德国OncoRay中心：MR引导质子治疗的研究进展

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                    <section data-role="paragraph" data-color="rgb(182, 228, 253)" data-custom="rgb(182, 228, 253)"><section><section><section><section powered-by="gulangu"><section><section><section><section powered-by="gulangu"><section><section><section><section powered-by="gulangu"><section><section><section><section powered-by="gulangu"><section><section><section><section><p><p><img src="image/20201014/86b79d371e9862b01189f0252a03b2cd_1.png" /></p></p></section><section><section><span><strong></strong></span></section><p><span>医疗器械媒体报道先锋</span></p><p><span>分享专业医疗器械知识</span></p></section><section><section><section><span>关注</span></section></section></section></section></section></section></section></section></section></section></section></section></section></section></section></section></section></section></section></section></section></section></section><section powered-by="gulangu"></section><p><br  /></p><p><span>来源：</span><span>质子中国</span></p><p><br  /></p><p><span>质子治疗可精确定位肿瘤靶区。</span><span>与常规光子放疗相比，质子治疗陡峭的剂量跌落能够更好地保护正常组织，但也使得质子剂量分布对解剖结构变化、患者摆位误差以及肿瘤自身运动更加敏感。</span><span>因此，质子治疗中的实时图像引导非常具有价值。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>实现图像引导质子治疗的途径之一是借鉴X线放疗的方法，在治疗过程中利用MRI实时监测肿瘤靶区。</span><span>在不久前于米兰召开的第38届ESTRO(欧洲放射肿瘤学)年会上，德国德累斯顿OncoRay中心(HZDR研究所肿瘤放射研究中心)的Dr. Aswin Hoffman介绍了其团队研发MR集成(MR-integrated)质子治疗系统的初衷以及该领域目前的研究进展。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><p><img src="image/20201014/c896c7c27bbdf79b13d6f1b1cc9223f1_2.png" /></p></p><p>Dr. Aswin Hoffmann和他的团队在OncoRay实验室内将低场MR扫描仪安装在质子束路径上</p><p><span><br  /></span></p><p><span>“质子治疗图像引导的发展落后于X线放疗，” Dr. Hoffman解释说，质子治疗通常只应用集成的2D X线成像技术，有些设备配备了治疗室内CT成像或机载锥形束CT技术，但是目前尚无治疗室内或机载MRI系统。</span><span>“同时，由于布拉格峰后端陡峭的剂量跌落，质子治疗精确定位靶区相比于X线放疗更加重要。</span><span>由于没有理想的图像引导系统，我们目前仍然需要较大的靶区外扩边界，这大大降低了质子治疗的临床应用价值。</span><span>”</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>为了解决上述问题，OncoRay中心计划将实时MRI系统集成至质子治疗设备上。</span><span>这种方法具有更高的软组织对比度，使得临床医生能够更清晰地观察肿瘤位置及其周围的健康组织。</span><span>同时，MRI没有额外的电离辐射剂量，可以在照射的同时实现连续的成像。</span><span>“将质子治疗设备与MRI集成能够实现剂量输送与肿瘤定位的实时同步，” Dr. Hoffman说。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><strong><span>研究难点——电磁相互作用</span></strong></p><p><span><br  /></span></p><p><span>建造这样一台集成设备面临许多挑战，如质子治疗系统和MRI系统之间的多重电磁相互作用，这同时会对两个系统产生有害影响。</span><span>Dr. Hoffman表示，MR扫描仪的磁场会对质子束产生影响，洛伦兹力会影响带电粒子，使得离子束的径迹发生偏转。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>既往研究应用计算机模拟计算了磁场对离子径迹的影响程度，近期的测量结果也验证了这些计算的结果。</span><span>OncoRay中心应用胶片剂量测定方法(film dosimetry)测量了由磁场导致的束流偏转。</span><span>结果显示，190MeV的质子束进入1T的磁场中会偏转约1cm，这个结果与蒙特卡罗模拟的结果相同。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>“我们不能忽略这种效应，在制定治疗计划和剂量照射时都需要考虑这种影响，” Dr. Hoffman说，但由于这种影响可以应用蒙特卡罗方法精确计算，因此这种效应的影响较小。