CyberKnife este un sistem radiochirurgical produs de Accuray pentru tratamentul tumorilor benigne și maligne și a altor boli [1] [2] . Dezvoltat în 1992 de către profesorul de neurochirurgie și radio-oncologie la Universitatea Stanford (SUA) John Adler și Peter și Russell Schonberg de la Schonberg Research Corporation . Fabricat de Accuray, cu sediul în Sunnyvale , California .
Metoda de expunere a sistemului se bazează pe radioterapie cu scopul unui efect mai precis decât radioterapia convențională [3] . Cele două elemente principale ale sistemului sunt (1) un mic accelerator liniar care creează radiații și (2) un dispozitiv robot care permite ca energia să fie direcționată către orice parte a corpului din orice direcție.
Potrivit producătorului, în prezent sunt instalate aproximativ 250 de instalații de cyberknife în lume, peste 100.000 de pacienți au primit tratament. Cele mai multe dintre aceste unități sunt situate în clinici din SUA, urmate de Japonia. Într-o măsură mai mică - în Europa și Asia.
Sursa de radiații este instalată pe un robot industrial multifuncțional. Instalația originală CyberKnife a folosit un robot japonez fabricat de Fanuc , sistemele mai moderne folosesc un robot fabricat de compania germană KUKA KR 240. Robotul este echipat cu un accelerator liniar portabil cu o bandă de raze X care poate iradia un obiect cu un indicator. de 600 cGy pe minut. Societatea Americană de Oncologie Radiațională (ASTRO) a anunțat disponibilitatea unui model cu o rată de radiație de 800 cGy pe minut [4] . Radiația este colimată cu ajutorul colimatoarelor de tungsten (numite și conuri) care creează câmpuri circulare de radiație. In prezent se folosesc campuri de radiatii cu o latime de 5; 7,5; zece; 12,5; cincisprezece; douăzeci; 25; treizeci; 35; 40; 50 și 60 mm. ASTRO 2007 a văzut, de asemenea, utilizarea colimatorului cu deschidere variabilă IRIS [4] , care utilizează două seturi de șase segmente prismatice de tungsten pentru a forma un câmp stabil difuz dodecagonal, eliminând necesitatea ajustării pentru fixarea colimatoarelor. Montarea sursei de radiații pe robot permite libertate aproape completă în poziția sursei în spațiul din apropierea pacientului și mișcarea instantanee a sursei, ceea ce permite iradierea dintr-o varietate de direcții fără a fi nevoie să deplasați atât pacientul, cât și sursa. , care apare atunci când se utilizează modele moderne.
Sistemul CyberKnife folosește un sistem de gestionare a imaginilor. Camerele cu raze X sunt poziționate în jurul pacientului, rezultând imagini instantanee cu raze X.
Metoda originală (care este încă în uz) este metoda de urmărire a poziției craniului. Imaginile camerei cu raze X sunt comparate cu o bibliotecă de imagini anatomice generată de computer a pacientului. Imaginile radio reconstruite digital (DRR) sunt introduse într-un algoritm computerizat care determină ce schimbări în mișcarea robotului sunt necesare în raport cu mișcările pacientului. Sistemul de imagistică permite cyberknife-ului să radieze cu o precizie de 0,5 mm fără utilizarea de cleme mecanice atașate la capul pacientului [5] . Imaginile sunt construite folosind radiochirurgie stereotaxica fara rama. Această metodă este considerată 6-dimensională (6-D) deoarece corecțiile se fac prin mișcări de rotație și translație în trei direcții (X, Y și Z). Trebuie remarcat faptul că este necesar să se utilizeze unele caracteristici anatomice și artificiale pentru a orienta robotul atunci când emite raze X, deoarece tumora nu poate fi suficient de definită (dacă este complet vizibilă) pe imaginile camerei cu raze X.
Modalități suplimentare de imagistică sunt disponibile pentru tumorile de spate și pulmonare. Pentru tumorile de spate, se folosește o variantă numită Xsight-Spine [6] . În loc să colecteze imagini ale craniului, această metodă folosește imagini ale coloanei vertebrale. În timp ce craniul are o structură rigidă, neschimbătoare, vertebrele se pot mișca unele față de altele, așa că este necesar să se aplice algoritmi de distorsiune a imaginii pentru a corecta distorsiunile în imaginile camerelor cu raze X.
Recent, a fost dezvoltat Xsight-Lung [7] , o îmbunătățire a metodei Xsight care permite urmărirea poziției unor tumori pulmonare fără implantarea de markeri comparativi [8] .
