Nuevos avances en la tecnología de radioterapia de precisión
Debido al fuerte apoyo de la tecnología informática, la física de la radiación, la biología de la radiación, la biología molecular, las imágenes y las imágenes funcionales, así como a la combinación orgánica de múltiples disciplinas de vanguardia, la tecnología de la radioterapia ha logrado una revolución en el progreso sexual. . Según las estadísticas de la OMS de finales de 1998, el 45% de los pacientes con cáncer pueden curarse, de los cuales 22 se curan con cirugía, 18 con radioterapia y 5 con quimioterapia. La radioterapia también tiene la ventaja de preservar la función y la belleza de los órganos. La tecnología de radioterapia estereotáxica 3D reforzará aún más esta ventaja. En los últimos diez años, la tecnología de radioterapia estereotáctica tridimensional de mi país se ha desarrollado extremadamente rápido, desde la radioterapia ordinaria hasta la radioterapia tridimensional de alta precisión, utilizando un sistema estereotáctico tridimensional, dispositivos limitadores de haz adicionales y dispositivos de fijación de posición para lograr un gradiente de dosis en el borde del área objetivo. La disminución pronunciada forma una forma afilada de "cuchillo" entre el área objetivo del tumor y el tejido normal en el borde. El propósito es proporcionar dosis altas de radiación en el área objetivo y proteger el área objetivo. Los tejidos normales circundantes y los órganos sensibles importantes fuera del área objetivo del daño.
RT conformada tridimensional, 3D-CRT]
El patrón de crecimiento y la ubicación de los tumores son complejos, y el campo de la radioterapia debe incluir todo el tejido tumoral y las áreas de drenaje linfático, así como Una cierta gama de bordes periféricos, también llamados márgenes de seguridad. Para lograr el requisito de que el volumen de radiación sea consistente con la forma del volumen objetivo y evitar la irradiación innecesaria del tejido normal, la forma de la mayoría de los campos de radiación es irregular. En la práctica de radioterapia clínica anterior, generalmente se utilizaban bloques de plomo con un punto de fusión bajo. Técnicas utilizadas para la implementación de radioterapia con campos de radiación irregulares. En la década de 1940, bajo la guía de planes de radioterapia bidimensional, algunas personas comenzaron a aplicar la tecnología original semiautomática de rejilla de hojas múltiples (MLC) o bloques de plomo de bajo punto de fusión para implementar la radioterapia conformada más primitiva utilizando múltiples campos de radiación irregulares. , esta tecnología se ha utilizado clínicamente durante medio siglo. Debido al avance de la tecnología informática, los físicos de radiación utilizan rejillas de múltiples hojas más avanzadas en lugar de bloques de plomo hechos a mano para lograr el propósito de dar forma a los rayos. Las computadoras se utilizan para controlar la forma de las rejillas de múltiples hojas y el volumen objetivo puede. Se puede ajustar según diferentes ángulos de visión, cambiando la orientación de las palas cuando el marco del acelerador gira para ajustar la forma del campo de irradiación, haciéndolo completamente automatizado. Llevando la tecnología de radioterapia conformada al siguiente nivel. En los últimos años, el procesamiento por computadora de imágenes de diagnóstico por imágenes ha permitido la reconstrucción tridimensional del área objetivo de la radioterapia y de tejidos y órganos adyacentes importantes en el cuerpo humano, realizando así radioterapia conformada clínica tridimensional bajo la guía de un plan de radioterapia tridimensional. . Actualmente, se utiliza en la práctica clínica de la oncología radioterápica en cada vez más hospitales y centros de tratamiento del cáncer en todo el mundo, y poco a poco se está incorporando a aplicaciones rutinarias.
