德國HZDR研究所的研究人員致力于建立世界上第一個(gè)磁共振實(shí)時(shí)成像原型機(jī)，用于在質(zhì)子治療期間實(shí)時(shí)追蹤移動(dòng)的腫瘤。他們結(jié)合使用了一個(gè)旋轉(zhuǎn)開放式磁共振成像設(shè)備，該設(shè)備是為亞伯達(dá)省衛(wèi)生服務(wù)中心的直線加速器-磁共振系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。研究人員將其與德國OncoRay中心(位于德累斯頓的國家腫瘤放射研究中心)的一個(gè)主動(dòng)式掃描的近臨床用質(zhì)子束相結(jié)合。旋轉(zhuǎn)MRI設(shè)備是由ASG Superconductors公司生產(chǎn)的，其中的磁鐵采用的是無氦超導(dǎo)二硼化鎂(MgB₂)磁鐵。實(shí)時(shí)磁共振成像將使質(zhì)子束照射與腫瘤運(yùn)動(dòng)同步成像成為可能。

OncoRay中心的研究人員將磁共振成像與質(zhì)子束照射結(jié)合起來(點(diǎn)擊觀看視頻)

技術(shù)背景

質(zhì)子治療是一種新興的放射治療技術(shù)，由于質(zhì)子束的布拉格峰物理優(yōu)勢，相比于傳統(tǒng)的X射線放療，在保證治療效果的同時(shí)能更好地保護(hù)周圍正常組織。然而，質(zhì)子治療的有效性受到腫瘤運(yùn)動(dòng)、治療過程中解剖學(xué)上的改變和患者擺位設(shè)置不準(zhǔn)確的限制。德國OncoRay中心的Aswin Hoffmann博士說到：“目前質(zhì)子治療系統(tǒng)的機(jī)載X射線成像無法獲得靶向瞄準(zhǔn)的地方和實(shí)際照射地方的高對(duì)比度實(shí)時(shí)圖像。因此，當(dāng)我們治療移動(dòng)腫瘤時(shí)，必須在腫瘤組織周圍使用相當(dāng)大的安全邊際，這降低了靶向治療的準(zhǔn)確性，同時(shí)也增加了對(duì)周圍組織產(chǎn)生副作用的風(fēng)險(xiǎn)?！?/span>

特別是對(duì)于在呼吸或消化過程中不斷移動(dòng)的腫瘤，腫瘤周圍的健康組織可能受到過多的照射劑量，而腫瘤組織本身受到的照射劑量過少。目前，在質(zhì)子治療中，還沒有合適的成像技術(shù)來顯示腫瘤與其照射過程中的同步運(yùn)動(dòng)。這個(gè)問題可能會(huì)由磁共振成像來解決，正如Hoffmann博士解釋的那樣，磁共振成像依靠其高空間和時(shí)間分辨率，可以提供非常好的軟組織成像對(duì)比度。此外，與X射線成像不同的是，核共振成像不會(huì)在組織中沉積任何額外的電離劑量。然而，將磁共振成像集成到質(zhì)子治療系統(tǒng)被證明是一個(gè)重要的技術(shù)挑戰(zhàn)。在很長一段時(shí)間里，所謂的束內(nèi)磁共振(in-beam MRI)被認(rèn)為是不可能的。

為了獲得清晰和精確的圖像，磁共振系統(tǒng)使用精確預(yù)定義的磁場進(jìn)行成像操作。在回旋加速器中，質(zhì)子束被快速變化的(射頻)電場加速，并被靜態(tài)磁場約束在螺旋軌道上。束流在被傳送到治療室的過程中，束流也會(huì)被磁場引導(dǎo)和保持形狀。Hoffmann博士解釋說，專家們推測這些電磁場會(huì)干擾核磁共振，反之亦然，會(huì)使核磁共振成像扭曲，影響組織中的質(zhì)子劑量分布。近年來，醫(yī)學(xué)物理師已經(jīng)能夠?qū)嶒?yàn)證實(shí)這些效應(yīng)的存在，但也能夠大大彌補(bǔ)這些問題。為此，他們將一個(gè)磁場強(qiáng)度為0.22特斯拉的開放低場磁共振系統(tǒng)(MRJ2200 ASG Superconductors)置于質(zhì)子束路徑中，結(jié)果顯示在靜態(tài)束流照射過程中磁共振圖像質(zhì)量顯示良好。詳情請(qǐng)見質(zhì)子中國往期報(bào)道《德國研制出世界首臺(tái)MRI引導(dǎo)的質(zhì)子治療原型機(jī)》、《德國OncoRay中心：MR引導(dǎo)質(zhì)子治療的研究進(jìn)展》。