Pentru unele tumori ale țesuturilor moi se poate folosi metoda de urmărire a poziției comparative [9] . Markere metalice mici sunt realizate din aur de înaltă densitate (pentru biocompatibilitate) pentru a obține un contrast bun în imaginile cu raze X și sunt implantate chirurgical în pacient. Procedura este efectuată de un radiolog intervențional sau neurochirurg. Plasarea marcajelor este un pas critic în efectuarea unui sondaj. Dacă sunt prea departe de locația tumorii sau dacă nu sunt suficient de împrăștiate unul față de celălalt, va deveni imposibil să distribuiți cu exactitate radiația. Odată ce markerii sunt așezați, aceștia sunt afișați pe scanerul CT, sistemul de control al imaginii este programat în funcție de poziția lor. După imagistica cu o cameră cu raze X, se determină poziția tumorii față de markeri și se iradiază partea corespunzătoare a corpului uman. Astfel, metoda de urmărire comparativă nu necesită informații despre anatomia scheletului pentru a poziționa iradierea. Cu toate acestea, se știe că markerii pot migra, ceea ce limitează acuratețea tratamentului dacă acesta nu ar putea fi efectuat la momentul potrivit între momentul implantării și tratamentul pentru stabilizarea markerilor [10] [11] .
Sistemul CyberKnife poate folosi și metoda de sincronizare. Această metodă utilizează o combinație de markeri fiduciari implantabili (de obicei, markeri mici de aur, care sunt foarte vizibili pe imaginile cu raze X) și fibre optice care emit lumină (markeri LED) plasate pe pielea pacientului. Poziția lor este marcată și de o cameră cu infraroșu de urmărire. Deoarece tumora se mișcă constant, camerele cu raze X necesare pentru a produce o imagine permanentă necesită prea multe radiații pentru a ajunge la pielea pacientului. Sistemul de cronometrare rezolvă această problemă prin dobândirea periodică a unei imagini a markerilor interiori și calculând un model de relație între mișcarea marcajelor LED exterioare și markerii interiori. Metoda și-a primit numele deoarece marcajele de timp de la doi senzori (LED-uri cu raze X cu infraroșu) sunt necesare pentru a sincroniza două fluxuri de date.
Predicția mișcării este utilizată pentru a preveni mișcările ascunse ale robotului și modificările imaginii. Înainte de începerea tratamentului, un algoritm computerizat creează un model de corelare care răspunde la întrebarea privind relația dintre mișcarea markerilor interni în comparație cu mișcarea markerilor externi. În timpul tratamentului, sistemul marchează periodic poziția markerilor interni și poziția corespunzătoare a tumorii pe baza mișcării markerilor pielii. În timpul tratamentului, modelul de corelare este actualizat la un pas de timp constant. Astfel, metoda de urmărire a timpului nu face presupuneri cu privire la regularitatea sau reproductibilitatea tiparelor de respirație ale pacientului.
Pentru ca sistemul de sincronizare să funcționeze corect, este necesar ca pentru orice model de corelare să existe o relație funcțională între markeri și markerii fiduciari interni. Amplasarea markerului extern este de asemenea importantă, markerii sunt de obicei plasați în abdomenul pacientului astfel încât mișcarea lor să reflecte mișcarea internă a diafragmei și plămânilor. Metoda de sincronizare a fost inventată în 1998 [12] [13] . Primii pacienți au fost tratați la Spitalul Cleveland în 2002. Această metodă este utilizată în principal pentru cancerele pulmonare și pancreatice [14] [15] .
Un pat robotizat cu șase grade de libertate, numit RoboCouch [16] , este folosit pentru a schimba poziția pacienților în timpul tratamentului .
Baza fără cadru a sistemului CyberKnife îmbunătățește, de asemenea, eficiența clinică. În radiochirurgia tradițională bazată pe cadru, acuratețea intervenției depinde doar de conectarea cadrului rigid la pacient. Cadrul este atașat de craniul pacientului cu șuruburi invazive din aluminiu sau titan. Sistemul CyberKnife este singurul dispozitiv radiochirurgical care nu necesită un cadru pentru o țintire precisă [17] . Odată stabilit cadrul, pozițiile relative ale anatomiei umane pot fi determinate prin scanere CT sau RMN. După scanare, medicul poate planifica expunerea folosind un program de calculator dedicat și cadrul este îndepărtat. Astfel, utilizarea cadrului necesită ca o secvență liniară de evenimente să fie finalizată înainte ca următorul pacient să poată fi tratat. Radiochirurgia pas cu pas cu sistemul CyberKnife este deosebit de benefică pentru pacienții care au primit anterior doze mari de radioterapie convențională și pentru pacienții cu glioame în apropierea zonelor critice ale creierului. Spre deosebire de radioterapia creierului întreg, care poate fi administrată zilnic timp de câteva săptămâni, radiochirurgia poate fi finalizată de obicei în 1-5 ședințe de tratament. Radiochirurgia poate fi utilizată singură pentru tratamentul tumorilor cerebrale sau în combinație cu intervenția chirurgicală sau radioterapia creierului întreg, în funcție de circumstanțele clinice specifice [18] .
