Een internationaal team van wetenschappers heeft 's werelds eerste computertomografie (CT)-beelden gemaakt van biologisch weefsel met behulp van protonen - een belangrijke stap in de richting van het verbeteren van de kwaliteit en haalbaarheid van protontherapie voor kankerpatiënten over de hele wereld.

Het baanbrekende werk betekent dat gedetailleerde driedimensionale afbeeldingen van de anatomie van een patiënt nu kunnen worden gemaakt met behulp van protonen in plaats van röntgenstralen. en dit zal protontherapie een meer levensvatbare optie maken voor miljoenen kankerpatiënten.

Protontherapie is een nieuwe vorm van radiotherapie die snel in belang toeneemt als middel om moeilijke tumoren te behandelen en kinderen en jongeren met kanker te behandelen. In het Verenigd Koninkrijk, twee NHS-protontherapiecentra zullen binnen de komende twee jaar worden geopend, in Londen en Manchester.

Door protonen te gebruiken om CT-beelden te maken van de anatomie en tumor van een patiënt, wetenschappers en artsen zullen nu in staat zijn om de tumor zelf nauwkeuriger te richten en ervoor te zorgen dat er veel minder straling wordt afgezet in het omliggende gezonde weefsel.

Deze grote doorbraak werd gerealiseerd door het internationale PRaVDA-consortium, onder leiding van Distinguished Professor of Image Engineering Nigel Allinson MBE aan de Universiteit van Lincoln, VK. Zijn team heeft gewerkt in de protontherapie-faciliteit in het iThemba LABS, Zuid-Afrika, met behulp van de South African National Cyclotron - een soort deeltjesversneller - en ze zijn de eersten ter wereld die Proton CT-beelden van klinische kwaliteit produceren.

"Om deze Proton CT-beelden te produceren, we hebben een uniek medisch beeldvormingsplatform gebouwd dat dezelfde hoogenergetische deeltjes gebruikt die worden gebruikt om een ​​tumor te vernietigen tijdens een protontherapiebehandeling, " legde professor Allinson uit. "Net als röntgenfoto's, protonen kunnen weefsel binnendringen om diepe tumoren te bereiken. Echter, vergeleken met röntgenstralen, protonen veroorzaken minder schade aan gezond weefsel voor de tumor, en helemaal geen schade aan achterliggend gezond weefsel, waardoor de bijwerkingen van bestralingstherapie aanzienlijk worden verminderd.

"De beelden die we hebben gemaakt, zijn in feite van een bescheiden lamskotelet, maar ze benadrukken het fantastische potentieel voor het gebruik van Proton CT-beelden om de behandeling van kanker in de zeer nabije toekomst te ondersteunen - als onderdeel van het planningsproces, maar ook tijdens en na de behandelingen.

"Protontherapie zal waarschijnlijk de voorkeursmethode voor radiotherapie worden voor de meeste vormen van kanker bij kinderen, aangezien de ongewenste blootstelling aan straling van gezond weefsel sterk wordt verminderd, en dus ook het risico op tweede kankers later in het leven. De mogelijkheid om een ​​hoge dosis toe te dienen in een kleine regio is het belangrijkste onderliggende voordeel van protontherapie, een nauwkeurige planning is echter absoluut essentieel om ervoor te zorgen dat de dosis de doeltumor niet over het hoofd ziet."

Het team heeft hun eerste Proton-CT-opname vergeleken met een conventionele röntgen-CT. Hoewel de Proton CT momenteel iets waziger is dan het röntgenbeeld, het laat precies zien hoe protonen interageren met weefsels - op dezelfde manier als de behandelingsprotonen.

Momenteel in protontherapie, er is een aanzienlijke mate van onzekerheid in het bereik en de nauwkeurigheid van protonen tijdens de behandeling. Indien gepland met behulp van CT-röntgenbeelden, er kan een discrepantie van 3-5% zijn in termen van waar de protonenstraal raakt en zijn energie afgeeft, cellen vernietigen. Met proton-CT-beelden, deze onzekerheid wordt teruggebracht tot minder dan 1%.

PRaVDA heeft de laagste onzekerheid ooit gemeten in de relatieve stopkracht van protonen bij tests op een reeks weefselsurrogaten. De relatieve remkracht van protonen is de belangrijkste parameter om radiotherapiebehandelingen nauwkeurig te kunnen plannen.

In aanvulling, het PRaVDA-team heeft ontdekt dat er een aantal meetbare parameters zijn van protonen als ze door de patiënt gaan, die een reeks complementaire CT-beelden zal produceren. Deze bevinding opent een geheel nieuw veld voor medische beeldvorming - een veld dat zal worden geëxploiteerd in de volgende generatie van PRaVDA's unieke medische beeldvormingsinstrument.

Deze technologie vertegenwoordigt een van de meest complexe medische instrumenten die ooit zijn ontwikkeld, omdat beeldvorming met protonen zo uitdagend is. Miljoenen protonen vormen een enkel beeld en elk deeltje moet afzonderlijk worden gevolgd vanaf het punt waar het de patiënt binnenkomt tot het punt waar het deeltje verlaat.