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Nature Biotechnology (2023)この記事を引用

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電離放射線音響イメージング (iRAI) を使用すると、放射線治療中の組織と放射線の相互作用をオンラインでモニタリングでき、がん治療にリアルタイムで適応的なフィードバックを提供できます。 複雑な臨床放射線療法治療における 3 次元 (3D) 放射線量分布のマッピングを可能にする iRAI ボリューム イメージング システムについて説明します。 この方法は、2 次元マトリックス アレイ トランスデューサーと、それに適合するマルチチャンネル プリアンプ ボードに依存します。 時間的 3D 線量蓄積のイメージングの実現可能性は、組織を模倣したファントムで最初に検証されました。 次に、半定量的な iRAI 相対線量測定がウサギ モデルで in vivo で検証されました。 最後に、臨床線形加速器を使用して、肝転移患者に照射された 3D 放射線量のリアルタイム視覚化が達成されました。 これらの研究は、iRAI が治療中の 3D 放射線量の蓄積を監視および定量化し、リアルタイム適応治療を使用して放射線療法の治療効果を向上させる可能性があることを示しています。

放射線療法（RT）は、がん患者の転帰を改善し、関連する症状を緩和することが示されています1。 RT が成功するかどうかは、周囲の正常組織を温存しながら、意図した十分な放射線量を腫瘍に照射できるかどうかにかかっています2。 このような望ましい治療率を達成するには、つまり、毒性を最小限に抑えながら腫瘍制御を最大限に高めるには、計画された放射線量が正確に照射される必要があります 3,4。

RT の有効性を向上させるために、高度な画像誘導配信技術が過去数十年にわたって提案および開発されてきました 5,6。 強度変調 RT や容積変調アーク RT などの技術は、3 次元 (3D) コンフォーマル RT に関連する制限の一部を相殺できます 7,8。 ただし、移動する病変をターゲットにすることは依然として困難です。 いくつかの研究では、計画された RT と実施された RT の間の矛盾と、それらが腫瘍制御に及ぼす影響を明らかにしています9。 これらの違いは、設定エラー、臓器の動き、解剖学的変形によって悪化し 10、11、治療の過程で標的または隣接する正常組織に送達される予定の線量が著しく変化する可能性があります 12、13、14。 現在、計画ターゲット ボリューム (PTV) を作成する一般的な方法は、設定の不確実性や臓器の変形を考慮して、空間的な余裕を持たせて臨床ターゲット ボリュームを拡張することです 15。 さらに、多くの疾患における線量の増加は、隣接する正常組織の放射線感受性によって制限されます 16,17。 肝臓がん患者の場合、以前の研究では、臓器の動きのマージンを減らすと有効な治療量が最大5%減少する可能性があり（合併症リスクは4.5%減少する）、これにより放射線量の増加が可能になることが示されている。 6 ～ 8 Gy の照射により、腫瘍制御が推定 6 ～ 7% 改善されました (参考文献 18)。

標的組織と正常組織の動きに関する問題を軽減するには、治療中に腫瘍の位置を監視し、照射線量をマッピングできる技術が必要です。 呼吸同期には、基準 19 や肺活量測定によるアクティブな息止めなどの動作の代用が使用されることがあります 20。 さらに、電子ポータルイメージングデバイス 23,24、キロボルトの透視イメージング、キロボルトまたはメガボルトのコーンビームコンピュータ断層撮影 (CT) (CBCT) イメージングなど、いくつかのオンボードイメージガイダンス RT (IGRT) 21,22 技術が使用されています。 しかし、これらの技術はどれも 3D 線量沈着のリアルタイム情報を提供できません。 超音波画像処理 25 や表面カメラベースのシステムなど、微妙な誤差源やユーザー間変動の影響を受けやすい、より安全な非イオン化技術も検討されました。 リアルタイムイメージングによる組織識別をより適切に解決するために、CT 線形加速器 (LINAC)、磁気共鳴画像法 (MRI) LINAC、陽電子放射断層撮影法 LINAC などの統合技術が臨床用途に導入されています26。陽電子放出断層撮影法では、X 線放射ビームの位置や、正常組織やターゲットでの線量の蓄積を監視することはできません。 現在、線量フィードバックモニタリングによる画像誘導は本質的に制限されたままである27。 一方、臨床線量測定用のデバイスは多種多様です（たとえば、ダイオード、熱/光刺激線量計、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ、プラスチックシンチレータ、電子ポータルイメージングデバイス、ゲルおよびフィルム）。 しかし、これらの装置はほとんどが患者の外表面の点測定に限定されており、体積測定やリアルタイムではなく、線量率やエネルギーに依存するものもあります28。 新世代の検出器は生体内で使用できますが、必要な詳細な解剖学的情報は提供されません29、30、31。 したがって、フィードバックガイダンスのためのRT中の体積測定、リアルタイムの生体内線量送達モニタリングが可能な、より効果的なイメージング技術に対する臨床上の長年のニーズが存在します。