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Biotecnologia da Natureza (2023)Cite este artigo

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A imagem acústica de radiação ionizante (iRAI) permite o monitoramento on-line das interações da radiação com os tecidos durante a radioterapia, fornecendo feedback adaptativo em tempo real para tratamentos de câncer. Descrevemos um sistema de imagem volumétrica iRAI que permite o mapeamento da distribuição tridimensional (3D) da dose de radiação em um tratamento clínico complexo de radioterapia. O método depende de um transdutor de matriz bidimensional e uma placa pré-amplificadora multicanal correspondente. A viabilidade do acúmulo de dose 3D temporal de imagem foi validada pela primeira vez em um fantasma que imita tecido. Em seguida, medições semiquantitativas de dose relativa de iRAI foram verificadas in vivo em um modelo de coelho. Finalmente, a visualização em tempo real da dose de radiação 3D administrada a um paciente com metástases hepáticas foi realizada com um acelerador linear clínico. Esses estudos demonstram o potencial do iRAI para monitorar e quantificar a deposição da dose de radiação 3D durante o tratamento, melhorando potencialmente a eficácia do tratamento radioterápico usando tratamento adaptativo em tempo real.

Foi demonstrado que a radioterapia (RT) melhora os resultados de pacientes com câncer e fornece paliação dos sintomas relacionados1. A RT bem-sucedida depende do fornecimento da dose de radiação suficiente ao tumor, poupando os tecidos normais circundantes2. Alcançar a proporção terapêutica desejada, isto é, maximizar o controle do tumor e ao mesmo tempo minimizar a toxicidade, requer que a dose de radiação planejada seja administrada com precisão3,4.

Para melhorar a eficácia da RT, tecnologias avançadas de entrega guiada por imagem foram propostas e desenvolvidas nas últimas décadas5,6. Tecnologias como RT modulada por intensidade e RT de arco modulado volumétrico podem compensar algumas das limitações associadas à RT conformada tridimensional (3D)7,8; no entanto, o direcionamento de lesões móveis permanece um desafio. Vários estudos destacaram discrepâncias entre a RT planejada e realizada e seu impacto no controle tumoral9. Essas diferenças são exacerbadas por erros de configuração, movimentação de órgãos, bem como deformações anatômicas10,11, que podem alterar significativamente as doses pretendidas administradas ao alvo ou tecidos normais adjacentes ao longo do tratamento12,13,14. Atualmente, a prática comum para a criação de um volume alvo de planejamento (PTV) é expandir o volume alvo clínico com uma margem espacial para permitir incertezas de configuração e deformações de órgãos15. Além disso, o aumento da dose em muitas doenças é limitado pela radiossensibilidade do tecido normal adjacente16,17. No caso de pacientes com câncer de fígado, um estudo anterior mostrou que a redução da margem para movimentação de órgãos pode reduzir o volume efetivo de tratamento em até 5% (resultando em um risco reduzido de complicações de 4,5%), o que permitiria o aumento da dose de radiação em até 5%. 6–8 Gy, resultando em melhora do controle do tumor em cerca de 6–7% (ref. 18).

Para mitigar problemas com o movimento normal e alvo do tecido, são necessárias tecnologias capazes de monitorar a localização do tumor e mapear a dose administrada durante o tratamento. Substitutos de movimento, como fiduciais19 ou apneia ativa com espirometria, são algumas vezes usados ​​para controle respiratório20. Além disso, várias tecnologias de RT de orientação por imagem a bordo (IGRT)21,22 foram usadas, incluindo dispositivo de imagem de portal eletrônico23,24, imagens fluoroscópicas de quilovolts e imagens de tomografia computadorizada (TC) de feixe cônico (TC) de quilo ou megavolt (CBCT). No entanto, nenhuma destas tecnologias pode fornecer informações em tempo real da deposição da dose 3D. Também foram exploradas tecnologias não ionizantes mais seguras, como imagens de ultrassom25 e sistemas baseados em câmeras de superfície, que são suscetíveis a fontes sutis de erros e à variabilidade entre usuários. Para melhor resolver a discriminação de tecidos com imagens em tempo real, tecnologias integradas como aceleradores lineares de TC (LINACs), LINACs de ressonância magnética (MRI) e tomografia por emissão de pósitrons - LINACs foram introduzidas para uso clínico26, mas TC, RM ou a tomografia por emissão de pósitrons não pode monitorar a localização do feixe de radiação de raios X nem a deposição da dose nos tecidos normais ou no alvo. Atualmente, a orientação por imagem com monitoramento de feedback de dose permanece inerentemente limitada27. Por outro lado, há uma grande variedade de dispositivos para medições de dose clínica (por exemplo, diodos, dosímetros estimulados térmicos/ópticos, transistores de efeito de campo semicondutores de óxido metálico, cintiladores plásticos, dispositivos de imagem de portal eletrônico, géis e filmes). Esses dispositivos, no entanto, são em sua maioria limitados a medições pontuais na superfície externa de um paciente e não são volumétricos, nem em tempo real e alguns são dependentes da taxa de dose ou da energia28. Novas gerações de detectores podem ser usadas in vivo, mas não fornecem nenhuma informação anatômica detalhada necessária29,30,31. Portanto, há uma necessidade clínica de longa data de tecnologias de imagem mais eficazes, capazes de monitoramento volumétrico, em tempo real, da administração de dose in vivo durante a RT para orientação de feedback.