CyberKnife

Το CyberKnife είναι ένα σύστημα ρομποτικής ακτινοχειρουργικής που χρησιμοποιείται για τη θεραπεία καλοηθών όγκων, κακοηθών όγκων αλλά και σε άλλες παθήσεις. Το σύστημα επινοήθηκε από τον John R. Adler, Καθηγητή της Νευροχειρουργικής και της Ακτινοθεραπευτικής Ογκολογίας του Stanford University.

Τα δύο κύρια στοιχεία του CyberKnife είναι η ακτινοβολία που παράγεται από ένα μικρό γραμμικό επιταχυντή σωματιδίων και  ένας ρομποτικός βραχίονας που επιτρέπει στην ενέργεια να κατευθύνεται σε οποιοδήποτε μέρος του σώματος από οποιαδήποτε κατεύθυνση. Το σύστημα CyberKnife είναι μια μέθοδος στοχευμένης ακτινοθεραπείας. Πολλές γενιές του συστήματος CyberKnife άρχισαν να αναπτύσσονται από την αρχική έναρξή του το 1990.

Υπάρχουν δύο βασικά χαρακτηριστικά του συστήματος CyberKnife σύστημα που το κάνει να ξεχωρίζει από τις άλλες θεραπευτικές στερεοτακτικές μεθόδους.

Το πρώτο είναι ότι η πηγή ακτινοβολίας είναι τοποθετημένη σε ένα ρομπότ. Το αρχικό CyberKnife χρησιμοποιεί έα ιαπωνικό Fanuc ρομπότ, όμως τα πιο σύγχρονα συστήματα χρησιμοποιούν ένα γερμανικό KUKA KR 240. Στο Robot είναι τοποθετημένο ένα συμπαγές X-band linac που παράγει 6MV ακτίνες Χ. Το linac είναι ικανό να μεταφέρει περίπου 600 CGY  ακτινοβολίας σε κάθε λεπτό. Ένα νέο μοντέλο με 800 CGY / λεπτό ανακοινώθηκε στην ASTRO το 2007. Η ακτινοβολία είναι ευθυγραμμισμένη με τη χρήση σταθερού σκόπευτρα βολφραμίου που παράγει ακτινοβολία κυκλικών πεδίων. Προς το παρόν τα μεγέθη πεδίου ακτινοβολίας είναι: 5, 7, 5, 10, 12.5, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50 και 60 χιλιοστά. Στην ASTRO το 2007 παρουσιάστηκε το IRIS  με μεταβλητό διάφραγμα διόπτρας που χρησιμοποιεί δύο τράπεζες και αποτελείται η κάθε μία από έξι τμήματα πρισματικού βολφραμίου, για να σχηματίσουν ένα δωδεκάγωνο μεταβλητού μεγέθους, που εξαλείφει την ανάγκη για αλλαγή του σταθερού σκοπευτήρα. Η Τοποθέτηση της πηγής ακτινοβολίας στο ρομπότ επιτρέπει σχεδόν πλήρη ελευθερία για τοποθέτηση της πηγής μέσα σε ένα χώρο για τον ασθενή και επιτρέπει στο σύστημα να απελευθερώσει ακτινοβολία από πολλές κατευθύνσεις, χωρίς την ανάγκη να προχωρήσουμε σε αλλαγή της θέσης τόσο του ασθενούς όσο και την πηγή.

Το σύστημα κατεύθυνσης της εικόνας είναι το άλλο βασικό στοιχείο στο σύστημα CyberKnife. Μηχανές απεικόνισης ακτίνων Χ  βρίσκονται σε στηρίγματα γύρω από τον ασθενή. Η  μέθοδος ονομάζεται 6D. Γίνεται ψηφιακή ανακατασκευή των ακτινογραφιών και ένας υπολογιστής καθορίζει τι διορθώσεις στην κίνηση που πρέπει να γίνει στο ρομπότ, λόγω της μετακίνησης των ασθενών. Αυτό το σύστημα απεικόνισης  επιτρέπει στο CyberKnife να δώσει ακτινοβολία με ακρίβεια 0,5 χιλιοστού. Η τεχνική αναφέρεται ως frameless στερεοτακτική ακτινοχειρουργική, 6D επειδή διορθώσεις  γίνονται για τις 3  κινήσεις στους άξονες (X, Y και Z) και στις τρεις περιστροφής κινήσεις. Πρόσθετες μέθοδοι απεικονιστικής καθοδήγησης είναι διαθέσιμες για όγκους του νωτιαίου μυελού και  όγκους του πνεύμονα και της Σπονδυλικής Στήλης. Μια πρόσφατη βελτίωση στην Xsight, είναι η Xsight-Lung  που επιτρέπει τον πιο εύκολο εντοπισμό ορισμένων όγκων του πνεύμονα, χωρίς χρήση εμφυτευμάτων.

