OncoRay中心的研究人員將磁共振成像與質子束照射結合起來(點擊觀看視頻)
 

德國HZDR研究所的研究人員致力于建立世界上第一個磁共振實時成像原型機，用于在質子治療期間實時追蹤移動的腫瘤。他們結合使用了一個旋轉開放式磁共振成像設備，該設備是為亞伯達省衛生服務中心的直線加速器-磁共振系統設計的。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)的一個主動式掃描的近臨床用質子束相結合。旋轉MRI設備是由ASG Superconductors公司生產的，其中的磁鐵采用的是無氦超導二硼化鎂(MgB2)磁鐵。實時磁共振成像將使質子束照射與腫瘤運動同步成像成為可能。

技術背景

質子治療是一種新興的放射治療技術，由于質子束的布拉格峰物理優勢，相比于傳統的X射線放療，在保證治療效果的同時能更好地保護周圍正常組織。然而，質子治療的有效性受到腫瘤運動、治療過程中解剖學上的改變和患者擺位設置不準確的限制。德國OncoRay中心的Aswin Hoffmann博士說到：“目前質子治療系統的機載X射線成像無法獲得靶向瞄準的地方和實際照射地方的高對比度實時圖像。因此，當我們治療移動腫瘤時，必須在腫瘤組織周圍使用相當大的安全邊際，這降低了靶向治療的準確性，同時也增加了對周圍組織產生副作用的風險。”

特別是對于在呼吸或消化過程中不斷移動的腫瘤，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，在質子治療中，還沒有合適的成像技術來顯示腫瘤與其照射過程中的同步運動。這個問題可能會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間分辨率，可以提供非常好的軟組織成像對比度。此外，與X射線成像不同的是，核共振成像不會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子治療系統被證明是一個重要的技術挑戰。在很長一段時間里，所謂的束內磁共振(in-beam MRI)被認為是不可能的。

為了獲得清晰和精確的圖像，磁共振系統使用精確預定義的磁場進行成像操作。在回旋加速器中，質子束被快速變化的(射頻)電場加速，并被靜態磁場約束在螺旋軌道上。束流在被傳送到治療室的過程中，束流也會被磁場引導和保持形狀。Hoffmann博士解釋說，專家們推測這些電磁場會干擾核磁共振，反之亦然，會使核磁共振成像扭曲，影響組織中的質子劑量分布。近年來，醫學物理師已經能夠實驗證實這些效應的存在，但也能夠大大彌補這些問題。為此，他們將一個磁場強度為0.22特斯拉的開放低場磁共振系統(MRJ2200 ASG Superconductors)置于質子束路徑中，結果顯示在靜態束流照射過程中磁共振圖像質量顯示良好。

獨特的基礎裝置和合作

基于這種新型MRI設備及其對胸部、腹部和骨盆器官的實時、高對比度成像能力，Hoffmann博士的團隊正建立第一個原型機，該原型機可能會在某些階段用于臨床。正如研究人員解釋的那樣：“這個核磁共振掃描系統的特別之處在于，它可以圍繞患者相對于質子束旋轉，使我們能夠研究垂直于和平行于質子束的核磁共振磁場的劑量學和生物學效應”。一個由物理師、工程師和醫生組成的團隊有機會在OncoRay質子治療中心的患者治療室附近的一間實驗室內進行這項獨特的研究。

基于他們之前聯合使用的0.22特斯拉MRI掃描系統(通常用于檢測肢體)的經驗，ASG Superconductors制造商現在正在生產一種中等磁場強度的開放式MRI設備，其磁場強度為0.5特斯拉，這是專門適應于亞伯達衛生服務中心的LINAC-MR集團及其子公司MagnetTx Oncology Solutions實時磁共振引導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需要旋轉MRI掃描系統的機架，以及自動實時跟蹤腫瘤位置的圖像處理方法。目前整個30噸重的設備的設計和制造正在全面展開。2022年夏天，該團隊計劃將其納入OncoRay質子設施的主動式掃描、近臨床實驗性質子束線。

ASG負責人Macro Belardinelli表示：“ASG Superconductors與HZDR及MagnetTx合作共同完成這一項目是一件非常令人興奮的事情。看到我們的MRI和硼化鎂超導技術作為該項新穎和創新應用中的關鍵組件，并且這將最終造福患者和醫學界，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”。

“我們與HZDR和ASG的伙伴關系非常積極融洽，”MagnetTx總裁兼首席執行官Mike Cogswell說，“我們期待著繼續共同努力，以改善癌癥治療行業”。

Hoffmann博士在描述他的樂觀前景時表示：“由于HZDR和國際工業合作伙伴的合作，我和我的團隊離我們的目標又近了一大步，尤其是實時圖像引導質子治療，為該領域帶來了重大創新”。