پزشکی بالینی

MRIGRT روشي براي درمان تومورهاي سرطاني

 در راديوتراپي مدرن عدم قطعيت در مورد محل و شكل تومور  و ريسك در مورد ارگان‌هاي اطراف، هنوز به عنوان يك محدوديت براي ماكزيمم دوز تومور مطرح است، در هنگام درمان تومور به وسيله پرتودرماني ، انرژي پرتو بر روي هدف متمركز است و به دليل آنكه پزشك دقيقا تومور را نمي‌بيند از تصاوير از قبل به دست آمده استفاده مي شود. در مواردي نظير ريه ها كه متحرك هستند اين مسئله يك محدوديت جدي به حساب مي آيد،  به علاوه جهت اطمينان از تحت پوشش قرار گرفتن كامل تومور در حين راديوتراپي يك حاشيه از اطراف تومور بايد تحت درمان قرار گيرد. نتيجه ناخواسته اين استراتژي آن است كه بافت سالم نيز همراه اين حاشيه مورد پرتو دهي قرار مي گيرد و در نتيجه ماكزيمم دوز توسط ميزان Toxicity اين بافت سالم تعيين مي شود. در اين مقاله به معرفي يك سيستم شتاب دهنده راديوتراپي مي پردازيم كه با MRI تركيب شده است.

 ايــن سـيـسـتــم مــركــب اجــازه پــرتـوافكنـي و تــصـــويـــربــرداري MR را بــه صــورت هــم‌زمــان مـــي‌دهـــد. در ايـــن سـيـسـتــم  تـمــامــي ظــرفـيــت تــصـــويـــربـــرداري تــشـخـيـصــي MRI مــي تــوانــد مورد استفاده قرار گيرد. اين ايده قوي راه را براي بـــكــــــار بـــــردن يـــــك مـــــدل بـــــالـــيـــنـــــي بـــــه نـــــام  MRI-Guided Radiation Testing (MRIGRT)  بـاز مـي كنـد.در راديـوتراپي، ثابت نگه داشتن هــدف و بــافــت هــاي ســالــم و عــدم قـطـعيـت ژئـومـتـري بيمار از دلايل اصلي درمان ناقص اســـت. بـــه خــصـــوص در راديـــوتـــراپــي هــاي هوشمند نظير راديوتراپي استريو تاكتيك و يا  (Intensity Modulated Radiotherapy (IMRT، بـــه ابــزارهــا و روش هــايــي بــراي افـزايـش دقـت و صـحـت نـيـازمـنـديـم. اخيرا مطالعات زيادي در زمـيـنـه فـنـاوري هـاي تـصـويـربـرداري به منظور هدايت سيستم هاي تصويربرداري انجام گرفته است. هدايت با تصوير در راديوتراپي وسيله اي است براي :
1- كاهش تفاوت بين موقعيت اندازه گيري شده و پيش بيني شده طراحي بيمار براي كاهش خطاي( interfractional )
2- پايش و تصحيح خطاي Interfractional كه عموما به دليل حركت داخلي تومور و بافت هاي طبيعي رخ مي دهد.
3- رديابي به هنگام (real time) تومور و نشانگر marker :  بدون سيستم به هنگام هدايت با تصوير،‌ براي درمان تومورهاي متحرك نيازمند لبه ايمن بسيار بزرگي خواهيم بود تا دوز كامل را به تومور بدهيم. با معرفي IGRT لبه ايمن را مي توان كاهش داد و تراز دوز مناسب را به تومور وارد كنيم.
ابزارهاييرا كه براي توسعه IGRT تا به حال توسعه يافته اند  مختصرا‌ معرفي كنيم :
1- تصويربرداري پورتال با استفاده از منابع مگاولتاژ :
فيلم هاي پورتال و سيستم تصويربرداري الكتروني پورتال: (EPID) بيشترين توسعه فنـاوري‌تصـويـربـرداري X-Ray،‌ تصـويـربـرداري پـورتـال اسـت  كـه عبـارت است از، راديوگرافي از بيمار با استفاده از منبع درمان مگاولتاژ. فناوري فيلم هاي پورتال در سال‌هاي اخير توسعه يافته است  و با معرفي سريال هاي ECL كداك و توسعه سيستم راديوگرافي كامپيوتري به عنوان يك سيستم تصحيح off-line به كار مي رود. پيشرفت وسايل تصويربرداري الكتروني پورتال (EPID) راه را براي توسعه استراتژي هاي online هموار كرده است. با پيشرفت هاي اخير فناوري هاي تصويربرداري پورتال، كنتراست پـائين ذاتي تصويرهاي مگاولتاژ كم كم جاي خود را به سيستم هاي تصويربرداري پيشرفته كيلوولتاژ روي شتاب دهنده خطي پزشكي مي دهد.

