PET und MRT geführte Bestrahlung von einem Glioblastom Rattenmodell mit einer Mikro-Moorpackung

Das übergeordnete Ziel dieser Methodik ist die Durchführung einer bildgesteuerten konformen Bestrahlung bei Kleintieren. Diese Methode kann dazu beitragen, zentrale Fragen in der Radiologie zu beantworten, wie spezifische Tumorvolumina für eine gezielte Strahlentherapie abgegrenzt werden können. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie die menschliche Behandlung von Krebs nachahmt und die Bestrahlung von Tumoren bei Ratten ermöglicht.

Die Verwendung von PETs zur Führung von Strahlungsstrahlen ermöglicht es, die Krebsbiologie als eine neue und vielversprechende Entwicklung auf dem Gebiet der Strahlentherapie bei Kleintieren zu berücksichtigen. Durch die Einbeziehung eines biologischen Zielvolumens können die aktivsten und strahlenresistentesten Bereiche des Tumors gezielt angesprochen werden, was zu besseren Therapieergebnissen führt. Um das Gehirn einer anästhesierten 170-Gramm-Ratte mit Gliomzellen zu impfen, bestätigen Sie zunächst die Sedierung durch mangelnde Reaktion auf das Einklemmen der Zehen, entfernen Sie die Haare von der Augenhöhe bis zur Rückseite des Schädels und tragen Sie Salbe auf die Augen des Tieres auf.

Legen Sie das Tier in einem stereotaktischen Gerät ruhig. Desinfizieren Sie die freiliegende Haut mit Povidon-Jod und legen Sie den Schädel mit einem zwei Zentimeter langen Schnitt in der Mittellinie der Kopfhaut frei. Machen Sie mit einem Diamantbohrer ein ein Loch von einem Millimeter zwei Millimeter nach hinten und zweieinhalb Millimeter lateral des Bregmas in die rechte vordere Hemisphäre.

Laden Sie anschließend die Nadel einer 29-Gauge-Insulinspritze mit fünf Mikrolitern Zellsuspension, injizieren Sie die Zellen mit einer Mikrospritzenpumpensteuerung unter stereotaktischer Anleitung drei Millimeter tief in den Schädel und ziehen Sie die Nadel langsam zurück. Verschließen Sie den Schnitt mit Knochenwachs. Nähen und desinfizieren Sie dann die Haut mit mehr Povidon-Jod und verwenden Sie eine rote Lampe, um die Körpertemperatur des Tieres nach der Operation zu stabilisieren und bis zur vollständigen Genesung zu überwachen.

Acht Tage nach der Inokulation verbinden Sie eine 30-Gauge-Nadel mit einem 60 Zentimeter langen Schlauch. Intravenös in der lateralen Schwanzvene positionieren und das anästhesierte Tier in ein MRT-Bett legen. Platzieren Sie das Bett in der Halterung mit einer festen Spule für die Oberfläche des Rattengehirns und positionieren Sie das Bett in einer 72-Millimeter-Spule für den Rattengriffkörper.

Beurteilen Sie dann das Tumorwachstum mit einem Localizor-Scan, gefolgt von einem T2-gewichteten Spin-Echo-Scan. Wenn ein Tumor bestätigt wird, beginnen Sie eine 12-minütige MRT-Aufnahme mit dynamischem Kontrakt und injizieren Sie 30 Sekunden nach Beginn des Scans ein Gadolinium-haltiges Kontrastmittel in den intraveniell platzierten Schlauch. Um die Signalintensität über die Zeit darzustellen, verwenden Sie das Bildsequenzanalyse-Tool, um eine Region von Interesse innerhalb der vermuteten Tumorregion auszuwählen und die Form der resultierenden dynamischen kontraktverstärkten Kurve zu analysieren, um das Vorhandensein des Glioblastoms zu bestätigen.

Erwerben Sie dann eine kontrastverstärkte, T1-gewichtete Spin-Echo-Sequenz. Für eine multimodale Bildgebung des Zielvolumens führen Sie einen 26-Gauge-Katheter in die Schwanzvene ein und injizieren Sie 37 Megabecquerel des interessierenden PET-Tracers und 200 Mikroliter Kochsalzlösung in den Katheter. 15 Minuten vor der PET-Entnahme injizieren Sie das MRT-Kontrastmittel durch den Schwanzvenenkatheter und legen Sie die anästhesierte Ratte auf ein speziell angefertigtes multimodales Bett.

Positionieren Sie einen Multimodalitätsmarker unter, über und auf der rechten Seite des Schädels. Befestigen Sie die Ratte mit Klettverschlüssen am Bett. Stellen Sie das Bett in die Tierhalterung des MRT-Scanners, befestigen Sie die Oberflächenspule des Rattengehirns und positionieren Sie das gesamte Setup in der 72-Millimeter-Senderspule des Rattengriffkörpers.

Erhalten Sie einen Lokalisator-Scan, gefolgt von einer kontrastverstärkten T1-gewichteten Spin-Echo-Sequenz, wie gezeigt. Am Ende des T1-Scans übertragen Sie das Tier auf das PET-Instrument und erhalten den entsprechenden 30-minütigen statischen PET-Scan im Listenmodus entsprechend den Parametern für den injizierten PET-Tracer. Transportieren Sie dann das Bett auf einen Kunststoffhalter, der auf dem vierachsigen Roboter-Positionierungstisch des Mikrobestrahlungsgeräts befestigt ist.