Los requisitos técnicos para colocar la radioterapia conformada tridimensional para tumores del tronco son relativamente complejos en comparación con la tecnología de radioterapia para tumores de cabeza y cuello, los movimientos fisiológicos del tórax y el abdomen afectan la reconstrucción tridimensional de las imágenes y. la precisión de los planes de radioterapia, además, los tumores del tronco son de mayor tamaño y el volumen de tratamiento también es mayor, además, la forma del volumen objetivo de la radioterapia de los tumores del tronco es generalmente irregular; Por lo tanto, los requisitos para la tecnología de radioterapia conformada tridimensional para tumores del tronco son relativamente altos. El Informe ICRU No. 50 proporciona explicaciones detalladas sobre la estandarización del volumen tumoral, el volumen objetivo clínico, el volumen objetivo de planificación y la prescripción del tratamiento. En términos generales, la radioterapia en la que el volumen de la dosis de radiación es consistente con la forma del volumen objetivo y se implementa bajo la guía de un plan de tratamiento tridimensional sobre la base de la reconstrucción de imágenes tridimensionales debe denominarse radioterapia conformada tridimensional. Sin embargo, el equipo y los accesorios utilizados para realizar la radioterapia conformada tridimensional para tumores de cabeza utilizando el sistema de radiocirugía estereotáxica (SRS) son diferentes de los de la radioterapia conformada tridimensional para tumores de tronco. También existen algunas diferencias en las técnicas operativas. Los informes generalmente se refieren a que la radioterapia conformada tridimensional para tumores de cabeza que utiliza el sistema SRS se denomina radioterapia estereotáctica (SRT), mientras que la radioterapia para tumores del tronco que utiliza fijadores corporales, MLC o bloques de plomo de bajo punto de fusión se denomina radioterapia conformada tridimensional. 3D-CRT]. De hecho, SRS, FSRT, SRT, 3D-CRT y braqueterapia estereotáctica [braqueterapia estereotáctica, STB] pertenecen a la categoría de radioterapia estereotáctica.
La implementación de la radioterapia conformada tridimensional se basa principalmente en los siguientes cuatro aspectos de soporte técnico:
[1] Sistema de rejilla de múltiples hojas MLC, que viene en muchos tipos, incluidos manual, semiautomático y totalmente automático. Sus hojas también varían en tamaño y número. Los usos del sistema MLC son: reemplazar bloques de plomo para simplificar el proceso de conformación de campos de irradiación irregulares de modo que se pueda aumentar el número de campos de irradiación para mejorar el blindaje de estructuras de órganos normales para aplicar rejillas de múltiples hojas a campos de irradiación estacionarios; y un pórtico único. El ángulo se puede utilizar para ajustar la planitud del arnés; las cuchillas se pueden mover a medida que el marco gira para adaptarse a ajustes dinámicos a formas irregulares de tumores.
[2] Sistema de planificación de radioterapia tridimensional, su característica principal es la visualización del tratamiento basado en la reconstrucción tridimensional de imágenes de TC. Por ejemplo, la función Beameye view (BEV) puede mostrar el grado de conformidad entre la forma del campo de irradiación y la forma del tumor en cualquier ángulo de incidencia del rayo, así como el blindaje de estructuras clave adyacentes, que es una función clave para lograr "conformidad". irradiación". La función de visualización de la dirección del tratamiento [Room-view, RV] puede mostrar la situación del tratamiento vista desde cualquier dirección en la sala de tratamiento. Esta función compensa las deficiencias de la visualización BEV desde la perspectiva del haz, especialmente al configurar la profundidad del isocentro del rayo. se puede mostrar simultáneamente. Múltiples arneses permiten ajustes geométricos apropiados a la técnica de tratamiento. La función de visualización del histograma de dosis-volumen [histograma de dosis-volumen, DVH] puede mostrar la racionalidad del plan de tratamiento. 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 de cobalto 60 de alta gama y las máquinas de tratamiento de postcarga están controladas por computadoras.