Για τους όγκους μαλακών μορίων χρησιμοποιούνται μικροί δείκτες  με μέταλλο (fiducials) από χρυσό βιοσυμβατό και υψηλής πυκνότητας για να δώσει καλή αντίθεση στις εικόνες με ακτίνες Χ που εμφυτεύονται χειρουργικά στον ασθενή. Αυτό γίνεται από επεμβατικό ακτινολόγο ή νευροχειρουργό. Η τοποθέτηση των fiducials είναι ένα κρίσιμο βήμα για να χορηγηθεί με ακρίβεια η ακτινοβολία.

Το CyberKnife μπορεί να χρησιμοποιήσει το σύστημα που ονομάζεται Synchrony και χρησιμοποιείται κυρίως για όγκους που κινούνται κατά τη διάρκεια της θεραπείας, όπως οι όγκοι του πνεύμονα και του παγκρέατος. Το σύστημα συγχρονισμού απαιτεί χειρουργική τοποθέτηση εσωτερικών fiducials, που εκπέμπουν φως οπτικών ινών (δείκτες). Το σύστημα Synchrony υπερνικά τη δέσμευση της κίνησης του όγκου, λαμβάνοντας εικόνες των εσωτερικών fiducials και προβλέπει τη θέση τους σε μια μελλοντική στιγμή, χρησιμοποιώντας την κίνηση των δεικτών. Το φως από τους δείκτες μπορεί να παρακολουθείται συνεχώς χρησιμοποιώντας μια κάμερα CCD και είναι τοποθετημένα έτσι ώστε η κίνησή τους να συσχετίζεται με την κίνηση του όγκου. Το μοντέλο συσχέτισης μπορεί να ενημερωθεί ανά πάσα στιγμή, εάν η αναπνοή των ασθενών γίνεται με οποιοδήποτε ακανόνιστο τρόπο. Η εξωτερική τοποθέτηση δεικτών είναι επίσης σημαντική και οι δείκτες τοποθετούνται συνήθως στην κοιλιακή χώρα του ασθενούς έτσι ώστε η κίνησή τους να αντικατοπτρίζει την εσωτερική κίνηση του διαφράγματος και των πνευμόνων.

Ένα νέο ρομποτικό σύστημα που ονομάζεται RoboCouch  έχει προστεθεί στο CyberKnife και παρέχει τη δυνατότητα για σημαντική βελτίωση της τοποθέτησης των ασθενών για τη θεραπεία.

Το CyberKnife είναι η μόνη συσκευή ακτινοχειρουργικής, που δεν απαιτεί άκαμπτο πλαίσιο   συνδεδεμένο με το κρανίο του ασθενούς με εν τω βάθει αλουμίνιο ή βίδες τιτανίου. Απλώς γίνεται μια αξονική ή μαγνητική τομογραφία κι ένας ακτινοθεραπευτής πρέπει κάνει σχεδιασμό, χρησιμοποιώντας ένα ειδικό πρόγραμμα ηλεκτρονικού υπολογιστή, μετά το οποίο η θεραπεία μπορεί να εφαρμοσθεί ακόμη και αν το πλαίσιο αφαιρεθεί. Η CyberKnife ακτινοχειρουργική είναι ιδιαίτερα επωφελής για τους ασθενείς που έχουν προηγουμένως λάβει μεγάλες δόσεις συμβατικής ακτινοβολίας και σε ασθενείς με γλοιώματα που βρίσκονται κοντά σε κρίσιμες περιοχές του εγκεφάλου. Σε αντίθεση με την ολοκρανιακή ακτινοθεραπεία στον εγκέφαλο, η οποία πρέπει να χορηγείται καθημερινά κατά τη διάρκεια αρκετών εβδομάδων, η ακτινοχειρουργική θεραπεία μπορεί συνήθως να ολοκληρωθεί σε 1-5 συνεδρίες θεραπείας. Η ακτινοχειρουργική μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για τη θεραπεία εγκεφαλικών μεταστάσεων μόνη ή σε συνδυασμό με χειρουργική επέμβαση ή ακτινοθεραπεία σε ολόκληρο τον εγκέφαλο, ανάλογα με τις ειδικές κλινικές συνθήκες του ασθενούς.

Ο σχεδιασμός της θεραπείας μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί οποιαδήποτε στιγμή πριν από τη θεραπεία. Κατά τη διάρκεια της θεραπείας, ο ασθενής πρέπει  να είναι τοποθετημένος σε ένα τραπέζι. 

