CyberKnife är ett strålkirurgiskt system tillverkat av Accuray för behandling av benigna och maligna tumörer och andra sjukdomar [1] [2] . Utvecklad 1992 av professorn i neurokirurgi och strålningsonkologi vid Stanford University (USA) John Adler och Peter och Russell Schonberg från Schonberg Research Corporation . Tillverkad av Accuray, med huvudkontor i Sunnyvale , Kalifornien .
Metoden för exponering av systemet är baserad på strålterapi med målet att få en mer exakt effekt än konventionell strålterapi [3] . De två huvudelementen i systemet är (1) en liten linjär accelerator som skapar strålning och (2) en robotanordning som tillåter energi att riktas till vilken del av kroppen som helst från vilken riktning som helst.
Enligt tillverkaren finns för närvarande cirka 250 cyberknivsinstallationer installerade i världen, mer än 100 000 patienter har fått behandling. De flesta av dessa enheter finns på amerikanska kliniker, följt av Japan. I mindre utsträckning - i Europa och Asien.
Strålningskällan är installerad på en industriell multifunktionsrobot. Den ursprungliga CyberKnife-installationen använde en japansk robot tillverkad av Fanuc , mer moderna system använder en robot tillverkad av det tyska företaget KUKA KR 240. Roboten är utrustad med en bärbar linjäraccelerator med ett röntgenband som kan bestråla ett föremål med en indikator på 600 cGy per minut. American Society of Radiation Oncology (ASTRO) tillkännagav tillgången till en modell med en strålningshastighet på 800 cGy per minut [4] . Strålningen kollimeras med hjälp av volframkollimatorer (även kallade koner) som skapar cirkulära strålningsfält. För närvarande används strålningsfält med en bredd av 5; 7,5; tio; 12,5; femton; tjugo; 25; trettio; 35; 40; 50 och 60 mm. ASTRO 2007 använde också IRIS [4] kollimator med variabel apertur , som använder två uppsättningar av sex prismatiska volframsegment för att bilda ett tvåsidigt diffust stabilt fält, vilket eliminerar behovet av justering för att fixera kollimatorerna. Att montera strålningskällan på roboten möjliggör nästan fullständig frihet i källans position i utrymmet nära patienten och omedelbar rörelse av källan, vilket tillåter bestrålning från en mängd olika riktningar utan att både patienten och källan behöver flyttas. , vilket uppstår när man använder modern design.
CyberKnife-systemet använder ett bildhanteringssystem. Röntgenkameror är placerade runt patienten, vilket resulterar i omedelbara röntgenbilder.
Den ursprungliga metoden (som fortfarande används) är metoden att spåra skallens position. Röntgenkamerabilder jämförs med ett datorgenererat anatomiskt bildbibliotek av patienten. Digitalt rekonstruerade radiobilder (DRR) matas in i en datoralgoritm som bestämmer vilka förändringar i robotens rörelse som behövs i förhållande till patientens rörelser. Avbildningssystemet gör att cyberkniven kan stråla med en noggrannhet på 0,5 mm utan användning av mekaniska klämmor fästa på patientens huvud [5] . Bilder byggs med ramlös stereotaxisk strålkirurgi. Denna metod anses vara 6-dimensionell (6-D) eftersom korrigeringar görs genom rotations- och translationsrörelser i tre riktningar (X, Y och Z). Det bör noteras att det är nödvändigt att använda vissa anatomiska och artificiella egenskaper för att orientera roboten när den sänder ut röntgenstrålar, eftersom tumören inte kan definieras tillräckligt (om den är helt synlig) på bilderna av röntgenkameran.
Ytterligare bildbehandlingsmetoder finns tillgängliga för rygg- och lungtumörer. För ryggtumörer används en variant som kallas Xsight-Spine [6] . Istället för att samla in bilder av skallen, använder denna metod bilder av ryggraden. Medan skallen har en stel, oföränderlig struktur, kan kotorna röra sig i förhållande till varandra, så det är nödvändigt att tillämpa bildförvrängningsalgoritmer för att korrigera förvrängningar i röntgenkamerabilder.
