CyberKnife on Accurayn valmistama radiokirurginen järjestelmä hyvän- ja pahanlaatuisten kasvainten ja muiden sairauksien hoitoon [1] [2] . Sen ovat kehittäneet vuonna 1992 Stanfordin yliopiston (USA) neurokirurgian ja säteilyonkologian professori John Adler ja Peter ja Russell Schonberg Schonberg Research Corporationista . Valmistaja Accuray, jonka pääkonttori sijaitsee Sunnyvalessa , Kaliforniassa .
Järjestelmän altistusmenetelmä perustuu sädehoitoon, jonka tavoitteena on tavanomaista sädehoitoa tarkempi vaikutus [3] . Järjestelmän kaksi pääelementtiä ovat (1) pieni lineaarinen kiihdytin , joka tuottaa säteilyä, ja (2) robottilaite, jonka avulla energiaa voidaan ohjata mihin tahansa kehon osaan mistä tahansa suunnasta.
Valmistajan mukaan maailmassa on tällä hetkellä asennettuna noin 250 kyberveitsiasennusta, yli 100 000 potilasta on saanut hoitoa. Suurin osa näistä yksiköistä sijaitsee Yhdysvaltojen klinikoilla, jonka jälkeen tulee Japani. Pienemmässä määrin - Euroopassa ja Aasiassa.
Säteilylähde on asennettu teolliseen monitoimirobottiin. Alkuperäisessä CyberKnife-asennuksessa käytettiin Fanucin valmistamaa japanilaista robottia , nykyaikaisemmissa järjestelmissä saksalaisen KUKA KR 240 -yhtiön valmistamaa robottia. Robotti on varustettu kannettavalla lineaarisella kiihdyttimellä, jossa on röntgennauha, joka voi säteilyttää kohteen indikaattorilla. 600 cGy minuutissa. American Society of Radiation Oncology (ASTRO) ilmoitti, että on saatavilla malli, jonka säteilynopeus on 800 cGy minuutissa [4] . Säteily kollimoidaan volframikollimaattoreiden (jota kutsutaan myös kartioksi) avulla, jotka luovat ympyränmuotoisia säteilykenttiä. Tällä hetkellä käytetään säteilykenttiä, joiden leveys on 5; 7,5; kymmenen; 12,5; viisitoista; kaksikymmentä; 25; kolmekymmentä; 35; 40; 50 ja 60 mm. ASTRO 2007:ssä käytettiin myös säädettävän aukon kollimaattoria IRIS [4] , joka käyttää kahta kuuden prismaattisen volframisegmentin sarjaa muodostamaan kaksikulmaisen hajanaisen vakaan kentän, mikä eliminoi säätötarpeen kollimaattoreiden kiinnittämiseksi. Säteilylähteen asentaminen robottiin mahdollistaa lähes täydellisen vapauden lähteen sijainnissa potilaan lähellä olevassa tilassa ja lähteen välittömän liikkeen, mikä mahdollistaa säteilytyksen eri suunnista ilman, että potilasta ja lähdettä tarvitsee siirtää , joka ilmenee käytettäessä nykyaikaisia malleja.
CyberKnife-järjestelmä käyttää kuvanhallintajärjestelmää. Röntgenkuvauskamerat on sijoitettu potilaan ympärille, mikä tuottaa välittömiä röntgenkuvia.