راديوگرافي كيلوولتاژ و فلوروسكوپي
room based or gantry based system
تلاش هاي بسياري براي مجتمع كردن سيستم هاي راديوگرافي kv يا فلوروسكوپي با سيستم هاي راديوتراپي صورت گرفته است. سيستم هاي مختلف تصويربرداري kv نـظـيــر تـيــوب هــاي اشـعــه x مـنـفـرد يـا دوتـايـي بـر روي گـانتـري شتـاب دهنـده خطـي (on-board imaging system) و سيستم تصويربرداري kv در اتاق وجود دارند. هر دو سيستم به منظور محلي سازي  و موقعيت سنجي ساختارهاي استخواني يا نشانگرها طراحي شده اند. كيفيت تصاوير حاصل از راديوگرافي kv براي تشخيص اين ساختارها به قدر كافي مناسب است ولي تغييرات ژئومتري نسبي ساختارهاي بافت نرم حين درمان را نمي توان با اين سيستم ها آشكار كرد. در سيستم هاي تيوب اشعه x منفرد نصب شده روي گانتري براي به دست آمدن اطلاعات سه بعدي نيازمند چرخش گانتري هستيـم و ايـن چـرخـش مـوجـب تغييـرات ژئـومتـريـك بـافـت هـا مـي شـود. Shirato و هـمـكـارانـش سـيـسـتـم room-based بـا چـهـار سـيستم تصويربرداري ( منبع اشعه x و آشـكـار ‌سـاز ) را مـعـرفـي كـرده انـد كـه امـكـان پـايـش اسـتـريو مداوم با توجه به زاويه شتاب‌دهنده خطي را فراهم مي كند . آن‌ها از يك نشانگر طلا درون يا نزديكي تومور استفاده مي كنند و سپس راديوتراپي را تحت سيستم فلوروسكوپي room-based با رديابي به هنگام نشانگر انجام مي دهند. اين سيستم در درمان تعدادي از تومورهاي باليني استفاده شده و براي شرايطي كه حركت تومور در فاصله زماني بين تقطيع ها نگران كننده است، كاربرد بينابي دارد. Cyberknife نيز مثال ديگري از سيستم تصويربرداري كيلوولت in room براي تصحيح online است.

CT با دسته پرتو مخروطي بر روي شتابدهنده خطي
(Cone beam CT on the linear accelerator)
با توجه به پيشرفت‌هاي اخير در زمينه فناوريآشكارسازهاي با Panel سطح بزرگ،‌ مـي تـوان بـا تـغـيـيـري كـوچـك در gantry تـصـاويـر حـجـمي به دست آورد. Jaffary و همكارانش اين روش را توسعه داده و تصاويري با كيفيت خوب را كه در آن ها ساختار بـافـت نـرم بـه خـوبـي قـابـل مـشـاهـده شـدن اسـت   بـه عنوان نمونه گزارش كرده اند. سـيـسـتـم‌هـاي CT بـا دسـتـه پـرتـو مـخـروطـي مـزايـاي تـركيبي پايش فلوروسكوپيك و تصويرگيري حجمي را به طور هم‌زمان در محل درمان فراهم مي كند و براي تصحيح موقعيت بيمار به صورت on-line بسيار مفيد است. اين روش امكان تصويربرداري از بافت نرم در هنگام درمان و پايش راديوگرافيك به هنگام در طول درمان را فراهم مي كند.