Nyligen har Xsight-Lung [7] utvecklats , en förbättring av Xsight-metoden som gör det möjligt att spåra positionen för vissa lungtumörer utan att implantera jämförande markörer [8] .
För vissa mjukdelstumörer kan den jämförande positionsspårningsmetoden [9] användas . Små metallmarkörer är gjorda av guld med hög densitet (för biokompatibilitet) för att få bra kontrast i röntgenbilder och implanteras kirurgiskt i patienten. Ingreppet utförs av en interventionsradiolog eller neurokirurg. Att placera markörer är ett viktigt steg för att genomföra en undersökning. Om de är för långt från tumörens plats, eller om de inte är tillräckligt utspridda i förhållande till varandra, blir det omöjligt att exakt fördela strålningen. När markörerna väl är på plats visas de på CT-skannern, bildkontrollsystemet programmeras efter deras position. Efter avbildning med röntgenkamera bestäms tumörens position i förhållande till markörerna och motsvarande del av människokroppen bestrålas. Den jämförande spårningsmetoden kräver således inte information om skelettets anatomi för att placera bestrålningen. Det är dock känt att markörer kan migrera, vilket begränsar behandlingens noggrannhet om den inte kunde utföras vid lämplig tidpunkt mellan implantationstillfället och behandlingen för att stabilisera markörerna [10] [11] .
CyberKnife-systemet kan också använda synkroniseringsmetoden. Denna metod använder en kombination av implanterbara fiduciära markörer (vanligtvis små guldmarkörer som är mycket synliga på röntgenbilder) och ljusemitterande optiska fibrer (LED-markörer) placerade på patientens hud. Deras position markeras också av en spårande infraröd kamera. Eftersom tumören hela tiden rör sig kräver de röntgenkameror som krävs för att producera en permanent bild för mycket strålning för att nå patientens hud. Tidssystemet löser detta problem genom att periodiskt skaffa en bild av de inre markörerna och beräkna en relationsmodell mellan rörelsen av de yttre LED-markörerna och de inre markörerna. Metoden har fått sitt namn eftersom tidsstämplar från två sensorer (röntgen-infraröda lysdioder) behövs för att synkronisera två dataströmmar.
Rörelseprediktion används för att förhindra dolda robotrörelser och bildförändringar. Innan behandlingen påbörjas skapar en datoralgoritm en korrelationsmodell som svarar på frågan om förhållandet mellan rörelsen av inre markörer i jämförelse med rörelsen av externa markörer. Under behandlingen markerar systemet periodiskt positionen för inre markörer och motsvarande position för tumören baserat på rörelsen av hudmarkörer. Under behandlingen uppdateras korrelationsmodellen i ett konstant tidssteg. Tidsspårningsmetoden gör alltså inga antaganden om regelbundenhet eller reproducerbarhet hos patientens andningsmönster.
För att synkroniseringssystemet ska fungera korrekt är det nödvändigt att det för varje korrelationsmodell finns ett funktionellt förhållande mellan markörer och interna fiduciära markörer. Placeringen av den yttre markören är också viktig, markörerna placeras vanligtvis i patientens buk så att deras rörelse återspeglar diafragmans och lungornas inre rörelse. Synkroniseringsmetoden uppfanns 1998 [12] [13] . De första patienterna behandlades på Cleveland Hospital 2002. Denna metod används främst för lung- och pankreascancer [14] [15] .
En robotsäng med sex frihetsgrader, kallad RoboCouch [16] , används för att ändra patienternas position under behandlingen .
CyberKnife-systemets ramlösa bas förbättrar också den kliniska effektiviteten. I traditionell rambaserad strålkirurgi beror ingreppets noggrannhet endast på anslutningen av den stela ramen till patienten. Ramen fästs på patientens skalle med invasiva aluminium- eller titanskruvar. CyberKnife-systemet är den enda radiokirurgiska enheten som inte kräver en ram för exakt inriktning [17] . När ramen är etablerad kan de relativa positionerna för den mänskliga anatomin bestämmas med CT- eller MRI-skannrar. Efter skanningen kan läkaren planera exponeringen med hjälp av ett dedikerat datorprogram och ramen tas bort. Sålunda kräver användningen av ramen att en linjär sekvens av händelser fullbordas innan nästa patient kan behandlas. Steg-för-steg strålkirurgi med CyberKnife-systemet är särskilt fördelaktigt för patienter som tidigare har fått stora doser av konventionell strålbehandling och patienter med gliom nära kritiska områden i hjärnan. Till skillnad från strålbehandling av hela hjärnan, som kan ges dagligen i flera veckor, kan strålkirurgi vanligtvis genomföras på 1-5 behandlingstillfällen. Strålkirurgi kan användas ensamt för behandling av hjärntumörer eller i kombination med kirurgi eller strålbehandling av hela hjärnan, beroende på de specifika kliniska omständigheterna [18] .