Alkuperäinen menetelmä (joka on edelleen käytössä) on menetelmä, jolla seurataan kallon sijaintia. Röntgenkamerakuvia verrataan tietokoneella luotuun potilaan anatomiseen kuvakirjastoon. Digitaalisesti rekonstruoidut radiokuvat (DRR) syötetään tietokonealgoritmiin, joka määrittää, mitä muutoksia robotin liikkeessä tarvitaan suhteessa potilaan liikkeisiin. Kuvausjärjestelmä mahdollistaa kyberveitsen säteilemisen 0,5 mm:n tarkkuudella ilman potilaan päähän kiinnitettyjä mekaanisia klipsiä [5] . Kuvat rakennetaan kehyksettömällä stereotaksisella radiokirurgialla. Tätä menetelmää pidetään 6-ulotteisena (6-D), koska korjaukset tehdään pyörimis- ja translaatioliikkeillä kolmeen suuntaan (X, Y ja Z). On huomioitava, että on välttämätöntä käyttää anatomisia ja keinotekoisia piirteitä robotin suuntaamiseen röntgensäteitä lähettäessään, koska kasvainta ei voida määrittää riittävästi (jos se on täysin näkyvissä) röntgenkameran kuvissa.
Muita kuvantamismenetelmiä on saatavilla selkä- ja keuhkokasvaimille. Selkäkasvaimissa käytetään muunnelmaa nimeltä Xsight-Spine [6] . Kallon kuvien keräämisen sijaan tämä menetelmä käyttää selkärangan kuvia. Vaikka kallolla on jäykkä, muuttumaton rakenne, nikamat voivat liikkua suhteessa toisiinsa, joten on välttämätöntä soveltaa kuvan vääristymisalgoritmeja vääristymien korjaamiseksi röntgenkamerakuvissa.
Äskettäin on kehitetty Xsight-Lung [7] , parannus Xsight-menetelmään, joka mahdollistaa joidenkin keuhkokasvainten sijainnin jäljittämisen ilman vertailumarkkereita [8] .
Joidenkin pehmytkudoskasvaimien kohdalla voidaan käyttää vertailevaa sijainninseurantamenetelmää [9] . Pienet metallimerkit on valmistettu suuren tiheyden kullasta (biologisen yhteensopivuuden vuoksi), jotta saadaan hyvä kontrasti röntgenkuvissa, ja ne implantoidaan kirurgisesti potilaaseen. Toimenpiteen suorittaa interventioradiologi tai neurokirurgi . Merkkien sijoittaminen on kriittinen vaihe kyselyn suorittamisessa. Jos ne ovat liian kaukana kasvaimen sijainnista tai jos ne eivät ole riittävän hajallaan suhteessa toisiinsa, säteilyn tarkka jakautuminen tulee mahdottomaksi. Kun merkit ovat paikoillaan, ne näkyvät CT-skannerina, kuvanhallintajärjestelmä ohjelmoidaan niiden sijainnin mukaan. Röntgenkameralla kuvantamisen jälkeen määritetään kasvaimen sijainti markkereihin nähden ja sitä vastaavaa ihmiskehon osaa säteilytetään. Siten vertaileva seurantamenetelmä ei vaadi tietoa luuston anatomiasta säteilytyksen sijoittamiseksi. Kuitenkin tiedetään, että markkerit voivat siirtyä, mikä rajoittaa hoidon tarkkuutta, jos sitä ei voida suorittaa sopivana aikana implantoinnin ja hoidon välillä markkerien stabiloimiseksi [10] [11] .
CyberKnife-järjestelmä voi myös käyttää synkronointimenetelmää. Tämä menetelmä käyttää yhdistelmää implantoitavia luottamusmarkkereita (yleensä pieniä kultamarkkereita, jotka näkyvät hyvin röntgenkuvissa) ja valoa emittoivia optisia kuituja (LED-markkereita), jotka asetetaan potilaan iholle. Niiden sijainti on myös merkitty seuranta-infrapunakameralla. Koska kasvain liikkuu jatkuvasti, pysyvän kuvan tuottamiseen tarvittavat röntgenkamerat vaativat liian paljon säteilyä päästäkseen potilaan iholle. Ajoitusjärjestelmä ratkaisee tämän ongelman hankkimalla ajoittain kuvan sisämarkkereista ja laskemalla suhdemallin ulompien LED-merkkien liikkeen ja sisämerkkien välillä. Menetelmä sai nimensä, koska kahden tietovirran synkronointiin tarvitaan kahden sensorin (röntgeninfrapuna-LED) aikaleimoja.
