МРТ с гиперполяризованным благородным газом для выявления радиационно-индуцированного поражения легких

Рак легких является основной причиной смерти от рака в мире; каждый год рак легких уносит более 20 000 жизней в Канаде и более одного миллиона жизней во всем мире (1). Значительные улучшения были достигнуты в лечении многих других видов рака, но лечение рака легких не привело к таким же успехам. Семьдесят процентов раковых заболеваний на момент постановки диагноза находятся на поздней стадии, и в этих случаях облучение играет стандартную роль как в радикальной, так и в паллиативной терапии. Нормальная легочная ткань очень чувствительна к радиации. Эта чувствительность представляет собой серьезную проблему; это может вызвать радиационный пневмонит или фиброз (RILI), что может привести к серьезной инвалидности, а иногда и к смерти. У тридцати семи процентов пациентов с раком грудной клетки, получавших лучевую терапию, развивается РИЛИ; в 20% случаев лучевой терапии поражение легких бывает от умеренного до тяжелого (2). Кроме того, радиационно-индуцированный пневмонит, вызывающий симптомы, возникает у 5-50% людей, получающих лучевую терапию по поводу рака легкого (3, 4).

Вероятность клинического лучевого пневмонита напрямую связана с облучаемым объемом легкого (5). Однако в настоящее время планирование облучения предполагает, что все части легкого одинаково функциональны. Выявление областей легкого, которые являются более функциональными, было бы полезно для определения приоритетности этих областей для сохранения во время планирования облучения. Чтобы ограничить количество RILI для сохранения функции легких у пациентов, клиницисты планируют лучевую терапию с использованием конформной лучевой терапии или лучевой терапии с модулированной интенсивностью (IMRT). При этом используется компьютерная томография (КТ), которая учитывает анатомическое расположение как болезни, так и легкого, но не может оценить функциональность самого легкого. Важным компонентом обоснования IMRT является то, что если дозы облучения, попадающие в функциональные ткани, ограничены, доза облучения может быть сосредоточена на опухолях, чтобы уберечь функциональные ткани от повреждения и сохранить существующую функцию легких (6). Следовательно, для оптимального снижения токсичности IMRT будет зависеть не только от данных о локализации опухоли, но и от регионарной функции легких.

Легочные функциональные тесты (PFT) могут обнаружить снижение функции легких из-за наличия опухолей или RILI, но, поскольку измерения выполняются во рту, PFT не предоставляют региональной информации о функции легких. Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) может быть использована для планирования облучения, но ПЭТ ограничена в своих возможностях очертить функциональные ткани, требует введения радиофармацевтического агента, является медленным методом и, поскольку требует использования циклотрона, это дорого. Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) для измерения легочной перфузии была изучена как средство определения функциональных тканей (7-11). В то время как ОФЭКТ может обнаруживать нефункциональные ткани, она предлагает пространственное разрешение, вдвое меньшее, чем у КТ или ПЭТ, и не обладает анатомическим разрешением, необходимым для оптимального использования с IMRT. Кроме того, как и ПЭТ, ОФЭКТ является медленным методом. Учитывая ограничения существующих методов визуализации, существует острая неудовлетворенная медицинская потребность в методе визуализации, который может быстро и неинвазивно предоставить дополнительные данные о регионарной функции легких и который ограничит тканевую токсичность при лучевой терапии немелкоклеточного рака легкого. НМРЛ).

Гиперполяризованная (HP) газовая магнитно-резонансная томография (МРТ) может удовлетворить эту неудовлетворенную потребность. Газовая МРТ HP использует ксенон HP-129 (129Xe) для получения неинвазивных изображений с высоким разрешением без необходимости использования ионизирующего излучения, парамагнитных или йодсодержащих химических контрастных веществ. HP газовая МРТ предлагает огромные преимущества быстрого получения информации о легких с высоким разрешением, которая является неинвазивной, прямой, функциональной и региональной. Обычная МРТ обычно обнаруживает ядро ​​​​водорода (1H), что представляет ограничения для визуализации легких из-за отсутствия молекул воды в легких. МРТ газа HP обнаруживает ядра 129Xe, которые поляризованы с использованием метода оптической накачки со спиновым обменом (SEOP) для увеличения их эффективной интенсивности MR-сигнала примерно в 100 000 раз. Газовая МРТ высокого давления уже широко используется для визуализации легких, предоставляя визуальную информацию с высоким разрешением о структуре легких, функции вентиляции и функции воздухообмена. Технология оказалась полезной для визуализации астмы, хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) и кистозного фиброза, а также для оценки эффективности терапии этих заболеваний (12–21). В этом проекте исследователи предлагают разработать технологию визуализации для разграничения областей легких у людей, которые являются нефункциональными, по сравнению с теми, которые жизнеспособны; использование магнитно-резонансной томографии (МРТ) с гиперполяризованным (HP) ксеноном-129 (129Xe) будет лучше информировать о стратегиях планирования луча в попытке снизить RILI у пациентов с раком легких.