14 июля 2020

В скором времени специалисты ожидают появления более компактных установок протонной терапии, а также - более эффективной дозиметрии и новых высокотехнологичных устройств управления пучком протонов.

Применение протонной терапии в мире быстро растет. Технологические открытия последнего десятилетия сделали этот метод лучевой терапии более доступным и конкурентоспособным для больниц и специализированных центров. Кроме того, расширилось клиническое применение протонной терапии – сегодня она используетсмя в лечении широкого спектра заболеваний.

Заглядывая в будущее, можно ожидать в ближайшие десять лет появления интересных инноваций в этой области. Специалисты прогнозируют уменьшение размеров систем протонной терапии, дальнейшее совершенствование протонной дозиметрии и появление новых устройств, предназначенных для управления размером и формой пучка протонов. Речь идет, к примеру, о многолепестковых коллиматорах, которые позволят лечить как крупные опухоли сложной формы, так и очень маленькие очаги поражения.

Дальнейшая миниатюризация

Установки для протонная терапии когда-то были доступны только в нескольких онкологических центрах - из-за больших размеров и запредельной стоимости. Но в 1990-е годы аппаратура стала более компактной, повысив доступность технологии. Однако размеры оборудования, занимающего большую площадь, по-прежнему остаются внушительными, его все еще невозможно вместит в здания уже действующих клиник и отделений радиационной онкологии. Проблема постепенно решается, благодаря миниатюризации систем протонной терапии.

Последние достижения уже помогли уменьшить площадь, занимаемую установками протонной терапии, на 30-40 процентов. Применение сверхпроводящих магнитов позволило сделать более компактным циклотрон, создающий протонный пучок. Кроме того, значительно уменьшился в размерах вращающийся гентри, для установки которого раньше требовалось трехэтажное здание.

Ожидается, что в будущем появятся радикально новые технологии создания протонных пучков, разогнанных до очень высоких энергий, которые резко уменьшат размеры оборудования и позволят смягчить требования к его экранированию. Скорее всего, станут более доступными такие технологии, как кильватерное ускорение протонов в плазме и ускоритель с диэлектрическими стенками разрядной камеры. Оборудование на их основе будет возможно встраиваться в существующие помещения отделений лучевой терапии. Несколько исследовательских лабораторий уже создали неклинические установки на базе этих технологий, некоторые из которых, похоже, позаимствованных из «Звездных Войн».

Основное преимущество этих технологических платформ, предназначенных для миниатюризации устройств, заключается в существенном снижении расходов на приобретение оборудования и на его эксплуатацию, что сделает протонную терапию еще более доступной.

Повышение точности пучка

Нынешнее поколение платформ протонной терапии включает в себя встроенные системы диагностической визуализации, позволяющие точно позиционировать пациентов непосредственно перед облучением. И, хотя позиционирование пациентов значительно улучшилась, во время самого лечения остается элемент неопределенности в отношении точности пучка.

Для решения этой проблемы центры протонной терапии установили на потолках лечебных кабинетов многочисленные камеры, непрерывно следящие за внешней анатомией пациента. Они предупреждают лечащих врачей о существенных изменениях в положении пациента или о его движениях, чтобы можно было вовремя остановить процесс облучения и внести коррективы. Однако это, как правило, делается вручную. Ожидается, что технологии нового поколения полностью интегрируют системы визуализации в роботизированный/автоматизированный процесс так, чтобы врачи могли задавать приемлемый порог для движений пациента. Если больной выйдет за эти пределы, система автоматически остановит процесс облучения, а затем опять его возобновит, как только пациент вернется в заранее заданные границы. Сейчас предпринимаются самые первые попытки встроить систему непрерывной МРТ визуализации, которая позволила бы врачам иметь постоянную обратную связь и осуществлять процесс облучения с беспрецедентной точностью.

Усовершенствованная протонная дозиметрия

Раньше протонная дозиметрия использовала компьютерное моделирование для расчета дозных распределений. Эти модели имеют некоторые ограничения в плане точного определения глубины, на которой протоны должны останавливаться, их взаимодействия с тканями различной плотности и влияния движения пациента на дозное распределение. В настоящее время эта проблема решается с помощью трудоемкого процесса, который называется «робастная оптимизация и оценка».

Как ожидается, будет сделано несколько открытий, позволяющих контролировать фактическую дозу облучения во время лечения. В настоящее время разрабатываются новые технологии, которые помогут снять это ограничение. Они дадут возможность выполнять ПЭТ сканирование сразу после завершения протонной терапии. Поскольку протонная терапия может вызывать образование позитронов, быстрое получение ПЭТ изображения может помочь локализовать область доставки высоких доз. Кроме того, исследователи работают над созданием методики, известной как протонная радиография, которая позволяет получать изображения, эквивалентные рентгеновским, используя для этого пучок протонов, с целью улучшения позиционирования пациента и контроля доз излучения. Еще одна технология, находящаяся на стадии разработки, называется визуализация мгновенного гамма-излучения, которое возникает в очень малых количествах при взаимодействии протонов с тканями и которое можно обнаружить высокотехнологичными гамма-камерами. Предполагается, что в ближайшем будущем эти камеры смогут точно определять куда была доставлена фактическая доза излучения.

Более точное формирование пучка

Многолепестковые коллиматоры произвели революцию в доставке высоких энергий рентгеновского или фотонного излучения, повысив скорость и точность облучения раковых опухолей. Однако проводившиеся исследования с протонами практически прекратились из-за множества проблем, в том числе - из-за появления нейтронов вследствие бомбардировки протонами металлической конструкции коллиматоров, что потенциально может приводить к возникновению вторичных злокачественных опухолей. Однако приход новых технологий позволил воскресить исследования в направлении применения многолепестковых коллиматоров в протонной терапии.

Несколько команд работают над созданием очень точных, быстродействующих систем коллимации из новых материалов, производящих гораздо меньше нейтронов. У этих систем есть потенциал для улучшения поперечного дозного распределения протонного пучка. Это может быть особенно полезным для пациентов, проходящих повторное облучение.

Технологии многолепестковых коллиматоров принесет много пользы не только в лечении крупных опухолей, но и в облучении небольших новообразований. Одно из новых направлений - это использование многолепесткового коллиматора для лечения небольших опухолей глаз с непрерывным лазерным наведением. Эта концепция первоначально была применена в области офтальмологии для устранения мелких поражений внутри глаза лучом лазера. Сегодня эти опухоли можно лечить, но для этого требуются сложные технологические решения. Сочетание лазерного наведения с высокотехнологичной коллимацией пучка облегчило бы процесс радиотрапии небольших опухолей, сведя к минимуму количество необходимых аппаратных средств.

Об авторе: Доктор Минеш Мехта, заместитель директора и заведующий отделением радиационной онкологии Онкологического института Майами.

Оригинал статьи можно прочитать здесь

Назад к списку