Liikkeen ennustamista käytetään estämään piilotetut robotin liikkeet ja kuvan muutokset. Ennen hoidon aloittamista tietokonealgoritmi luo korrelaatiomallin, joka vastaa kysymykseen sisäisten merkkien liikkeiden välisestä suhteesta ulkoisten markkerien liikkeisiin verrattuna. Hoidon aikana järjestelmä merkitsee määräajoin sisäisten markkerien sijainnin ja kasvaimen vastaavan sijainnin ihomarkkerien liikkeen perusteella. Hoidon aikana korrelaatiomalli päivitetään vakioaikavaiheessa. Siten ajoituksen seurantamenetelmä ei tee oletuksia potilaan hengitysmallin säännöllisyydestä tai toistettavuudesta.
Jotta synkronointijärjestelmä toimisi oikein, on välttämätöntä, että missä tahansa korrelaatiomallissa on toiminnallinen suhde markkerien ja sisäisten luottamusmerkkien välillä. Myös ulkoisen markkerin sijoitus on tärkeä, merkit sijoitetaan yleensä potilaan vatsaan siten, että niiden liike heijastaa pallean ja keuhkojen sisäistä liikettä. Synkronointimenetelmä keksittiin vuonna 1998 [12] [13] . Ensimmäiset potilaat hoidettiin Clevelandin sairaalassa vuonna 2002. Tätä menetelmää käytetään pääasiassa keuhko- ja haimasyöpiin [14] [15] .
Kuuden vapausasteen robottisänkyä, nimeltään RoboCouch [16] , käytetään muuttamaan potilaiden asentoa hoidon aikana .
CyberKnife-järjestelmän kehyksetön pohja parantaa myös kliinistä tehokkuutta. Perinteisessä runkopohjaisessa radiokirurgiassa toimenpiteen tarkkuus riippuu vain jäykän rungon liittämisestä potilaaseen. Kehys kiinnitetään potilaan kalloon invasiivisilla alumiini- tai titaaniruuveilla. CyberKnife-järjestelmä on ainoa radiokirurginen laite, joka ei vaadi kehystä tarkkaan kohdistukseen [17] . Kun kehys on muodostettu, ihmisen anatomian suhteelliset sijainnit voidaan määrittää CT- tai MRI-skannereilla. Skannauksen jälkeen lääkäri voi suunnitella valotuksen käyttämällä erityistä tietokoneohjelmaa ja kehys poistetaan. Näin ollen kehyksen käyttö edellyttää lineaarisen tapahtumasarjan suorittamista loppuun ennen kuin seuraava potilas voidaan hoitaa. Vaiheittainen radiokirurgia CyberKnife-järjestelmällä on erityisen hyödyllinen potilaille, jotka ovat aiemmin saaneet suuria annoksia tavanomaista sädehoitoa, ja potilaille, joilla on gliooma lähellä kriittisiä aivoalueita. Toisin kuin kokoaivojen sädehoito, jota voidaan antaa päivittäin useiden viikkojen ajan, radiokirurgia voidaan yleensä suorittaa 1-5 hoitokerrassa. Sädekirurgiaa voidaan käyttää yksinään aivokasvainten hoitoon tai yhdessä leikkauksen tai kokoaivojen sädehoidon kanssa erityisistä kliinisistä olosuhteista riippuen [18] .
Iteratiivisessa optimoinnissa, simpleksioptimoinnissa tai peräkkäisessä optimoinnissa ratkaisujoukko voi koostua isosentrisesti kohdistettujen säteiden ja ei-isosentrisesti kohdistettujen säteiden lukumäärän summasta. Tästä syystä potentiaalisten säteiden enimmäismäärä yhdessä hoitosuunnitelmassa on 10 256 sädettä, jos kohdistetaan 32 isokeskusta ja 12 kollimaattoria käytetään hoitosuunnitelman luomiseen sekvenssioptimoinnin avulla.
