Por ejemplo, la máquina de tratamiento se combina con equipos de imágenes para recopilar información de imagen relevante durante el tratamiento diario, determinar el área objetivo del tratamiento y lograr una posición objetivo todos los días, que es. llamada radioterapia guiada por imágenes 【IGRT】.
Radioterapia bioconformal [BCRT]
En el concepto tradicional, el campo de radiación en el plano del haz externo debe cubrir completamente el volumen macroscópico del tumor marcado por imágenes anatómicas CT y MRI, y Utilice irradiación de dosis uniforme. Por ejemplo, debido a las limitaciones de la tecnología de imágenes tradicional, no podemos mostrar completamente la diferencia entre el tejido canceroso y el tejido prostático normal. En cambio, podemos llevar toda la próstata al área objetivo, lo que es inconsistente con la teoría de la radioterapia. Más importante aún, la distribución de las células cancerosas en el área objetivo del tumor es desigual y la radiosensibilidad de los diferentes núcleos de células cancerosas también varía mucho debido a las diferencias en el suministro de sangre y la heterogeneidad celular. Si se irradia toda el área objetivo con una dosis uniforme, algunas células cancerosas pueden sobrevivir debido a una dosis insuficiente y convertirse en una fuente de recurrencia y metástasis. Si la dosis en toda el área objetivo es demasiado alta, causará daños graves a los tejidos sensibles circundantes. Además, la respuesta a la dosis y la tolerancia de las estructuras tisulares normales dentro y alrededor del área objetivo son diferentes; incluso para la misma estructura, la tolerancia de sus subestructuras puede ser diferente, lo que inevitablemente tendrá un impacto en el objetivo previsto de la radioterapia.
Según la teoría del volumen objetivo biológico (BTV), el volumen objetivo biológico se puede definir como el área con diferente radiosensibilidad en el volumen objetivo del tratamiento determinado por una serie de factores biológicos tumorales. Estos factores biológicos incluyen:
[1] Hipoxia y suministro de sangre
(2) Proliferación, apoptosis y regulación del ciclo celular
(3) Cambios en el cáncer; en genes y genes supresores de tumores;
(4) Características de penetración y metástasis, etc. Estos factores incluyen la diferencia de sensibilidad entre las células tumorales y el tejido normal en el volumen total del tumor, y estos objetivos biológicos se pueden visualizar a través de tecnología de imagen integral avanzada y moderna, sentando una base sólida para la radioterapia conformada y expandiendo un amplio espacio. Por ejemplo: la espectroscopia de resonancia magnética (MRS), la tomografía por emisión de positrones (PET), la tomografía computarizada por emisión de fotón único (SPECT) y otras imágenes se fusionan con rayos X, tomografía computarizada y otras imágenes, que reflejan principalmente cambios en las estructuras anatómicas morfológicas y son categoría imágenes anatómicas. Estas tecnologías de fusión de imágenes se aplican a los sistemas de planificación de radioterapia y se convierten en la base para la planificación del tratamiento bioconformal. En los últimos años, las tecnologías de imágenes funcionales como PET, SPECT y MRS se han desarrollado rápidamente. La FDG-PET puede reflejar el metabolismo tisular. La hipoxia tumoral se puede detectar in vitro mediante agentes de imagen hipóxicos como el flunitroimidazol [18-FMISO]. El metabolismo de las proteínas tumorales puede detectarse mediante 11C-metionina. El metabolismo del ácido nucleico tumoral puede detectarse mediante 18F-timidina. Las investigaciones muestran que la aplicación de PET puede cambiar el plan de tratamiento de radiación de al menos el 30% de los tumores. Además, con la aplicación de CT-PET, el rendimiento y la calidad de las imágenes han mejorado enormemente. Las aplicaciones de la tecnología de imágenes por resonancia magnética funcional (fMRI) también son interesantes. La resonancia magnética funcional puede mostrar la función cerebral y reflejar el estado del suministro de oxígeno y la angiogénesis, proporcionando así información importante para la cirugía cerebral y la radioterapia cerebral, y maximizando la protección de áreas funcionales importantes del cerebro.
Utilizando una tecnología especial de imágenes dinámicas de pulso-eco, se puede escanear la perfusión sanguínea del tejido y la permeabilidad de la barrera hematoencefálica, lo que no solo puede distinguir entre tejidos normales y tumorales, sino también evaluar el tipo y grado del tumor, predecir y evaluar la eficacia.
En la actualidad, con el desarrollo de la IMRT, la conformidad física de la distribución de dosis de radioterapia ha alcanzado un nivel muy ideal, mientras que las imágenes biológicas y funcionales han abierto una nueva era de conformidad biológica. La terapia conformal multidimensional que combina estrechamente la conformidad física y la conformidad biológica seguramente se convertirá en la dirección del desarrollo de la radioterapia tumoral en el nuevo siglo. Chao et al. realizaron estudios fantasmas y humanos sobre tumores de cabeza y cuello utilizando Cu-ATSM como marcador de hipoxia PET. Los resultados muestran que usando Cu-ATSM PET y el sistema de planificación inversa, cuando el GTV recibe 80Gy de PET, la dosis en el área objetivo hipóxica puede alcanzar los 80Gy, mientras que la dosis en la glándula parótida es en su mayoría inferior a 30Gy. Los resultados de este estudio confirman la posibilidad de la radioterapia biológica de intensidad modulada. Investigadores de la Universidad de California utilizan la resonancia magnética de protones para planificar y evaluar la radioterapia para el cáncer de próstata. La concentración relativa de colina es mayor en las áreas de cáncer inflamadas, mientras que la concentración de ácido cítrico es mayor en el tejido prostático normal y en las áreas de hiperplasia benigna. En base a esta diferencia, están utilizando un plan de IMRT para administrar dosis más altas de radiación a áreas con alto contenido de colina/citrato, que también es un modelo de tratamiento derivado de la IMRT bioconformal.
La radioterapia estereotáctica tridimensional se desarrolló rápidamente en las dos últimas décadas del siglo XX. Aunque todavía quedan muchos problemas por superar, sus ventajas son incuestionables. Su establecimiento, desarrollo y mejora marcan que la era de la radioterapia tumoral ha entrado en las características de "posicionamiento preciso, planificación precisa y tratamiento preciso". La radioterapia estereotáxica tridimensional también construye una nueva plataforma de alta tecnología para nuestros médicos de oncología radioterápica, físicos de radiación y radiobiólogos, y presenta requisitos técnicos más altos.