应用笔记 - 磁共振

利用EPR谱监测放射治疗剂量分布

“……EPR未来可能会在研究组织-空气界面的亚毫米表层内的剂量分布方面发挥作用。”

“……EPR未来可能会在研究组织-空气界面的亚毫米表层内的剂量分布方面发挥作用”

放射疗法是癌症治疗的一个重要方面,事实表明,放射疗法被用于约一半的癌症病例治疗。它被认为是降低肿瘤切除后复发风险的最有效策略。

放射疗法包括将一束电离辐射对准肿瘤以杀死癌细胞。由于辐射对健康细胞也会产生损害,因此在放射治疗期间,高剂量的电离辐射应精确针对肿瘤,同时尽量减少对周围健康细胞的照射,以避免副作用。

靶向放射疗法通常是通过成像来实现的,旨在确保放射束准确地对准癌细胞。尽管有许多成像方式可以提供这种指导,但磁共振成像(MRI)已成为首选的成像工具。

与其它成像工具相比,其优点在于它不会使患者暴露在额外的辐射下,并能提供极好的软组织对比度。放射治疗仪器现在除了提供治疗性辐射外,还可以进行MRI扫描。

然而,有证据表明,MRI扫描所需磁场的应用会干扰电离辐射到靶点的传递。当放射束中释放的电子轨迹被磁力线偏转时,辐射剂量可能会增大也可能会减小。

这种效应的确切程度很难量化,但由于电子返回效应(ERE),它在组织-空气界面上显得尤为重要。

由于这种干扰既有可能降低放射疗法的疗效,又有可能增加副作用的风险,因此,人们已经投入了相当大的努力来量化磁场引起的对辐射剂量分布的干扰程度。然而,量化亚毫米级厚度表层内的影响已被证明是非常具有挑战性的。

尽管模拟模型已被用于对辐射剂量分布扰动程度的理论评估,研究人员仍在寻求对研究结果的实验验证。使用辐射变色薄膜和塑料已经取得了一些成功,但这受到人造物的形成的限制,降低了剂量计的最大表面-体积比。

最新的研究是利用电子顺磁共振(EPR)谱对辐射剂量分布的磁场诱导扰动进行定量分析,研究结果表明,这确实是一种可行的方法。即使在剂量计-空气界面的亚毫米级厚度表层内,EPR谱仍能有效测量磁场引起的对辐射剂量分布的扰动。

在脉冲模式下利用布鲁克 ELEXSYS E580 X波段EPR质谱仪,分别在存在和不存在横向磁场的情况下,用6 MV光子束辐照一个包围着毫米级气穴的0.5毫米层以评估其顺磁缺陷。利用布鲁克 E 540 GCX2梯度线圈系统在两个平面上产生磁场梯度。采用布鲁克 ER 4108 TMHS成像谐振器进行回波检测。

数据显示局部剂量增加和减少高达35%,并与使用模拟模型得出的理论值有很好的定量一致性。

參考:

Höfel S, et al. EPR-Imaging of magnetic field effects on radiation dose distributions around millimeter-sized air cavities. Physics in Medicine and Biology. 2019. DOI: 10.1088/1361-6560/ab325b/meta.