獨(dú)特的基礎(chǔ)裝置和合作

基于這種新型MRI設(shè)備及其對(duì)胸部、腹部和骨盆器官的實(shí)時(shí)、高對(duì)比度成像能力，Hoffmann博士的團(tuán)隊(duì)正建立第一個(gè)原型機(jī)，該原型機(jī)可能會(huì)在某些階段用于臨床。正如研究人員解釋的那樣：“這個(gè)核磁共振掃描系統(tǒng)的特別之處在于，它可以圍繞患者相對(duì)于質(zhì)子束旋轉(zhuǎn)，使我們能夠研究垂直于和平行于質(zhì)子束的核磁共振磁場的劑量學(xué)和生物學(xué)效應(yīng)”。一個(gè)由物理師、工程師和醫(yī)生組成的團(tuán)隊(duì)有機(jī)會(huì)在OncoRay質(zhì)子治療中心的患者治療室附近的一間實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行這項(xiàng)獨(dú)特的研究。

基于他們之前聯(lián)合使用的0.22特斯拉MRI掃描系統(tǒng)(通常用于檢測肢體)的經(jīng)驗(yàn)，ASG Superconductors制造商現(xiàn)在正在生產(chǎn)一種中等磁場強(qiáng)度的開放式MRI設(shè)備，其磁場強(qiáng)度為0.5特斯拉，這是專門適應(yīng)于亞伯達(dá)衛(wèi)生服務(wù)中心的LINAC-MR集團(tuán)及其子公司MagnetTx Oncology Solutions實(shí)時(shí)磁共振引導(dǎo)放射治療的要求而制造的。MagnetTx Oncology Solutions公司的工程師們也在開發(fā)需要旋轉(zhuǎn)MRI掃描系統(tǒng)的機(jī)架，以及自動(dòng)實(shí)時(shí)跟蹤腫瘤位置的圖像處理方法。目前整個(gè)30噸重的設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造正在全面展開。2022年夏天，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將其納入OncoRay質(zhì)子設(shè)施的主動(dòng)式掃描、近臨床實(shí)驗(yàn)性質(zhì)子束線。

ASG負(fù)責(zé)人Macro Belardinelli表示：“ASG Superconductors與HZDR及MagnetTx合作共同完成這一項(xiàng)目是一件非常令人興奮的事情?？吹轿覀兊腗RI和硼化鎂超導(dǎo)技術(shù)作為該項(xiàng)新穎和創(chuàng)新應(yīng)用中的關(guān)鍵組件，并且這將最終造?；颊吆歪t(yī)學(xué)界，使我們感到自豪，甚至更加自信，我們正朝著正確的方向前進(jìn)”。

“我們與HZDR和ASG的伙伴關(guān)系非常積極融洽，”MagnetTx總裁兼首席執(zhí)行官M(fèi)ike Cogswell說，“我們期待著繼續(xù)共同努力，以改善癌癥治療行業(yè)”。

Hoffmann博士在描述他的樂觀前景時(shí)表示：“由于HZDR和國際工業(yè)合作伙伴的合作，我和我的團(tuán)隊(duì)離我們的目標(biāo)又近了一大步，尤其是實(shí)時(shí)圖像引導(dǎo)質(zhì)子治療，為該領(lǐng)域帶來了重大創(chuàng)新”。(質(zhì)子中國 編輯報(bào)道)

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