CyberKnife je radiochirurgický systém vyráběný společností Accuray pro léčbu benigních a maligních nádorů a dalších onemocnění [1] [2] . Vyvinuli ho v roce 1992 profesor neurochirurgie a radiační onkologie na Stanfordské univerzitě (USA) John Adler a Peter a Russell Schonbergovi ze Schonberg Research Corporation . Vyrábí společnost Accuray se sídlem v Sunnyvale v Kalifornii .
Způsob ozáření systému je založen na radiační terapii s cílem přesnějšího účinku než konvenční radioterapie [3] . Dva hlavní prvky systému jsou (1) malý lineární urychlovač , který vytváří záření, a (2) robotické zařízení, které umožňuje směrovat energii do jakékoli části těla z libovolného směru.
Podle výrobce je v současné době ve světě instalováno asi 250 instalací kybernetických nožů, více než 100 000 pacientů bylo ošetřeno. Většina těchto jednotek se nachází na amerických klinikách, následuje Japonsko. V menší míře - v Evropě a Asii.
Zdroj záření je instalován na průmyslovém víceúčelovém robotu. Původní instalace CyberKnife využívala japonského robota vyrobeného firmou Fanuc , modernější systémy využívají robota německého výrobce KUKA KR 240. Robot je vybaven přenosným lineárním urychlovačem s rentgenovým pásem, který dokáže ozařovat předmět s indikátorem 600 cGy za minutu. Americká společnost pro radiační onkologii (ASTRO) oznámila dostupnost modelu s rychlostí záření 800 cGy za minutu [4] . Záření je kolimováno pomocí wolframových kolimátorů (nazývaných také kužely), které vytvářejí kruhová radiační pole. V současnosti se používají radiační pole o šířce 5; 7,5; deset; 12,5; patnáct; dvacet; 25; třicet; 35; 40; 50 a 60 mm. ASTRO 2007 také vidělo použití kolimátoru s proměnnou aperturou IRIS [4] , který používá dvě sady šesti prizmatických wolframových segmentů k vytvoření dvanáctiúhelníkového difuzního stabilního pole, čímž se eliminuje potřeba seřízení pro fixaci kolimátorů. Montáž zdroje záření na robota umožňuje téměř úplnou volnost v poloze zdroje v prostoru v blízkosti pacienta a okamžitý pohyb zdroje, což umožňuje ozařování z různých směrů bez nutnosti pohybu jak pacienta, tak zdroje , ke kterému dochází při použití moderních vzorů.
Systém CyberKnife využívá systém správy obrázků. Rentgenové zobrazovací kamery jsou umístěny kolem pacienta, což vede k okamžitým rentgenovým snímkům.
Původní metoda (která se stále používá) je metoda sledování polohy lebky. Snímky z rentgenové kamery jsou porovnány s počítačově vytvořenou knihovnou anatomických snímků pacienta. Digitálně rekonstruované rádiové snímky (DRR) jsou přiváděny do počítačového algoritmu, který určuje, které změny v pohybu robota jsou potřebné ve vztahu k pohybům pacienta. Zobrazovací systém umožňuje kybernetickému noži vyzařovat s přesností 0,5 mm bez použití mechanických svorek připevněných k hlavě pacienta [5] . Snímky jsou vytvářeny pomocí bezrámové stereotaxické radiochirurgie. Tato metoda je považována za 6-rozměrnou (6-D), protože korekce se provádějí rotačními a translačními pohyby ve třech směrech (X, Y a Z). Nutno podotknout, že pro orientaci robota při vyzařování rentgenového záření je nutné použít některé anatomické a umělé prvky, jelikož na snímcích rentgenové kamery nelze nádor dostatečně definovat (pokud je zcela viditelný).
Pro nádory zad a plic jsou k dispozici další zobrazovací modality. U nádorů zad se používá varianta zvaná Xsight-Spine [6] . Namísto shromažďování snímků lebky používá tato metoda snímky páteře. Zatímco lebka má tuhou, neměnnou strukturu, obratle se mohou vzájemně pohybovat, takže je nutné použít algoritmy zkreslení obrazu pro korekci zkreslení snímků z rentgenové kamery.
