Un paso importante hacia la obtención de imágenes en vivo en la terapia de protones
En el Centro Nacional para la Investigación de la Radiación en Oncología: los investigadores de OncoRay HZDR combinan imágenes de resonancia magnética con haces de protones. Crédito: ASG Superconductors
Los investigadores del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) quieren construir el primer prototipo del mundo que rastrea tumores en movimiento con imágenes de resonancia magnética (IRM) en tiempo real durante la terapia de protones. Están combinando un dispositivo de resonancia magnética abierto giratorio, diseñado para el sistema LINAC-MR de los Servicios de Salud de Alberta, con un haz de protones de tipo clínico escaneado activamente en OncoRay, el Centro Nacional para la Investigación de la Radiación en Oncología con sede en Dresden. El dispositivo de resonancia magnética giratorio es producido por ASG Superconductors, utilizando su imán superconductor de diboruro de magnesio (MgB2) libre de helio. La resonancia magnética en tiempo real permitiría sincronizar el haz de protones con el movimiento del tumor durante la administración de la dosis de radiación. Hasta ahora, esto ha sido imposible y, por lo tanto, fue un factor limitante para el tratamiento de tumores en movimiento con esta prometedora terapia contra el cáncer.
La terapia de protones es una tecnología de radiación emergente para irradiar tumores sin afectar el tejido circundante mejor que la radiación convencional basada en rayos X debido a la profundidad de penetración finita de los protones. Sin embargo, la eficacia de la terapia de protones está limitada por el movimiento del tumor, los cambios anatómicos durante la terapia y las imprecisiones en la configuración del posicionamiento del paciente. «Con las imágenes de rayos X a bordo actualmente disponibles en el sistema de terapia de protones, no obtenemos imágenes en vivo de alto contraste de hacia dónde apuntamos y qué golpeamos», dice el Dr. Aswin Hoffmann del Instituto de Radiooncología HZDR OncoRay, describiendo el problema fundamental. «Por lo tanto, cuando tratamos tumores en movimiento, tenemos que utilizar márgenes de seguridad bastante amplios alrededor del tejido tumoral, lo que reduce la precisión de la orientación y aumenta el riesgo de efectos secundarios en los tejidos circundantes».
Los expertos se mostraron escépticos
Especialmente con tumores que se mueven constantemente durante la respiración o la digestión, el tejido sano que rodea inmediatamente al tumor puede recibir demasiada dosis de radiación, mientras que el propio tejido tumoral recibe muy poca. Hasta ahora, en la terapia de protones no ha estado disponible ninguna tecnología de imagen adecuada para visualizar el tumor y su movimiento durante la radiación con alto contraste de tejidos blandos. La solución podría ser la resonancia magnética, que ofrecería varias ventajas, como explica Hoffmann: «La resonancia magnética proporciona un contraste de tejido blando sin igual combinado con una alta resolución espacial y temporal. Además, a diferencia de las imágenes de rayos X, la resonancia magnética no deposita ningún ionizante adicional». dosis en el tejido». Sin embargo, la integración de la resonancia magnética en los sistemas de terapia de protones demuestra ser un gran desafío tecnológico. Durante mucho tiempo, la llamada resonancia magnética en haz se consideró imposible.
Para adquirir imágenes nítidas y geométricamente precisas, los escáneres de resonancia magnética funcionan con campos magnéticos predefinidos con precisión. En el ciclotrón, los protones son acelerados por un campo eléctrico (de radiofrecuencia) que varía rápidamente y se mantienen en una trayectoria espiral por un campo magnético estático. Durante el transporte a la sala de radiación, el haz también es guiado y mantenido en forma por campos magnéticos. «Los expertos postularon que estos campos electromagnéticos interferirían con el escáner de resonancia magnética y viceversa, distorsionando la imagen de resonancia magnética e impactando la distribución de la dosis de protones administrada en el tejido», explica Aswin Hoffmann. En los últimos años, el físico médico y su grupo de investigación han podido demostrar, por primera vez a nivel mundial, que en general es tecnológicamente posible combinar ambos sistemas, para confirmar experimentalmente la presencia de estos efectos, pero también para poder compensarlos. Con este fin, colocaron un escáner de resonancia magnética de campo bajo abierto con una intensidad de campo magnético de 0,22 Tesla (unidad de resonancia magnética Paramed de superconductores MRJ2200ASG) en la trayectoria del haz de protones y mostraron una buena calidad de imagen de resonancia magnética durante la irradiación con un haz estático.