Κλινικές χρήσεις του  CyberKnife

Από τον Αύγουστο του 2001, το CyberKnife έχει έγκριση από το FDA για τη θεραπεία των όγκων σε οποιοδήποτε σημείο του σώματος. Έχει έγκριση για  τον καρκίνο του  παγκρέατος, του ήπατος , του προστάτη, του νωτιαίου μυελού, του καρκίνου κεφαλής και τραχήλου αλλά και για καλοήθεις όγκους. Με την αύξηση της ακρίβειας με την οποία η θεραπεία χορηγείται υπάρχει πιθανότητα για αύξηση τηςτοπικής δόσης και ενδεχομένως, επακόλουθη αύξηση της αποτελεσματικότητας, ιδιαίτερα σε τοπικό επίπεδο.

Βιβλιογραφία

1.    An Analysis of the Accuracy of the 6D Tracking With CyberKnife Inoue M, Sato K, Koike I International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics 01 November 2006 (Vol. 66, Issue 3 (Supplement), Page S611)

2.    Fuller CD, and Scarbrough TJ, MD Fiducial Markers in Image-guided Radiotherapy of the Prostate. U S ONCOLOGICAL DISEASE 2006 75-78

3.    Murphy MJ. Fiducial-based targeting accuracy for external-beam radiotherapy. Medical Physics March 2002 Volume 29, Issue 3, pp. 334–344

4.    Phase I study of stereotactic radiosurgery in patients with locally advanced pancreatic cancer Koong AC, Le QT, Ho A, Fong B, Fisher G, Cho C, Ford J, Poen J, Gibbs IC, Mehta VK, Kee S, Trueblood W, Yang G, Bastidas JA International Journal of Radiation Oncology*Biology*Physics 15 March 2004 (Vol. 58, Issue 4, Pages 1017–1021)

5.    Chang SD, Min W, Martin DP, Gibbs IC, Heilbrun MP. An analysis of the accuracy of the CyberKnife: A robotic frameless stereotactic radiosurgical system. Neurosurgery. 2003; 52: 140-147.

6.    Yu, C, Main W, Taylor D, Kuduvalli G, Apuzzo M, Adler J, Wang M: An Anthropomorphic Phantom Study of the Accuracy of CyberKnife Spinal Radiosurgery. Neurosurgery, 55(5):1138–1149, 2004

7.    Phase I study of stereotactic radiosurgery in patients with locally advanced pancreatic cancer. Koong AC, Le QT, Ho A, Fong B, Fisher G, Cho C, Ford J, Poen J, Gibbs IC, Mehta VK, Kee S, Trueblood W, Yang G, Bastidas JA. International Journal of Radiation Oncology*Biology*Physics, 15 March 2004 (Vol. 58, Issue 4, Pages 1017–1021)

8.    Phase II study to assess the efficacy of conventionally fractionated radiotherapy followed by a stereotactic radiosurgery boost in patients with locally advanced pancreatic cancer. Koong AC, Christofferson E, Le QT, Goodman KA, Ho A, Kuo T, Ford JM, Fisher GA, Greco R, Norton J, Yang GP. International Journal of Radiation Oncology*Biology*Physics, 01 October 2005 (Vol. 63, Issue 2, Pages 320-323)

9.    Phase I Dose Escalation Study of CyberKnife Stereotactic Radiosurgery for Liver Malignancies. Lieskovsky YC, Koong A, Fisher G, Yang G, Ho A, Nguyen M, Gibbs I, Goodman K.International Journal of Radiation Oncology*Biology*Physics, 01 October 2005 (Vol. 63, Issue (Supplement 1), Page S283)

10.  Hypofractionated Stereotactic Radiotherapy for Prostate Cancer: Early Results. Hara W, Patel D, Pawlicki T, Cotrutz C, Presti J, King C. International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics, 01 November 2006 (Vol. 66, Issue 3 (Supplement), Pages S324-S325)

11.  Cyberknife frameless real-time image-guided stereotactic radiosurgery for the treatment of spinal lesions. Gerszten PC, Ozhasoglu C, Burton SA, Vogel WJ, Atkins BA, Kalnicki S, Welch WC. International Journal of Radiation Oncology*Biology*Physics, 01 October 2003 (Vol. 57, Issue 2 (Supplement), Pages S370-S371)

12.  CyberKnife Fractionated Stereotactic Radiosurgery for the Treatment of Primary and Recurrent Head and Neck Cancer. Liao JJ, Judson B, Davidson B, Amin A, Gagnon G, Harter K. International Journal of Radiation Oncology*Biology*Physics, 01 October 2005 (Vol. 63, Issue (Supplement 1), Page S381)

13.  Cyberknife frameless radiosurgery for the treatment of benign tumors. Bhatnagar AK, Gerzsten PC, Agarwal A, Ozhasoglu CW, Vogel WJ, Kalnicki S, Welch WC, Burton SA. International Journal of Radiation Oncology*Biology*Physics, September 2004 (Vol. 60, Issue 1 (Supplement), Page S548)

14.  Principles and Practice of Stereotactic Radiosurgery, Lawrence Chin, MD and William Regine, MD, Editors (2008)