〔4〕Los sistemas de posicionamiento, fijación y verificación incluyen principalmente marcos de fijación corporal, marcos de fijación de cabeza y cuello, máscaras termoplásticas, almohadillas de vacío y dispositivos que limitan el movimiento visceral para aumentar la precisión del posicionamiento repetido. imágenes y algunos equipos de verificación. Aunque la aplicación clínica de la tecnología de radioterapia conformada tridimensional logra una distribución uniforme de dosis altas de radiación en el área objetivo y al mismo tiempo minimiza la exposición del tejido normal, en teoría puede mejorar en gran medida la tasa de control local de los tumores, pero en la práctica clínica es importante; La pregunta 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 de la capacidad del operador para leer imágenes. Por lo tanto, en la radioterapia conformada tridimensional, la precisión de la determinación del volumen de tratamiento está estrechamente relacionada con la comprensión del mismo. 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 [RT de intensidad modulada, IMRT]
La radioterapia de intensidad modulada [IMRT] es la abreviatura de radioterapia conformada tridimensional de intensidad modulada. En comparación con la radioterapia convencional, sus ventajas son. :
〔1〕Adopta tecnología precisa de fijación de la posición del cuerpo y estereoposicionamiento; mejora la precisión del posicionamiento, la precisión de la colocación y la precisión de la irradiación de la radioterapia.
〔2〕Se adopta un plan de tratamiento preciso: Planificación Inversa, es decir, el médico primero determina los resultados máximos optimizados del plan, 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 el resultado, logrando así una optimización óptima automática del plan de tratamiento.
〔3〕Se adopta una irradiación precisa: puede optimizar el peso de cada haz en el campo de radiación, de modo que la distribución de áreas de dosis altas en la dirección tridimensional puede realizar una irradiación de campo grande y pequeña irradiación de dosis adicional de campo en un solo plan [ Simultáneamente Integrado Impulsado, SIB]. La IMRT puede satisfacer los "cuatro mejores" deseos de los radioterapeutas: dosis máxima de irradiación en el área objetivo, dosis mínima de irradiación en los tejidos normales circundantes fuera del área objetivo, posicionamiento e irradiación más precisos del área objetivo y distribución de dosis más uniforme en el objetivo. área. . Los resultados clínicos son: mejorar significativamente la tasa de control local de los tumores y reducir el daño por radiación a los tejidos normales.
Los principales métodos de implementación de IMRT incluyen:
[1] Ajuste de intensidad del compensador físico bidimensional,
[2] Ajuste de intensidad estática del colimador de múltiples hojas 〔Step & Shoot〕,
〔3〕Modulación de intensidad dinámica con colimador multihojas〔Ventana deslizante〕,
〔4]Radioterapia con modulación de intensidad tomográfica,
〔5〕Radioterapia de intensidad modulada por escaneo electromagnético, etc.
La aplicación clínica más común actualmente es la tecnología de modulación de intensidad de rejillas eléctricas multihojas. Los estudios sobre la aplicación de la tecnología IMRT para tratar tumores de cabeza y cuello, cerebro, tórax, abdomen, pelvis y mama han llegado a conclusiones positivas. Zelefsky et al. utilizaron IMRT y 3D-CRT para tratar a pacientes con cáncer de próstata respectivamente. Cuando la dosis prescrita era la misma (81 Gy), la distribución de dosis objetivo de IMRT fue significativamente mejor que la de 3D-CRT. El daño por radiación en el cáncer de recto también fue menor en el grupo de IMRT, significativamente menor que en el grupo de 3D-CRT. El uso de IMRT para tratar tumores de cabeza y cuello no solo puede proteger mejor órganos importantes como la glándula parótida y el tronco del encéfalo, sino que también puede mejorar aún más la eficacia si se utiliza la tecnología de dosis adicional [SIB] de Ono. El uso de la tecnología IMRT para radioterapia después de una 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. Muchas unidades domésticas utilizan la tecnología IMRT para tratar el cáncer de nasofaringe, cáncer de mama, cáncer de esófago, cáncer de pulmón, etc., y todas tienen conclusiones preliminares positivas. No hay duda de que la IMRT se convertirá en el método principal de radioterapia en el futuro.