— CK:n Physics Essential GuideToinen tämän järjestelmän ominaisuus on useiden seurantajärjestelmien läsnäolo, jotka seuraavat kasvaimen sijaintia avaruudessa, myös reaaliajassa. Tämän avulla voit säätää säteen ohjausta automaattisesti hoitokerran aikana, mikä tarjoaa korkean (submillimetrin) tarkkuuden paitsi kiihdyttimen asennossa, myös itse säteilytyksessä ilman potilaan jäykkää kiinnitystä, eli ilman stereotaksista kehystä. joka kiinnitetään potilaan kalloon esimerkiksi " Gamma -veitsen " hoidossa. Seuranta tapahtuu kahdella parilla " röntgenputki - amorfinen piidetektori", joista kuvat syötetään tietokoneelle, joka käsittelee ne ja luo stereoskooppisen kuvan. Tämän järjestelmän vertailupisteinä ovat potilaan luurakenteet, röntgensäteitä läpäisemättömät markkerit ja riittävän kontrastin tapauksessa kasvain itse. Keuhkojen alueen radiokirurgisen hoidon aikana hengityksen aikana kasvain siirtyy avaruuteen. CyberKnife-seurantajärjestelmien kompleksi mahdollistaa tarkan hoidon rajoittamatta potilaan hengitystä, simuloimalla terapeuttisen kohteen sijaintia IR-anturien sijainnin mukaan potilaan kehossa (eli hengitysmatkalla). Ionisoivan säteilysäteen korkea paikannustarkkuus mahdollistaa huomattavasti suurempien säteilyannosten käytön potilaan hoidossa hoitokertaa kohden, mikä mahdollistaa hoidon lyhentämisen useista viikoista yhdestä viiteen päivään [19] [ 20] .
Elokuusta 2001 lähtien Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkevirasto (USA) on hyväksynyt CyberKnife-järjestelmän käytön kasvainten hoitoon missä tahansa ihmiskehon osassa [21] . Järjestelmää käytetään haiman [15] [22] , maksan [23] , eturauhasen [24] [25] , selkärangan [26] , kurkun ja aivosyövän [27] sekä hyvänlaatuisten kasvainten [28] hoitoon .
Mikään tutkimus ei ole löytänyt parempaa eloonjäämisprosenttia järjestelmällä verrattuna muihin menetelmiin. Säteilytyksen tarkkuuden kasvaessa mahdollisuus nostaa annosta ja myöhempää tehokkuuden lisäystä on mahdollista erityisesti paikallisissa kertoimissa. Samaan aikaan tutkimuksen laajuutta on rajoitettu, ja eloonjäämisasteen muutoksen määrittämiseksi tarvitaan laajempia tutkimuksia [22] .
Nyt Cyberknifeä käytetään pahanlaatuisten kasvainten hoitoon lääketieteellisissä laitoksissa eri maissa:
Vuonna 2008 näyttelijä Patrick Swayze hoidettiin CyberKnife-installaatiossa [29] .
Burdenkon neurokirurgian tutkimuslaitos avasi valtion klinikan ensimmäisen Cyberknifen vuonna 2009. 2 vuoden jälkeen - Tšeljabinskissa vuonna 2011 [30] [31] .
Vuonna 2012 Cyberknife VSI -radiokirurginen kompleksi otettiin käyttöön Voronežin syövän varhaisen diagnosoinnin ja hoidon alueidenvälisessä lääketieteellisessä keskuksessa [32] .
Vuoden 2018 alussa Venäjällä on toiminnassa useita CyberKnife-asennuksia. Esimerkiksi CyberKnife G4 -radiokirurginen kompleksi, joka toimii MIBS -syöpäklinikalla Pietarissa [33] .
Laitteen hinta Venäjällä julkisen hankintajärjestelmän mukaan vuonna 2012 oli noin 295 miljoonaa ruplaa [34] .