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>那么，用于产生、输送和偏转质子束的磁铁对MR图像质量又有何影响呢？</span><span>德累斯顿质子治疗中心开展的一项磁场研究显示，回旋加速器产生的磁场梯度远小于MR的梯度场，而且这种影响可以通过MR扫描仪磁场垫补(magnetic shimming)进行补偿，就像隔壁治疗室旋转机架产生的小磁场并不会影响MR图像质量。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>但束流线的磁场强度可达100μT，这会极大影响MR图像的质量。</span><span>因此，需要进行磁场防护以满足同时开展质子治疗和MR成像的要求。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><strong><span>研究现状及展望</span></strong></p><p><span><br  /></span></p><p><span>为了更加详细地研究上述效应，OncoRay中心搭建了一台集成MR系统的质子治疗设备原型机，该设备上的MR扫描仪磁场强度可达0.22T，束流为科研用水平固定质子束。</span><span>详情请见质子中国往期报道《德国研制出世界首台MRI引导的质子治疗原型机》。</span><span>Dr. Hoffman和他的团队应用这套系统在质子束照射的同时对ACR(美国放射学会)小型MRI膝盖模体进行了成像。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><p><img src="image/20201014/b27e7842c0d5e9db57916df2dd900e7d_3.png" /></p><span></span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>若在进行MR成像时开启导向旋转机架治疗室的束流线磁场，获得的图像会发生扭曲变化。</span><span>但当束流线磁场在MR成像扫描之前即处于开启状态时，照射并未对图像质量参数产生很大影响，仅在频率编码方向发生小幅的均匀图像平移，这可以通过适当的扫描前射频校准进行修正。</span><span>“我们发现这对于同时实施MR成像和质子治疗非常重要，” Dr. Hoffman解释说。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>Dr. Hoffman表示，下一步会将MR扫描装置与笔形束扫描质子治疗系统集成，以更加贴近临床治疗情形。</span><span>新的技术挑战包括笔形束扫描磁铁对MR成像质量的影响，以及MR弥散场对束流导向系统的影响等。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>对于应用MR成像系统实现在线射程探测的可能性，Dr. Hoffman介绍了一项应用笔形束扫描技术照射水模体的实验，高剂量率质子束的能量分别为190、200、210及225MeV。</span><span>在每种能量下，被照射水模体MR图像或是在预期的剩余射程位置上出现一条明显“晃动”的高信号伪影，或是基于所选的MR脉冲序列显示出模拟笔形束剂量分布的MR信号。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>“我们首次利用MR成像显示了质子束在水中的射程，” Dr. Hoffman说，“因为能够看到束流的实时位置，这可以成为实施MR集成质子治疗系统QA流程的有力工具。</span><span>” 目前，Dr. Hoffman及其团队正在研究这项结果是否可以应用于临床。</span></p><p><br  /></p><p><a data-miniprogram-appid="wxdc7efe409d688f37" data-miniprogram-path="pages/index/index" data-miniprogram-nickname="智械采购" href="" data-miniprogram-type="image" data-miniprogram-servicetype="" href=""><p><img src="image/20201014/8edb31f87313bf5aa17544207dad3968_4.gif" /></p></a></p><p><br  /></p><section data-role="outer" label="Powered by gulangu"><section data-role="paragraph" data-color="#757576"><section data-role="paragraph"><section><section><section data-brushtype="text"><strong>相关阅读</strong></section></section></section><section><section></section></section><section data-width="100%"><section><section><section><section data-width="100%"><section data-tools="gulangu" data-id="87578" data-color="#6aa9ad" data-custom="#59c3f9"><section><p><img src="image/20201014/2aac877ff9233ba5a66e7a5ff3a4febf_5.gif" /></p></section><section data-brushtype="text">戳一下，更有料！</section></section><section data-tools="gulangu" data-id="87578" data-color="#6aa9ad" data-custom="#59c3f9"><section data-brushtype="text"><br  /></section></section><section data-tools="gulangu" data-id="87578" data-color="#6aa9ad" 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