RT guiada por imágenes, IGRT]
Aumentar la dosis de radioterapia en el área objetivo es la clave para mejorar la tasa de control local de los tumores desde la ubicación espacial del tumor y sus alrededores. El tejido normal cambia constantemente y durante el tratamiento, si no se presta suficiente atención a estos cambios y errores, puede provocar que el tumor se salga del objetivo y/o aumentar el daño al tejido normal, lo que reduce la eficacia. Los factores que influyen en la incertidumbre de la posición durante la radioterapia se resumen principalmente en dos aspectos: en primer lugar, el error sistemático de la posición del campo de radiación, que se refiere a errores en la transmisión de datos durante las etapas de posicionamiento, planificación y tratamiento de la imagen, así como en el diseño, marcado o asistencia al tratamiento.El segundo es el error aleatorio en la posición del campo de radiación: se refiere al cambio en el estado de posicionamiento del técnico durante cada tratamiento y la posición anatómica del paciente durante el tratamiento fraccionado, como el movimiento respiratorio, las diferencias posicionales de la vejiga causadas por el llenado. , peristaltismo intestinal, derrame pleural y de ascitis, y crecimiento o encogimiento del tumor. La práctica clínica y los estudios experimentales han confirmado que los errores anteriores tendrán un impacto significativo en la distribución de la dosis del área objetivo del tumor y los tejidos normales circundantes, lo cual es más obvio en la radioterapia conformada y de intensidad modulada. En los últimos años, los sistemas de imágenes de portal electrónico [EPID], la TC y otros equipos han podido realizar investigaciones más precisas sobre la incertidumbre del área objetivo, incluida la verificación de la posición y la dosis, y la corrección mediante métodos tanto fuera de línea como en línea. El nuevo EPID está instalado en el acelerador y, mientras realiza la verificación de posición, también puede calcular y verificar la distribución de dosis. Actualmente, existen aceleradores médicos por TC y sistemas de control respiratorio que combinan máquinas de tratamiento con equipos de imágenes para recopilar información de imágenes relevante durante el tratamiento diario, determinar el área objetivo del tratamiento y lograr un objetivo por día, lo que se denomina guía por imágenes [IGRT]. ].
Radioterapia Biológicamente Conforme [Biologically Conformal RT, BCRT]
En el concepto tradicional, el campo de radiación en el plano del haz externo debe cubrir completamente el tumor marcado por imágenes anatómicas como CT y MRI. Área objetivo y administrar dosis uniforme de irradiación. Por ejemplo, en la radioterapia para el cáncer de próstata, 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, y toda la próstata está incluida en el área objetivo, lo cual es inconsistente con la teoría de radioterapia. Y lo que es más importante: dentro del volumen objetivo del tumor, la distribución de las células cancerosas es desigual. Debido a las diferencias en el suministro de sangre y la heterogeneidad celular, existen grandes diferencias en la radiosensibilidad de los diferentes núcleos de células cancerosas, lo que afecta a todo el volumen objetivo. Si la dosis de 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 de tejido normal 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 preliminarmente como: áreas con diferente radiosensibilidad dentro del 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 oncogenes y genes supresores de tumores;