În optimizarea iterativă, optimizarea simplex sau optimizarea secvențială, setul de soluții poate consta din suma numărului de fascicule țintite izocentric și fascicule țintite non-izocentric. Prin urmare, numărul maxim de fascicule potențiale într-un singur plan de tratament este de 10.256 de fascicule, dacă sunt vizați 32 de izocentri și sunt utilizați 12 colimatoare pentru a genera un plan de tratament utilizând Optimizarea Secvențială.
— Ghidul esențial de fizică al CKO altă caracteristică a acestui sistem este prezența unui număr de sisteme de urmărire care urmăresc localizarea tumorii în spațiu, inclusiv în timp real. Acest lucru vă permite să ajustați automat ghidarea fasciculului în timpul sesiunii de tratament, ceea ce oferă o precizie ridicată (submilimetrică) nu numai în poziționarea acceleratorului, ci și în iradierea în sine, fără fixare rigidă a pacientului, adică fără un cadru stereotaxic. care este atașat de craniul pacientului, de exemplu, în tratamentul „ cuțitului Gamma ”. Urmărirea este asigurată de două perechi de „ Tub cu raze X - detector de siliciu amorf”, imaginile din care sunt transmise unui computer, care le procesează și creează o imagine stereoscopică. Punctele de referință pentru acest sistem sunt structurile osoase ale pacientului, markerii radioopaci și, în cazul unui contrast suficient, tumora însăși. În timpul tratamentului radiochirurgical al zonei pulmonare în timpul respirației, tumora este deplasată în spațiu. Complexul de sisteme de urmărire CyberKnife permite un tratament precis fără a restrânge respirația pacientului, simulând poziția țintei terapeutice în funcție de poziția senzorilor IR pe corpul pacientului (adică prin excursie respiratorie). Precizia ridicată de poziționare a fasciculului de radiații ionizante face posibilă utilizarea unor doze mult mai mari de radiații per sesiune în tratamentul unui pacient, ceea ce face posibilă reducerea cursului tratamentului de la câteva săptămâni la una până la cinci zile [19] [ 20] .
Din august 2001, Administrația SUA pentru Alimente și Medicamente (SUA) a autorizat utilizarea sistemului CyberKnife pentru tratamentul tumorilor în orice parte a corpului uman [21] . Sistemul este utilizat pentru tratarea tumorilor pancreasului [15] [22] , ficatului [23] , prostatei [24] [25] , coloanei vertebrale [26] , cancerului de gât și creier [27] și tumori benigne [28] .
Niciun studiu nu a găsit o rată de supraviețuire superioară cu sistemul în comparație cu alte metode. Odată cu creșterea preciziei iradierii, crește posibilitatea creșterii dozei și o creștere ulterioară a eficienței este posibilă, în special în coeficienții locali. În același timp, sfera cercetării a fost limitată și sunt necesare studii mai ample pentru a determina modificarea ratei de supraviețuire [22] .
Acum Cyberknife este folosit pentru a trata tumorile maligne în instituții medicale din diferite țări:
În 2008, actorul Patrick Swayze a fost tratat la instalația CyberKnife [29] .
Primul Cyberknife dintr-o clinică de stat a fost deschis de Institutul de Cercetare de Neurochirurgie Burdenko în 2009. După 2 ani - la Chelyabinsk în 2011 [30] [31] .
În 2012, complexul radiochirurgical Cyberknife VSI a fost pus în funcțiune la Centrul Medical Interregional pentru Diagnosticul Precoce și Tratamentul Cancerului din Voronezh [32] .
La începutul anului 2018, în Rusia funcționează mai multe instalații CyberKnife. De exemplu, complexul radiochirurgical CyberKnife G4 care funcționează la Clinica de Cancer MIBS din Sankt Petersburg [33] .
Costul dispozitivului în Rusia conform sistemului de achiziții publice în 2012 a fost de aproximativ 295 de milioane de ruble [34] .