محاكاة العلاج الإشعاعي

العلاج الإشعاعي هو علاج للسرطان، يستخدم جرعات عالية من الإشعاع لقتل الخلايا السرطانية وتقليص الأورام، وعند الجرعات المنخفضة يتم استخدام الإشعاع في الأشعة السينية لرؤية ما بداخل الجسم، كما هو الحال مع الأشعة السينية للأسنان أو العظام المكسورة.

أنواع محاكات العلاج الإشعاعي

المحاكاة الشعاعية

جهاز محاكاة العلاج الاشعاعي عبارة عن جهاز يستخدم أنبوب الأشعة السينية التشخيصي، ولكنه يكرر وحدة المعالجة الإشعاعية من حيث خصائصها الهندسية والميكانيكية والبصرية، كما تتمثل الوظيفة الرئيسية لجهاز المحاكاة في عرض مجالات العلاج، بحيث يمكن تضمين الحجم المستهدف بدقة دون تقديم إشعاع مفرط للأنسجة الطبيعية المحيطة.

ومن خلال التصور الشعاعي للأعضاء الداخلية، يمكن الحصول على المواقع الصحيحة للحقول وكتل الحماية فيما يتعلق بالمعالم الخارجية.

تتمتع معظم أجهزة المحاكاة المتاحة تجاريًا بقدرة التصوير الفلوري عن طريق التصور الديناميكي قبل الحصول على نسخة ورقية من حيث التصوير الشعاعي للمحاكي، كما تنشأ الحاجة إلى أجهزة المحاكاة من أربع حقائق: العلاقة الهندسية بين حزمة الإشعاع والتشريح الخارجي والداخلي للمريض لا يمكن تكرارها بواسطة وحدة الأشعة السينية التشخيصية العادية.

وعلى الرغم من أنه يمكن تحقيق التوطين الميداني مباشرة باستخدام آلة العلاج بأخذ فيلم منفذ، فإن جودة التصوير الشعاعي رديئة بسبب طاقة الحزمة العالية جدًا وبالنسبة للكوبالت، حجم مصدر كبير أيضًا، عملية التوطين الميداني هي عملية تستغرق وقتًا طويلاً ويمكن، إذا تم إجراؤها في غرفة العلاج، استخدام آلة علاج لفترة زمنية باهظة، ويمكن حل المشكلات غير المتوقعة المتعلقة بإعداد المريض أو تقنية العلاج أثناء المحاكاة، وبالتالي توفير الوقت داخل غرفة العلاج.

على الرغم من أن الاستخدام العملي لأجهزة المحاكاة يختلف اختلافًا كبيرًا من مؤسسة إلى أخرى، فقد تولت غرفة المحاكاة دور غرفة تخطيط العلاج، إلى جانب تحديد حجم المعالجة وإنشاء الحقول، يمكن أيضًا الحصول على البيانات الضرورية الأخرى في وقت المحاكاة. نظرًا لأنه من المفترض أن يكون جهاز المحاكاة مشابهًا لجدول العلاج، يمكن الحصول على قياسات مختلفة للمريض مثل الملامح والسمك، بما في ذلك تلك المتعلقة بتصميم المعوض أو البلعة، في ظل ظروف الإعداد المناسبة.

يمكن أيضًا تصنيع أجهزة التثبيت واختبار كتل التدريع الفردية باستخدام جهاز محاكاة، ولتسهيل مثل هذه القياسات تم تجهيز المحاكيات بملحقات مثل أضواء الليزر وصانع الكفاف وصينية الظل، كما تجمع أجهزة المحاكاة الحديثة بين قدرات المحاكاة الشعاعية والتخطيط والتحقق في نظام واحد.

كما توفر هذه الأنظمة قواسم مشتركة في الأجهزة والبرامج الخاصة بآلة المعالجة بما في ذلك التصوير ثنائي الأبعاد وثلاثي الأبعاد وحوامل الملحقات وأريكة العلاج وميزاء متعدد الصفائح. أحد هذه الأنظمة هو Acuity (Varian Medical Systems، Palo Alto، CA)، نظرًا للحاجة إلى التصوير المقطعي المحوسب للدور المتزايد لتخطيط العلاج المعتمد على التصوير المقطعي المحوسب، فقد تم استبدال محاكي العلاج التقليدي إلى حد كبير بواسطة التصوير المقطعي المحوسب.

محاكاة التصوير المقطعي المحوسب

تطور هام في مجال المحاكاة هو تحويل ماسح التصوير المقطعي المحوسب إلى جهاز محاكاة، كما تستخدم محاكاة التصوير المقطعي المحوسب ماسحًا مقطعيًا لتحديد مواقع مجالات العلاج على أساس فحوصات التصوير المقطعي المحوسب للمريض، على برنامج كمبيوتر تمت كتابته خصيصًا للمحاكاة، يقوم تلقائيًا بوضع أريكة المريض والشعر المتقاطع بالليزر لتحديد عمليات المسح ومجالات العلاج.

كما يوفر البرنامج (كجزء من ماسح التصوير المقطعي المحوسب أو نظام تخطيط معالجة قائم بذاته) الخطوط العريضة للمحاور الخارجية والأحجام المستهدفة والهياكل الهامة وعروض البوابة التفاعلية ووضعها ومراجعة خطط العلاج المتعددة وعرض توزيع متساوي الجرعة.