〔4〕Características de invasión y metástasis, etc. Estos factores incluyen diferencias en la sensibilidad de las células tumorales dentro del área objetivo del tumor y diferencias en la sensibilidad de los tejidos normales. Estas áreas objetivo biológicas se pueden mostrar a través de tecnología de imagen integral avanzada y moderna, sentando una base sólida para la radioterapia biológica conformada y ampliando su alcance espacial. . Por ejemplo, la espectroscopia de resonancia magnética (MRS), la tomografía por emisión de positrones (PET) y la tomografía computarizada por emisión de fotón único (Single photonemission), que reflejan principalmente las funciones de órganos y tejidos y pertenecen a la categoría de imágenes funcionales, tomografía computarizada (SPECT) y otras imágenes se utilizan para la tecnología de fusión de imágenes con rayos X, tomografía computarizada y otras imágenes que reflejan principalmente cambios en las estructuras anatómicas morfológicas y pertenecen a la categoría de imágenes anatómicas. Estas tecnologías de fusión de imágenes se aplican en 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 representadas por PET, SPECT, MRS, etc. 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 la proteína tumoral se puede detectar mediante 11C-metionina y los nucleósidos de pirimidina 18F-timo pueden detectar el ácido nucleico del tumor; metabolismo, etc Los estudios han demostrado que la aplicación de PET puede cambiar el régimen de radioterapia de al menos 30 tumores. Y con la aplicación de CT-PET, el rendimiento y la calidad de las imágenes han mejorado enormemente. La aplicación de la tecnología de imágenes por resonancia magnética funcional (fMRI) también es interesante. Puede mostrar la función cerebral, reflejar el suministro de oxígeno y el estado de la angiogénesis, proporcionando así información importante para la cirugía cerebral y la radioterapia cerebral, y puede mejorar áreas funcionales importantes del cerebro. máxima protección. Se puede utilizar una tecnología especial de imágenes dinámicas de pulso-eco para escanear la perfusión sanguínea del tejido y la permeabilidad de la barrera hematoencefálica. No solo puede distinguir entre tejidos normales y tumorales, sino también evaluar el tipo y grado de los tumores para predecir y evaluar la eficacia terapéutica.
En la actualidad, el desarrollo de IMRT ha llevado la conformidad física de la distribución de dosis de radioterapia a un nivel muy ideal, mientras que las imágenes biológicas y funcionales han creado una nueva era de conformidad biológica, con conformidad física y conformidad biológica. La terapia conformal multidimensional con una estrecha integración conformal seguramente se convertirá en la dirección de desarrollo de la radioterapia tumoral en el nuevo siglo. Chao et al. utilizaron Cu-ATSM como trazador de hipoxia por PET y realizaron estudios en humanos y fantasmas sobre tumores de cabeza y cuello. Los resultados mostraron que al utilizar la PET con Cu-ATSM y el sistema de planificación inversa, mientras el GTV recibía 80 Gy, la PET reveló la dosis. al área objetivo hipóxica puede alcanzar los 80 Gy, mientras que la dosis a la glándula parótida es en su mayoría inferior a 30 Gy. El resultado de esta investigación confirma la posibilidad de la RT de intensidad biológica modulada. Investigadores de la Universidad de California han utilizado imágenes de espectroscopia magnética nuclear de protones para la planificación de la radioterapia del cáncer de próstata y la evaluación del tratamiento. La concentración relativa de colina es mayor en áreas de tumores y cáncer, mientras que la concentración de ácido cítrico es mayor en tejido prostático normal y áreas de hiperplasia benigna. Con base en esta diferencia, están utilizando el plan IMRT para administrar dosis más altas de radiación al área con alto contenido de colina/citrato, que también es un modelo de tratamiento derivado de la radioterapia bioconformal de intensidad modulada.
La tecnología de la radioterapia estereotáxica tridimensional se ha desarrollado rápidamente en las dos últimas décadas del siglo XX. Aunque aún quedan muchos problemas por superar, las ventajas que muestra son incuestionables en su implantación, desarrollo y mejora. Marca que la radioterapia tumoral ha entrado en una era caracterizada por "posicionamiento preciso, planificación precisa y tratamiento preciso". La radioterapia estereotáxica tridimensional también ha establecido un nuevo récord para nuestros médicos de oncología radioterápica, físicos de radiación y radiobiólogos. mayores requisitos técnicos.