Infraestructura y colaboración únicas
Con el nuevo dispositivo de resonancia magnética y sus capacidades de generación de imágenes de alto contraste y en tiempo real para los órganos del tórax, el abdomen y la pelvis, el equipo de Hoffmann ahora tiene la intención de construir un primer prototipo que podría usarse clínicamente en algún momento, como explica el investigador: «Lo especial de este escáner de resonancia magnética es que se puede girar alrededor del paciente en relación con el haz, lo que nos permite estudiar los efectos del haz dosimétrico y biológico para campos magnéticos de resonancia magnética tanto perpendiculares y paralelo al haz de protones». Un equipo de físicos, ingenieros y médicos tiene la oportunidad de llevar a cabo esta investigación única en una sala experimental adyacente a la sala de tratamiento de pacientes en las instalaciones de terapia de protones de OncoRay.
Aprovechando su experiencia previa conjunta con el El escáner de resonancia magnética de 0,22 Tesla, que generalmente se usa para examinar las extremidades, el fabricante ASG Superconductors, ahora está produciendo un dispositivo de resonancia magnética abierta de intensidad de campo medio con una intensidad de campo magnético de 0,5 Tesla, que se adapta específicamente a los requisitos de tiempo real. Radioterapia guiada por resonancia magnética del grupo Alberta Health Services LINAC-MR y su empresa derivada MagnetTx Oncology Solutions. Los ingenieros de MagnetTx Oncology Solutions también están desarrollando el pórtico que se requiere para rotar el escáner de resonancia magnética, así como los métodos de procesamiento de imágenes para rastrear automáticamente el tumor en tiempo real. El diseño y la fabricación de todo el dispositivo de 30 toneladas se encuentra actualmente en pleno desarrollo. En el verano de 2022, el equipo planea incorporarlo en la línea de haz de protones experimental similar a la clínica escaneada activamente en las instalaciones de OncoRay.
«Es muy emocionante para ASG Superconductors ser parte de este proyecto en colaboración con HZDR y MagnetTx», dijo Marco Belardinelli ASG Paramed MRI Unit Director y agrega, «ver nuestra tecnología superconductora MgB2 y MRI utilizada como un componente clave en aplicaciones nuevas e innovadoras como esta, que en última instancia beneficiará a los pacientes y la comunidad médica, nos enorgullece y nos da aún más confianza de que estamos avanzando en la dirección correcta».
«Nuestra asociación con HZDR y ASG ha sido extremadamente positiva». dijo Mike Cogswell, presidente y director ejecutivo de MagnetTx. «Esperamos continuar trabajando juntos para mejorar la industria del tratamiento del cáncer».
«Gracias a esta colaboración entre HZDR y socios industriales internacionales, mi equipo y yo estamos un gran paso más cerca de nuestro objetivo de traer innovación significativa en el campo, especialmente en la terapia de protones guiada por imágenes en tiempo real», dice Aswin Hoffmann, describiendo su perspectiva optimista.
Explore más
Imágenes de alto contraste para la terapia del cáncer con protones Más información: Aswin Hoffmann et al. Terapia de protones guiada por RM: una revisión y una vista previa, Oncología de radiación (2020). DOI: 10.1186/s13014-020-01571-x
Sebastián Gantz et al. Caracterización de interferencias magnéticas y artefactos de imagen durante imágenes de RM en haz simultáneas y escaneo de haz de lápiz de protones, Física en Medicina y Biología (2020). DOI: 10.1088/1361-6560/abb16f Información de la revista: Física en Medicina y Biología