تُعرف هذه العملية بالمحاكاة الافتراضية وتنشأ تسمية المحاكاة الافتراضية من حقيقة أن كل من المريض وآلة العلاج افتراضية، كما يتم تمثيل المريض بصور التصوير المقطعي المحوسب، ويتم تصميم آلة العلاج من خلال هندسة الحزمة وتوزيع الجرعة المتوقعة.

فيلم المحاكاة في هذه الحالة عبارة عن صورة أعيد بناؤها تسمى (صورة شعاعية أعيد بناؤها رقميًا)، والتي لها مظهر صورة شعاعية قياسية لمحاكاة ثنائية الأبعاد، ولكنها يتم إنشاؤها فعليًا من بيانات المسح المقطعي المحوسب عن طريق تعيين متوسط قيم التصوير المقطعي المحسوبة على طول خطوط الأشعة المستمدة من مصدر افتراضي للإشعاع إلى موقع فيلم افتراضي، كما إن الصورة الشعاعية التي أعيد بناؤها رقميًا هو في الأساس فيلم منفذ محسوب (أي مُنشأ بالحاسوب) يعمل كفيلم محاكاة.

التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني

يوفر التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني صورًا وظيفية يمكنها في بعض الحالات، التفريق بين الأورام الخبيثة والأنسجة الطبيعية المحيطة، كما يمكن دمج هذه القدرة مع المعلومات التشريحية التي يوفرها ماسح الصور المقطعية المحوسبة لتكمل بعضها البعض، حيث أدت فكرة الجمع بين هاتين الطريقتين في نظام واحد للمحاكاة إلى تطوير التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني.

تتكون وحدة التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني من ماسحات التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني مدمجة مع أريكة المريض المشتركة، ونظرًا لأن موضع المريض على الأريكة يظل ثابتًا لكل من إجراءات المسح، فمن السهل نسبيًا دمج المعلومات من الماسحتين.

كما تحتوي صورة المحاكاة المركبة على معلومات أكثر مما هو ممكن بواسطة جهاز محاكاة التصوير المقطعي المحوسب وحده، تتضمن فيزياء التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني إبادة البوزيترون والإلكترون إلى فوتونات. على سبيل المثال، يشتمل مركب مرمز إشعاعيًا مثل فلورو ديوكسي جلوكوز على 18F كنظير ثيترونيميتينج. فلورو ديوكسي جلوكوز هو نظير للجلوكوز الذي يتراكم في الخلايا النشطة الأيضية.

نظرًا لأن الخلايا السرطانية تكون عمومًا أكثر نشاطًا في التمثيل الغذائي من الخلايا الطبيعية، فإن زيادة امتصاص فلورو ديوكسي جلوكوز يرتبط ارتباطًا إيجابيًا بوجود الخلايا السرطانية ونشاطها الأيضي، عندما ينبعث البوزيترون بواسطة 18F، فإنه يحلل إلكترونًا قريبًا، مع انبعاث فوتونين 0.511-MeV في اتجاهين متعاكسين.

كما يتم الكشف عن هذه الفوتونات بواسطة أجهزة الكشف عن الحلقة الموضوعة في جسر دائري يحيط بالمريض. من خلال اكتشاف هذه الفوتونات، تقوم برامج الكمبيوتر (على سبيل المثال، خوارزمية الإسقاط الخلفي المصفاة) بإعادة بناء موقع أحداث الفناء والتشريح المتداخل.

مزايا الجمع بين التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني مع التصوير المقطعي المحوسب

• يتم الجمع بين صور التصوير المقطعي المحوسب عالية الجودة مع دقتها الهندسية في تحديد الاختلافات في التشريح وكثافة الأنسجة مع صور التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني؛ لتوفير التصوير الفسيولوجي، وبالتالي التمييز بين الأورام الخبيثة والأنسجة الطبيعية على أساس الاختلافات الأيضية.

• قد تسمح صور التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني بالتمييز بين الآفات الحميدة والخبيثة بشكل كافٍ في بعض الحالات للسماح بمرحلة الورم.

• يمكن استخدام التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني لمتابعة التغيرات في الأورام التي تحدث بمرور الوقت ومع العلاج.

• باستخدام نفس أريكة العلاج لفحص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني أو التصوير المقطعي المحوسب، يتم فحص المريض بكلتا الطريقتين دون تحريك (يتم تحريك الجدول فقط بين الماسحات الضوئية)، هذا يقلل من أخطاء تحديد المواقع في مجموعات البيانات الممسوحة ضوئيًا من كلا الوحدتين.

من خلال دمج صور التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني والتصوير المقطعي المحوسب، تصبح الطريقتان مكملتين. على الرغم من أن التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني يوفر معلومات فسيولوجية حول الورم، إلا أنه يفتقر إلى التشريح المترابط ومحدود في الدقة بطبيعته. من ناحية أخرى، يفتقر التصوير المقطعي المحوسب إلى المعلومات الفيزيولوجية ولكنه يوفر صورًا فائقة للتشريح والتوطين.