Ett internationellt team av forskare har tagit fram världens första datoriserade tomografi (CT) -bilder av biologisk vävnad med hjälp av protoner - ett betydelsefullt steg mot att förbättra kvaliteten och genomförbarheten av protonterapi för cancerpatienter runt om i världen.

Det banbrytande arbetet innebär att detaljerade tredimensionella bilder av en patients anatomi nu kan skapas med protoner snarare än röntgenstrålar, och detta kommer att göra Protonterapi till ett mer livskraftigt alternativ för miljontals cancerpatienter.

Protonterapi är en ny form av strålbehandling som snabbt växer i betydelse som ett sätt att behandla svåra tumörer och ge behandling för barn och unga som har cancer. I UK, två NHS -protonterapicenter öppnas inom de närmaste två åren, i London och Manchester.

Genom att använda protoner för att skapa CT -bilder av en patients anatomi och tumör, forskare och läkare kommer nu att kunna rikta in tumören i sig mer exakt och se till att mycket mindre strålning avsätts i den omgivande friska vävnaden.

Detta stora genombrott uppnåddes av det internationella PRaVDA -konsortiet, ledd av Distinguished Professor of Image Engineering Nigel Allinson MBE vid University of Lincoln, STORBRITANNIEN. Hans team har arbetat i Proton Therapy -anläggningen på iThemba LABS, Sydafrika, använder den sydafrikanska National Cyclotron - en typ av partikelaccelerator - och de är de första i världen som producerar proton CT -bilder av klinisk kvalitet.

"För att producera dessa Proton CT -bilder, vi byggde en unik medicinsk avbildningsplattform som använder samma högenergipartiklar som används för att förstöra en tumör under Proton Therapy -behandling, "förklarade professor Allinson." Som röntgenstrålar, protoner kan tränga in i vävnad för att nå djupa tumörer. Dock, jämfört med röntgenstrålar, protoner orsakar mindre skada på frisk vävnad framför tumören, och ingen skada alls på frisk vävnad som ligger bakom, vilket kraftigt minskar biverkningarna av strålterapi.

"Bilderna vi har skapat är faktiskt en ödmjuk lammkotlett, men de belyser den fantastiska potentialen att använda Proton CT -bilder för att underlätta cancerbehandling inom en snar framtid - som en del av planeringsprocessen, liksom under och efter behandlingar.

"Protonterapi kommer sannolikt att bli den föredragna strålterapimetoden för de flesta barncancer, eftersom den oönskade exponeringen för strålning av frisk vävnad är mycket reducerad, och därför är risken för andra cancer senare i livet. Att ha förmågan att administrera en hög dos i en liten region är den främsta bakomliggande fördelen med Proton Therapy, men noggrann planering är absolut nödvändig för att säkerställa att dosen inte missar måltumören. "

Teamet har jämfört sin första Proton CT-bild med en konventionell röntgen-CT. Även om Proton CT för närvarande är något suddigare än röntgenbilden, den visar exakt hur protoner interagerar med vävnader - på samma sätt som behandlingsprotonerna gör.

För närvarande inom Protonterapi, det finns en betydande grad av osäkerhet i protonernas intervall och noggrannhet under behandlingen. Om du planerar att använda röntgen CT-bilder, det kan finnas en skillnad på 3-5% när det gäller var protonstrålen träffar och släpper ut sin energi, förstör celler. Med proton CT -bilder, denna osäkerhet reduceras till mindre än 1%.

PRaVDA har registrerat de lägsta osäkerhetsnivåerna någonsin i protonernas relativa stoppkraft när de testades på en rad vävnadssurrogater. Protonernas relativa stoppkraft är nyckelparametern för att kunna planera strålterapibehandlingar exakt.

Dessutom, PRaVDA -teamet har upptäckt att det finns ett antal mätbara parametrar för protoner när de passerar genom patienten, som kommer att producera en uppsättning kompletterande CT -bilder. Detta fynd öppnar upp ett helt nytt medicinskt bildfält - ett som kommer att utnyttjas i nästa generation av PRaVDA:s unika medicinska bildinstrument.

Denna teknik representerar ett av de mest komplexa medicinska instrument som någonsin utvecklats, som avbildning med protoner är så utmanande. Miljontals protoner utgör en enda bild och varje partikel måste spåras individuellt från den punkt som den kommer in i patienten till den punkt där den lämnar.