CT كيلوولتاژ در اتاق درمان
قراردادن يك سيستم CT معمولي در اتاق درمان در يك موقعيت مشخص نسبت به ناحيه هم مركز (iso center) شتاب‌دهنده خطي براي هدايت سيستم درمان ضروري است. Uematsu و همكارانش اين روش را توسعه داده و كاربرد آن را در بسياري از مكان هاي باليني اثبات كرده اند. از ديد آن ها بيماران بين يك سيستم شبيه ساز معمولي، يك اسكنر CT معمولي و شتاب دهنده خطي، در حالي كه روي تخت درمان قرار دارند در حال جابه جايي هستند. در نتيجه تصحيح online به راحتي قابل انجام بوده و دقت نهايي سيستم براي بخش‌هاي آناتوميك  حساس نظير stereo tatic radiosurgery مغز كمتر از ميلي متر گزارش شده است. اين افراد مزيت هاي فلورسكوپي و CT در اتاق درمان را ثابت كرده‌اند.

CT مگاولتاژ (MVCT)
سيستم هاي تصويربرداري MVCT در ابتدا به منظـور دسـت‌يـابـي بـه تخميـن صحيـح دانسيتـه الكتروني در طرح درمان توسعه يافتند و استفاده از آن ها در طراحي درمان بيمار و تعيين موقعيت تومور بعدها رخ داد. سه راه مختلف براي روش MVCT وجــود دارد نـظـيــر تـكـنـيــك تـك بـرش، MVCT بــــا دســتــــه پــــرتــــو مــخــــروطـــي و روش Nakagawa Tomotherapy   و هــمــكـــارانـــش از MVCT بــراي تـصـحـيــح online درمــان اسـتـفـاده كرده اند. اين روند شامل وضعيت دهي به بيمار با توجه به نشانگرهاي پوستي، تهيه يك برش MVCT، ارزيابي و تنظيم موقعيت بيمار مي شود. ايـن افـراد گـزارش كـردنـد كه كيفيت پائين اين تصاوير استفاده از آن را در ضايعات ريه محدود مي كند.

تصويربرداري هاي on-board
 سيستم هاي kv-kv و kv-mv بر روي (gantry)
ابزار مورد استفاده در پرتودرماني با هدايت تصاوير بايد تمام خصوصياتي  راكه در بالا اشاره كرديم  داشته باشد يعني براي تعيين set up بيمار بايد از نشانگرهاي قابل اعتماد استفاده شود. به اين منظور سيستم هاي  on board kv-kv از نظر كـيـفـيـت تـصـويـر ايـده آل به نظر مي رسند ولي پيشرفت‌هاي اخير سيستم هاي Panel مسطح حـسـاس‌تـر بـراي پـرتـوهـاي ايـكـس MV امـكـان رديـــابـــي بـــه‌هـنـگـــام نـشـــانـگـــرهـــا را بـــا كـمـــك فـلـورسـكـوپـي kv بـه عـنوان يك سيستم on board kv-mv در آينده فراهم خواهد كرد.
در ادامــه بــه مـعــرفــي روشــي جــديــد بــه نــام MRIGRT خواهيم پرداخت.

مفهوم  MRIGRT
اين سيستم يك شتاب دهنده است كه بر روي يك حلقه اطراف MRI نصب شده است و با اعمال تغييراتي بر روي اين سيستم منجر به عملكرد هم‌زمان و بدون اختلال دستگاه شده است.
در نمونه اوليه كه يك طرح استاتيك است  يك ساختمان مكانيكي ساده پياده سازي شده است. در اين نمونه، شتاب دهنده به فاصله 5/1 متري از مركز MRI و در كنار آن قرار مي گيرد (شكل 1)  .
شعاع  MRI يك متر بوده و بيمار در فاصله نيم متري از سطح مغناطيسي MRI قرار مي‌گيرد.
نمونه بعدي نمونه پيشرفته از  MRIGRT است. در ادامه مشخصات و اصلاحات به عمل آمده در شتاب دهنده MRI و اتاق درمان را بررسي مي كنيم (شكل 2.)
اجزاء نشان داده شده در شكل 2 عبارتند از :
1MRI -،   2- شتاب دهنده قرار گرفته بر روي يك حلقه اطراف  MRI،3 كويل گرادياني 4- كويل هاي ابر رسانا ، 5- ميدان مغناطيسي پراكنده اطراف MRI
شتاب دهنده : د ر اين سيستم  شتاب دهنده 6MV با نرخ دوز   cGY/min350 در فاصله يك متري از مركز قرار گرفته است.
2-كوليماسيون به وسيله اجزاء مختلفي كه بين منبع و قسمت مغناطيسي قرار دارد صــورت مــي گـيــرد. اجــزاء فــولادي شـتــاب دهـنــده در ايــن سـيـسـتــم بــا نمـونـه هـاي غير‌فرومغناطيسي جايگزين شده اند و به جاي گنتري فلزي از يك چارچوب چوبي استفاده مي شود.
3- سيستم  MRI 1/5 :MRI  تسلايي مورد استفاده قرار گرفته كاملا مستقل از شتاب دهـنـده عـمـل مي كند. تمامي كويل هاي RF در سيستم به كار برده شده ولي عموماً كويل‌هاي Q-body ، كويل C‌1 Surface و كويل سر استفاده مي شوند. همچنين از يك كويل بدن چند كاناله (SENSE) استفاده شده است. در اين سيستم تغييراتي نيز در قسمت مگنت و كويل گرادياني داده مي شود. 