Und erhalten Sie einen hochauflösenden CT-Scan mit einem Aluminiumfilter von einem Millimeter und einem 20 x 20 Zentimeter großen amorphen Silizium-Flachdetektor. Wählen Sie manuell Grauwert-Schwellenwerte aus, bis Sie eine gute Segmentierung von Knochen, Weichgewebe und Luft erreicht haben. Achte darauf, dass sich keine Luft im Schädel befindet.

Importieren Sie für die Behandlungsplanung die planende Computertomographie (CT) in das präklinische Behandlungsplanungssystem (PCTPS) und segmentieren Sie das CT-Bild manuell in drei verschiedene Gewebeklassen. Eine präzise Verschmelzung kann erreicht werden, indem die erhöhte Signalintensität des Schädels auf dem CT-Scan mit dem schwarzen Signal auf dem MRT-Scan überlagert wird. Laden Sie den MRT-Scan und die Co-Registrierung unter Verwendung der starren Transformationen und der multimodalen Marker und des Schädels.

Laden Sie das MRT in das PCTPS. Füllen Sie dann zunächst die Transformationsmatrix aus. Wechseln Sie von CT zu MRT und zurück, um die Fusion zu überprüfen und linke, rechte, hintere, anteriore und untere, überlegene Transformationen und Rotationen hinzuzufügen, bis die perfekte Fusion erreicht ist.

Wählen Sie dann das Ziel oder die Bestrahlung in der Mitte des kontrastverstärkenden Tumors auf dem T1-gewichteten MRT aus. Wenn zusätzliche PET-Informationen aufgenommen werden müssen, verwenden Sie die biomedizinische Bildquantifizierungssoftware, um eine CT/MRT-PETCO-Registrierung einzuschließen. Laden Sie zuerst den CT-Scan, danach den PET-Scan.

Überprüfen Sie die Ausrichtung des PET-Scans beim Laden. Ändern Sie die Farbskala des PET-Bildes und die Ausrichtung. Wenden Sie einen Gaußschen Filter auf das Bild an, so dass die Traceraufnahme im Tumor deutlich sichtbar wird.

Passen Sie den CT-Kontrast an, um den Bildfusionsprozess zu starten, um eine PET-MRT-Bildfusion zu erzielen, und verwenden Sie das Konturierungswerkzeug in der Quantifizierungssoftware. Wählen Sie nach der Co-Registrierung das Ziel in der Mitte der erhöhten PET-Tracer-Aufnahme in der Quantifizierungssoftware aus. Verwenden Sie sowohl Rotationen als auch Verschiebungen und überprüfen Sie die Verschmelzung in allen Scheiben des Bildes.

Wählen Sie den Mittelpunkt des Bereichs mit der höchsten Traceraufnahme aus, und extrahieren Sie die Koordinaten. Und geben Sie die Koordinaten manuell in das PCTPS ein. Wenn die automatischen PET-MRT- und CT-Bildfusionswerkzeuge keine gute Fusion erzeugen, können Konturierungswerkzeuge und manuelle Transformationen verwendet werden, um die Fusionsergebnisse zu verbessern.

Wählen Sie die verschriebene Dosis, die Anzahl der Bögen, die Bogenposition, den Rotationsbereich der Bögen und die Kollimatorgröße aus und passen Sie die Einstellungen für die geeignete MRT- oder PET-MRT-geführte Strahlentherapie an. Für die eigentliche Bestrahlung wählt man einen 0,5-Millimeter-Kupferfilter, stellt die Röntgenspannung auf 220 Kilovolt und den Röntgenstrom auf 13 Milliampere ein und positioniert den rechten Kollimator auf der Gantry. Übertragen Sie dann die entsprechenden Strahlführungsparameter vom PCTPS auf den Mikrostrahler, um die Strahlentherapie durchzuführen.

Um die humane Behandlungsmethodik für die Glioblastom-Bestrahlung in einem präklinischen Modell nachzuahmen, wird das iso-Zentrum für die Bestrahlung in der Mitte der kontrastmittelverstärkten Tumorregion auf der T1-gewichteten MRT ausgewählt, wie gerade gezeigt. In diesem Experiment wurden Verteilungen und kumulative Dosisvolumen-Histogramme der mittleren, minimalen und maximalen Dosen des Zielvolumens und der normalen Hirngewebevolumina für fünf verschiedene Tiere berechnet. Für die Co-Registrierung der MRT- und CT-Modalitäten ermöglicht die biomedizinische Bildquantifizierungssoftware den Einsatz vieler Werkzeuge für den starren Abgleich.

Durch Anwendung einer einfachen Transformation können sowohl die MRT- als auch die PET-basierten Isozentren auf das PCTPS übertragen werden, um die Dosisberechnung der Strahlung innerhalb jedes Isozentrums zu ermöglichen. Eine kleine bestimmte Technik kann verwendet werden, um Tumore bei Ratten und Mäusen im Unterricht zu bestrahlen, wenn sie richtig durchgeführt wird. Bei der Durchführung dieses Verfahrens ist es wichtig, daran zu denken, die Tiere während der Narkose sorgfältig zu überwachen.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie die bildgeführte Bestrahlung von Tumorzielen von Interesse anwenden können.