Verdens første Proton CT-billeder skaber en ny vision for kræftbehandling

Et internationalt hold af forskere har produceret verdens første computeriserede tomografi (CT) billeder af biologisk væv ved hjælp af protoner – et betydningsfuldt skridt hen imod at forbedre kvaliteten og gennemførligheden af ​​protonterapi for kræftramte rundt om i verden.

Det banebrydende arbejde betyder, at detaljerede tredimensionelle billeder af en patients anatomi nu kan skabes ved hjælp af protoner frem for røntgenstråler, og dette vil gøre protonterapi til en mere levedygtig mulighed for millioner af kræftpatienter.

Protonterapi er en ny form for strålebehandling, som hurtigt vokser i betydning som et middel til at behandle vanskelige tumorer og give behandling til børn og unge, der har kræft. I Storbritannien, to NHS protonterapicentre skal åbne inden for de næste to år, i London og Manchester.

Ved at bruge protoner til at skabe CT-billeder af en patients anatomi og tumor, forskere og læger vil nu være i stand til at målrette selve tumoren mere præcist og sikre, at meget mindre stråling aflejres i det omgivende sunde væv.

Dette store gennembrud blev opnået af det internationale PRaVDA-konsortium, ledet af Distinguished Professor of Image Engineering Nigel Allinson MBE ved University of Lincoln, Storbritannien. Hans team har arbejdet i Proton Therapy-faciliteten på iThemba LABS, Sydafrika, ved hjælp af South African National Cyclotron – en type partikelaccelerator – og de er de første i verden til at producere Proton CT-billeder af klinisk kvalitet.

"For at producere disse Proton CT-billeder, vi byggede en unik medicinsk billeddannelsesplatform, som bruger de samme højenergipartikler, som bruges til at ødelægge en tumor under protonterapibehandling, " forklarede professor Allinson. "Som røntgenstråler, protoner kan trænge ind i væv for at nå dybe tumorer. Imidlertid, sammenlignet med røntgen, protoner forårsager mindre skade på sundt væv foran tumoren, og ingen skade overhovedet på sundt væv, der ligger bagved, hvilket i høj grad reducerer bivirkningerne ved strålebehandling.

"De billeder, vi har skabt, er i virkeligheden af ​​en ydmyg lammekølle, men de fremhæver det fantastiske potentiale for at bruge Proton CT-billeder til at hjælpe kræftbehandling i den meget nære fremtid - som en del af planlægningsprocessen, samt under og efter behandlinger.

"Protonterapi vil sandsynligvis blive den foretrukne strålebehandlingsmetode for de fleste børnekræftformer, da den uønskede eksponering for stråling af sundt væv er meget reduceret, og derfor er risikoen for anden kræftsygdom senere i livet. At have evnen til at administrere en høj dosis i et lille område er den største underliggende fordel ved protonterapi, præcis planlægning er dog absolut afgørende for at sikre, at dosis ikke går glip af måltumoren."

Holdet har sammenlignet deres første Proton CT-billede med en konventionel røntgen-CT. Selvom Proton CT i øjeblikket er lidt slørere end røntgenbilledet, den viser præcis, hvordan protoner interagerer med væv – på samme måde som behandlingsprotonerne gør.

I øjeblikket i protonterapi, der er en betydelig grad af usikkerhed i protonernes rækkevidde og nøjagtighed under behandlingen. Hvis det er planlagt at bruge røntgen-CT-billeder, der kan være en uoverensstemmelse på 3-5 % i forhold til, hvor protonstrålen rammer og frigiver sin energi, ødelægger celler. Med proton-CT-billeder, denne usikkerhed er reduceret til mindre end 1 %.

PRaVDA har registreret de laveste niveauer af usikkerhed nogensinde i protonernes relative bremseevne, når de er testet på en række vævssurrogater. Protonernes relative bremseevne er nøgleparameteren for at kunne planlægge strålebehandlinger nøjagtigt.

Ud over, PRaVDA-teamet har opdaget, at der er en række målbare parametre for protoner, når de passerer gennem patienten, som vil producere et sæt komplementære CT-billeder. Denne opdagelse åbner op for et helt nyt medicinsk billeddiagnostisk felt – et som vil blive udnyttet i den næste generation af PRaVDAs unikke medicinske billeddiagnostiske instrument.

Denne teknologi repræsenterer et af de mest komplekse medicinske instrumenter, der nogensinde er udviklet, da billeddannelse med protoner er så udfordrende. Millioner af protoner udgør et enkelt billede, og hver partikel skal spores individuelt fra det punkt, den kommer ind i patienten, til det punkt, hvor den forlader.