4-اتاق درمان : دستگاه MRIGRT در يك اتاق درماني استاندارد مخصوص تابش اشعه نصب مي شود، براي اطمينان از ايمني پرتو، از يك بازدارنده پرتو در اتاق كنترل استفاده مي شود، به علاوه   لوله هاي آب خنك كننده  براي خنك كردن محيط اطراف MRI در سقف اتاق درمان تعبيه مي شود . معمولا  دستگاه MRI داخل قفس فارادي قرار داده مي‌شود، تا هم از اغتشاشات RF محيط بيرون بر عملكرد MRI جلوگيري شود و هم از اثرات تداخلي تابش هاي  RF مربوط به  MRI بر‌تجهيزات اطراف پيشگيري كند. در اين سيستم، اين بدان معني است كه شتاب دهنده و اطراف آن بايستي در داخل اين قفس قرار گيرند كه نتيجه آن ايجاد تداخل RF بين MRI و شتـاب‌دهنـده اسـت بنابراين شيلد كردن RF از MRI با قرار دادن دو قفس RF در دو سمت MRI انجام مي‌پذيرد.
مشكـل ديگـر ميـدان مغنـاطيسـي پـراكنـده در اطـــراف اتـــاق درمـــان اســـت. ايــن مـيــدان هــاي مغناطيسي بين 1 تا 3 برابر ميدان مغناطيسي زمين هـستند. در اين دستگاه براي جبران اين ميدان اضافي ، از سيستم هاي كنترل استانداردي كه براي جبران ميدان مغناطيسي زمين به كار برده مي شوند استفاده مي شود.در شكل زير كه از يك ريـــه گـــرفـتــه شــده اســت مــي‌تــوان عــدم تــاثـيــر شتاب‌دهنده بر تصوير گرفته شده توسط MRI را نشان داد. اين تصاوير عدم تفاوت بين تصاوير MRI و MRIGRT را نشان مي دهد.

نتيجه گيري
ســـيـــســـتـــــم فـــــوق امـــكـــــان راديــــوتــــراپــــي و تـصـويـربـرداري MR را بـه طـور هـمزمان فراهم مي‌كند. ضمن آنكه هر دو سيستم مستقل از هم عمل مي كنند. ايده استفاده از اين سيستم نويد عصر جديدي از درمان بدون ضرر تومور ها را با عنوان  MRIGRT فراهم  كرده كه هم اكنون درحال توسعه و بهبود كارايي هستند

منابع:

[1] B W Raaymakers , J J WLagendijk , " Integrating a 1.5 T MRI scanner with a 6 MVaccelerator "
[2] Berbeco R I, Jiang S B, Sharp G C, Chen G T Y, Mostafavi H and Shirato H 2004 Integrated radiotherapy imaging system (IRIS): design considerations of tumour tracking with linac gantry-mounted diagnostic x-ray systems with ?at-panel detectors Phys. Med. Biol. 49 243-55
[3] Fahrig R, Butts K, Rowlands J A, Saunders R, Stanton J, Stevens G M, Daniel B L, Wen Z, Ergun D L and Pelc N J 2001 A truly hybrid interventional MR/x-ray system: feasibility demonstration J. Magn. Reson.Imaging 13 294-300
[4] www.prin.ir

منبع: نشریه مهندسی پزشکی شماره ۱۱۴