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德国研制出世界首台MRI引导的质子治疗原型机

2019年01月24日 作者:质子中国

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磁共振(MR)引导作为一种实时的放疗监控手段正越来越多的受到放疗领域的关注。这种方式可提供更好的软组织对比度,也能够追踪分次内的肿瘤运动。结合磁共振成像技术的光子放疗设备已经应用于临床,但目前尚没有将磁共振设备与质子治疗相结合的系统问世。


日前,来自德国Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf研究所(HZDR)肿瘤放射研究中心(OncoRay)的团队首次成功地将一台低场MR扫描仪与固定质子研究束线(static proton research beam line)相整合,并且实验表明在技术上可以同时实现质子出束和磁共振扫描。原文发表于《Physics in Medicine & Biology》杂志上。


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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


“我们并不能确切知道质子是否精确地按计划照射到肿瘤部位,” HZDR研究所磁共振引导放疗研发组负责人Dr. Aswin Hoffmann说道,“现在的做法是在肿瘤部位增加一个合适的外扩边界,但是对于定位更加准确的照射技术来说,这样会使得正常组织受到更多的损伤,这意味着我们并未充分开发质子治疗的应用潜力。”


Hoffman和他的团队试图改变这种现状,通过与IBA合作,他们的研究目标是在质子治疗的同时使用实时MR成像(MRI),提高照射的精确度。


技术难点


实现这种目标的难点之一是MRI设备和质子治疗设备之间的电磁场干扰。Hoffman 表示:“当我们在三年半之前开始项目的时候,许多同行持怀疑态度,他们认为由于两者的电磁相互干扰,集成两种设备是不可能的,但我们证明MR成像能够与质子束相整合。”


另一个困难是带电质子在磁场中运动会受到洛伦兹力的影响,在组织中的沉积路径会发生偏移,但研究人员也已经证实这种偏移可以被计算修正。


研究团队利用OncoRay的回旋加速器引出质子束,并在一条水平管道上开展实验。他们在质子束路径上安装了一台开放MRI扫描仪(open MRI scanner),用来评估束流和MR成像的相互影响。


研究结果


实验首先选择了一名健康志愿者和一名上臂软组织肉瘤患者在不出束情况下进行MR扫描,获得的图像经评估后完全能够用于靶区勾画和位置验证。研究人员同时使用了组织模拟模体获得了在不出束、加束流线磁场以及质子束照射情况下的MR图像,结果显示无束流导致的图像质量变差情况。


在另外的一系列实验中,研究人员在上述三种情况下(无束流/加束流线磁场/出束)获得的MR图像在频率编码方向(frequency-encoding direction)上出现了亚毫米级别的空间均匀偏移,但这种偏移是可以修正的,并且没有发现额外的伪影或变形。


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在无束流(a)、加束流线磁场(b)以及215 MeV质子束照射(c)情况下的香肠MR成像;(d–f)显示(垂直)频率编码方向上的亚毫米级别空间均匀偏移


团队正在进行下一阶段的研究工作,将研制世界上首台应用于临床的MR引导的质子治疗设备。(质子中国 编辑报道)


信息来源:Science Daily,biophotonics.world

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MRI引导 质子治疗原型机

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