Construyendo el primer prototipo del mundo para rastrear tumores en movimiento con resonancia magnética en tiempo real durante la terapia de protones



Los investigadores de Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) quieren construir el primer prototipo del mundo que rastrea tumores en movimiento con imágenes de resonancia magnética (MRI) en tiempo real durante la terapia de protones. Están combinando un dispositivo de resonancia magnética abierta giratoria, diseñado para el sistema LINAC-MR de Alberta Health Services, con un rayo de protones similar clínicamente escaneado activamente en OncoRay, el Centro Nacional de Investigación Radiológica en Oncología con sede en Dresde.

El dispositivo rotatorio de resonancia magnética es producido por superconductores ASG, utilizando su imán superconductor de diboruro de magnesio (MgB2) sin 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 tratar 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 disponibles actualmente en el sistema de terapia de protones, no obtenemos imágenes en vivo de alto contraste de hacia dónde apuntamos y qué estamos alcanzando”, 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 grandes alrededor del tejido tumoral, lo que reduce la precisión de la focalización y aumenta el riesgo de efectos secundarios en los tejidos circundantes”.

Los expertos se mostraron escépticos

Especialmente con los 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 tejido tumoral en sí recibe muy poca. Hasta ahora, en la terapia de protones no se disponía de una tecnología de imagen adecuada para visualizar el tumor y su movimiento durante la radiación con un 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 tejidos blandos 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 operan con campos magnéticos predefinidos con precisión. En el ciclotrón, los protones son acelerados por un campo eléctrico que varía rápidamente (radiofrecuencia) y se mantienen en una trayectoria en 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 realizar de forma significativa compensarlos. Con este fin, colocaron un escáner de resonancia magnética de campo bajo abierto con una intensidad de campo magnético de 0.22 Tesla (MRJ2200 – Unidad de resonancia magnética parametrizada de superconductores ASG) 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 imágenes de alto contraste 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 que tiene de especial 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 biológico y dosimétrico para los campos magnéticos de resonancia magnética tanto perpendiculares como paralelos al haz de protones “. Un equipo de físicos, ingenieros y médicos tiene la oportunidad de realizar esta investigación única en una sala experimental adyacente a la sala de tratamiento de los pacientes en las instalaciones de terapia de protones de OncoRay.

Sobre la base de su experiencia previa conjunta con 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 fuerza de campo medio con una fuerza de campo magnético de 0.5 Tesla, que es específicamente adaptado a los requisitos de la radioterapia guiada por resonancia magnética en tiempo real por el grupo LINAC-MR de Alberta Health Services 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 fabricación de todo el dispositivo de 30 toneladas está actualmente en pleno apogeo. En el verano de 2022, el equipo planea incorporarlo en la línea de haz de protones experimental similar a la clínica y 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, Director de la Unidad de MRI Paramed de ASG y agrega: “Ver nuestra tecnología superconductora MRI y MgB2 utilizada como un componente clave en nuevos e innovadores aplicaciones como ésta, que en última instancia beneficiarán a los pacientes ya la comunidad médica, nos enorgullecen y nos hacen sentir aún más seguros 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 seguir 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 llevar una innovación significativa al campo, especialmente a la terapia de protones guiada por imágenes en tiempo real”, dice Aswin Hoffmann, describiendo su perspectiva optimista.

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