Radioterapie v oblasti hlavy by mohla být brzy šetrnější. Česká společnost Advacam vyvinula a nyní v Německu klinicky testuje přístroj Beam TraX, díky kterému lze zpřesnit proud uhlíkových iontů mířících na mozkovou tkáň postiženou tumorem.
Za použití citlivých detektorů částic dokáže technologie vyvinutá společností Advacam aktualizovat CT snímky pořízené před začátkem terapie. Lékaři tak mohou reagovat na změny, které probíhají v místě ozařování, a lépe cílit iontový proud.
Klinická studie s názvem InViMo probíhá již od roku 2023 ve spolupráci vědců z německého Národního centra pro nádorové choroby (NCT), Německého centra pro výzkum rakoviny (DKFZ) a Heidelberg Ion Beam Therapy Center (HIT). Jejím cílem je potvrdit funkčnost metody popsané o rok dříve, v níž hrají hlavní roli právě detektory částic, tedy vysoce citlivé kamery Advacam.
Dosavadní prostředky mají svá omezení
Nejprve je ale třeba si představit, jak radioterapie při určitých lokalizacích nádorů probíhá. K ozařování v oblasti hlavy a krku se běžně užívá protonová či fotonová radioterapie. V některých případech ale lékaři využívají svazek uhlíkových iontů, což má oproti výše jmenovaným variantám výhodu v tom, že lze předem určit, v jaké hloubce tkáně mají ionty působit. Bohužel ale ani tato metoda není bez rizika. Částice totiž neovlivňují jen samotný nádor, ale samozřejmě i jeho bezprostřední okolí, které se již skládá ze zdravé tkáně. Podle vedoucí projektu Márie Martišíkové z DKFZ sice ozařování okolí tumoru funguje jako prevence návratu onemocnění, zároveň má však nežádoucí účinky, jako je poškození očního nervu nebo paměti. Nelze tedy pacienty ozařovat dostatečně silnou dávkou a terapie má tak své limity.
„Nejlepší variantou by tedy bylo oblast preventivního ozařování kolem nádoru zúžit a dávku zesílit. Jenže namířit ionty dostatečně přesně současná technologie neumožňuje,“ říká. I proto probíhá intenzivní výzkum možných řešení a jedním z nich je právě přístroj Beam TraX.
Než však pacient začne s radioterapií (za pomoci proudu uhlíkových iontů), musí nejprve podstoupit CT vyšetření, přičemž lékaři se při cílení terapie orientují a rozhodují právě na základě výsledného CT snímku. Jenomže stav tkáně se v průběhu terapie z mnoha důvodů mění a bez aktualizace informací o tom, co přesně se uvnitř hlavy děje, může dojít k rozmělnění zacílení až o několik milimetrů, což následně zbytečně zatěžuje zdravé okolí tumoru.
„Naše kamery umějí zaregistrovat každou jednotlivou nabitou částici sekundárního záření, které po průchodu iontů vylétává z těla pacienta. Je to jako dívat se na koule rozražené kulečníkovým úderem. Pokud se koule odráží stejně, jako jsme očekávali podle snímku z CT, můžeme si být jistí, že míříme správně. V opačném případě je jasné, že ‚mapa‘ už neplatí. Pak je léčbu nutné přeplánovat.“ Lukáš Marek, Advacam
Česká technologie je pro výzkum klíčová
Vědci však přišli na to, že pro monitorovací účely jsou zajímavé takzvané sekundární ionty vznikající při jaderných fragmentacích uhlíkových iontů, a to proto, že dokážou z pacientova těla vylétnout. V ten moment je lze detekovat a sledovat za účelem měření radiačního pole v ozářeném objektu.
Klinická studie InViMo využívá na míru vyvinuté Advacam zařízení Beam TraX, jehož jádro tvoří sedm detektorů s 28 hybridními polovodičovými pixelovými čipy Timepix3, které vycházejí z technologie vytvořené a užívané ve Velkém hadronovém urychlovači v CERNu.
Průběh této studie pak navazuje na poznatky výzkumu, který tým stejných vědců publikoval v roce 2022 v impaktovém časopise Medical Physics. Tehdy k detekci využívali Advacam minitracker složený ze dvou modulů AdvaPIX TPX3 (tedy opět s čipy Timepix3) s 300 μm tenkou vrstvou křemíku a plochou zhruba 2 cm2 rozdělenou na 256 × 256 bodů při rozteči 55 μm. Minitracker byl umístěn 120 mm za středem cíle v 30° úhlu vzhledem k ose paprsku.
„Pro posouzení výkonu vyvinuté metody byly ve fantomu hlavy [tedy přesného anatomického modelu, jenž se užívá pro realistické simulace — pozn. red.] vytvořeny v několika hloubkách vzduchové dutiny o 2mm tloušťce. Pomocí simulačního nástroje Fluka Monte Carlo pak byly studovány různé rekonstrukční metody profilu emise sekundárních iontů. Vzduchová dutina vytvářela poruchy v emisních profilech, díky kterým ji bylo možné detekovat a lokalizovat,“ píše se v odborném článku.
Během výzkumu se vědcům podařilo potvrdit, že je navržená metoda funkční a může být nápomocna při skutečné radioterapii. Sekundární ionty totiž podle výsledků nesou velké množství informací o vnitřní struktuře ozařovaného objektu, a jsou tak zajímavé pro další studium v oblasti neinvazivního monitorování léčby za pomoci uhlíkových iontů.
Šetrnější ozařování nádorů v hlavě díky 100× zmenšené verzi detektoru z obřího urychlovače v CERNu. Český přístroj zkouší v Německu první pacienti
© H. Schroeder / Heidelberg University Hospital
Beam TraX umí mnohem více
Od Beam TraX, který je ještě citlivější, si pak vědci slibují ještě daleko více. Doufají, že díky němu budou schopni zjistit, jak často a kde v průběhu terapie dochází ke změnám lokalizace nádoru. Hodně je ale budou zajímat také oblasti, kde naopak k pohybu nedochází vůbec, případně kde jsou menší, než se v současné době předpokládá.
„Všechny tyto informace nám umožní zmenšit celkový ozářený objem tkáně, čímž zvládneme ochránit zdravou tkáň a redukovat nežádoucí účinky a zároveň budeme v ten samý okamžik schopni aplikovat vyšší dávky iontového záření,“ dodává Mária Martišíková, lékařka a vedoucí klinické studie.
Podle ní je také výhodou nové metody fakt, že přítomnost detektorů stávající terapii nijak neovlivňuje. „V první fázi by získaná data mohla vést k přerušení a přeplánování série ozařování v případě, že by léčba nešla podle plánu. Konečným cílem je ale systém, který by dráhu svazku iontů korigoval v reálném čase,“ uzavírá vědkyně.