Nedávno byl vyvinut Xsight-Lung [7] , vylepšení metody Xsight, které umožňuje sledovat polohu některých plicních nádorů bez implantace srovnávacích markerů [8] .
U některých nádorů měkkých tkání lze použít metodu komparativního sledování polohy [9] . Malé kovové značky jsou vyrobeny ze zlata o vysoké hustotě (kvůli biokompatibilitě), aby se dosáhlo dobrého kontrastu na rentgenových snímcích a jsou chirurgicky implantovány do pacienta. Výkon provádí intervenční radiolog nebo neurochirurg. Umístění značek je kritickým krokem při provádění průzkumu. Pokud jsou příliš daleko od místa nádoru nebo pokud nejsou vzájemně dostatečně rozptýleny, nebude možné přesně distribuovat záření. Jakmile jsou značky na svém místě, zobrazí se na CT skeneru, systém kontroly obrazu je naprogramován podle jejich polohy. Po zobrazení rentgenovou kamerou se určí poloha nádoru vůči markerům a ozáří se odpovídající část lidského těla. Srovnávací metoda sledování tedy nevyžaduje informace o anatomii skeletu pro umístění ozařování. Je však známo, že markery mohou migrovat, což omezuje přesnost léčby, pokud by nemohla být provedena ve vhodnou dobu mezi implantací a ošetřením ke stabilizaci markerů [10] [11] .
Systém CyberKnife může využívat i metodu synchronizace. Tato metoda využívá kombinaci implantabilních fiduciárních markerů (obvykle malých zlatých markerů, které jsou dobře viditelné na rentgenových snímcích) a optických vláken vyzařujících světlo (LED markery) umístěných na kůži pacienta. Jejich polohu označuje i sledovací infračervená kamera. Vzhledem k tomu, že se nádor neustále pohybuje, rentgenové kamery potřebné k vytvoření trvalého obrazu vyžadují příliš mnoho záření, aby se dostaly na kůži pacienta. Časovací systém řeší tento problém periodickým získáváním obrazu vnitřních značek a výpočtem modelu vztahu mezi pohybem vnějších LED značek a vnitřními značkami. Metoda dostala své jméno, protože k synchronizaci dvou datových toků jsou potřeba časové značky ze dvou senzorů (rentgenové infračervené LED).
Predikce pohybu se používá k zabránění skrytým pohybům robota a změnám obrazu. Před zahájením léčby počítačový algoritmus vytvoří korelační model, který odpovídá na otázku vztahu mezi pohybem vnitřních markerů ve srovnání s pohybem externích markerů. Během léčby systém periodicky označuje polohu vnitřních markerů a odpovídající polohu nádoru na základě pohybu kožních markerů. Během léčby je korelační model aktualizován v konstantním časovém kroku. Metoda sledování načasování tedy nevytváří předpoklady o pravidelnosti nebo reprodukovatelnosti dechových vzorců pacienta.
Aby synchronizační systém správně fungoval, je nutné, aby pro jakýkoli korelační model existoval funkční vztah mezi markery a interními fiduciárními markery. Důležité je i umístění zevního markeru, markery se většinou umísťují do břicha pacienta tak, aby jejich pohyb odrážel vnitřní pohyb bránice a plic. Metoda synchronizace byla vynalezena v roce 1998 [12] [13] . První pacienti byli léčeni v Clevelandské nemocnici v roce 2002. Tato metoda se používá především u rakoviny plic a slinivky [14] [15] .
Ke změně polohy pacientů během léčby slouží robotické lůžko se šesti stupni volnosti, zvané RoboCouch [16] .