Vid iterativ optimering, simplexoptimering eller sekventiell optimering kan lösningsuppsättningen bestå av summan av antalet isocentriskt riktade strålar och icke-isocentriskt riktade strålar. Därför är det maximala antalet potentiella strålar i en enskild behandlingsplan 10 256 strålar, om 32 isocenter är inriktade och 12 kollimatorer används för att generera en behandlingsplan med sekventiell optimering.
— CK:s Fysik Essential GuideEn annan egenskap hos detta system är närvaron av ett antal spårningssystem som spårar platsen för tumören i rymden, inklusive i realtid. Detta gör att du automatiskt kan justera strålstyrningen under behandlingssessionen, vilket ger hög (submillimeter) noggrannhet inte bara i positioneringen av gaspedalen utan även i själva bestrålningen utan stel fixering av patienten, det vill säga utan en stereotaxisk ram som är fäst vid patientens skalle, till exempel vid behandling av " Gamma-kniv ". Spårning tillhandahålls av två par " röntgenrör - amorf kiseldetektor", varifrån bilderna matas till en dator, som bearbetar dem och skapar en stereoskopisk bild. Referenspunkterna för detta system är patientens benstrukturer, radiopaka markörer och, vid tillräcklig kontrast, själva tumören. Vid strålkirurgisk behandling av lungområdet under andning förskjuts tumören i rymden. Komplexet av CyberKnife-spårningssystem möjliggör noggrann behandling utan att begränsa patientens andning, simulerar positionen för det terapeutiska målet enligt positionen för IR-sensorerna på patientens kropp (det vill säga genom andningsexkursion). Den höga positioneringsnoggrannheten hos den joniserande strålen gör det möjligt att använda mycket högre stråldoser per session vid behandling av en patient, vilket gör det möjligt att reducera behandlingsförloppet från flera veckor till en till fem dagar [19] [ 20] .
Sedan augusti 2001 har US Food and Drug Administration (USA) godkänt användningen av CyberKnife-systemet för behandling av tumörer i någon del av människokroppen [21] . Systemet används för att behandla tumörer i bukspottkörteln [15] [22] , lever [23] , prostata [24] [25] , ryggrad [26] , hals- och hjärncancer [27] och godartade tumörer [28] .
Ingen studie har funnit någon överlägsen överlevnadsgrad med systemet jämfört med andra metoder. Med en ökning av bestrålningsnoggrannheten ökar möjligheten att öka dosen och en efterföljande ökning av effektiviteten är möjlig, särskilt i lokala koefficienter. Samtidigt har omfattningen av forskningen varit begränsad, och mer omfattande studier behövs för att fastställa förändringen i överlevnadsgrad [22] .
Nu används Cyberknife för att behandla maligna tumörer i medicinska institutioner i olika länder:
2008 behandlades skådespelaren Patrick Swayze på CyberKnife-installationen [29] .
Den första cyberkniven på en statlig klinik öppnades av Burdenko Research Institute of Neurosurgery 2009. Efter 2 år - i Tjeljabinsk 2011 [30] [31] .
2012 togs Cyberknife VSI radiosurgical komplex i drift vid Interregional Medical Center for Early Diagnosis and Treatment of Cancer i Voronezh [32] .
I början av 2018 är flera CyberKnife-installationer i drift i Ryssland. Till exempel det radiokirurgiska komplexet CyberKnife G4 som arbetar vid MIBS Cancer Clinic i St. Petersburg [33] .
Kostnaden för enheten i Ryssland enligt det offentliga upphandlingssystemet 2012 var cirka 295 miljoner rubel [34] .