Bezrámová základna systému CyberKnife také zlepšuje klinickou účinnost. V tradiční rámové radiochirurgii závisí přesnost zásahu pouze na připojení tuhého rámu k pacientovi. Rám je připevněn k lebce pacienta pomocí invazivních hliníkových nebo titanových šroubů. Systém CyberKnife je jediným radiochirurgickým zařízením, které pro přesné zacílení nevyžaduje rám [17] . Jakmile je rám vytvořen, lze pomocí CT nebo MRI skenerů určit relativní polohy lidské anatomie. Po skenování může lékař naplánovat expozici pomocí vyhrazeného počítačového programu a rám se odstraní. Použití rámce tedy vyžaduje, aby byla dokončena lineární sekvence událostí, než bude možné léčit dalšího pacienta. Radiochirurgie krok za krokem pomocí systému CyberKnife je výhodná zejména pro pacienty, kteří dříve dostávali velké dávky konvenční radioterapie, a pacienty s gliomy v blízkosti kritických oblastí mozku. Na rozdíl od radioterapie celého mozku, která může být podávána denně po dobu několika týdnů, lze radiochirurgii obvykle dokončit v 1-5 léčebných sezeních. Radiochirurgie může být použita samostatně k léčbě mozkových nádorů nebo v kombinaci s chirurgickým zákrokem nebo radioterapií celého mozku v závislosti na konkrétních klinických okolnostech [18] .
V iterativní optimalizaci, simplexní optimalizaci nebo sekvenční optimalizaci může sada řešení sestávat ze součtu počtu izocentricky zaměřených paprsků a neizocentricky zaměřených paprsků. Proto je maximální počet potenciálních paprsků v jednom léčebném plánu 10 256 paprsků, pokud je zaměřeno 32 izocenter a je použito 12 kolimátorů pro vytvoření léčebného plánu pomocí sekvenční optimalizace.
— CK's Physics Essential GuideDalším rysem tohoto systému je přítomnost řady sledovacích systémů, které sledují umístění nádoru v prostoru, a to i v reálném čase. To vám umožní automaticky nastavit vedení paprsku během ošetření, což poskytuje vysokou (submilimetrovou) přesnost nejen při polohování urychlovače, ale také při samotném ozařování bez tuhé fixace pacienta, tedy bez stereotaxického rámu. který je připevněn k lebce pacienta, například při léčbě " gama nožem ". Sledování zajišťují dva páry " rentgenka - detektor amorfního křemíku", z nichž jsou snímky přiváděny do počítače, který je zpracovává a vytváří stereoskopický obraz. Referenčními body pro tento systém jsou kostní struktury pacienta, rentgenkontrastní markery a v případě dostatečného kontrastu i samotný nádor. Při radiochirurgickém ošetření oblasti plic při dýchání dochází k posunu nádoru v prostoru. Komplex sledovacích systémů CyberKnife umožňuje přesné ošetření bez omezení dýchání pacienta, simuluje polohu terapeutického cíle podle polohy IR senzorů na těle pacienta (tedy dechovou exkurzí). Vysoká přesnost polohování paprsku ionizujícího záření umožňuje použít při léčbě pacienta mnohem vyšší dávky záření na jedno sezení, což umožňuje zkrátit průběh léčby z několika týdnů na jeden až pět dní [19] [ 20] .
Od srpna 2001 povolil americký Úřad pro kontrolu potravin a léčiv (USA) použití systému CyberKnife pro léčbu nádorů v jakékoli části lidského těla [21] . Systém se používá k léčbě nádorů pankreatu [15] [22] , jater [23] , prostaty [24] [25] , páteře [26] , rakoviny krku a mozku [27] a nezhoubných nádorů [28] .
Žádná studie nezjistila žádnou lepší míru přežití se systémem ve srovnání s jinými metodami. Se zvýšením přesnosti ozáření se zvyšuje možnost zvýšení dávky a následné zvýšení účinnosti, zejména v místních koeficientech. Rozsah výzkumu byl zároveň omezen a ke stanovení změny míry přežití jsou zapotřebí rozsáhlejší studie [22] .
Nyní se Cyberknife používá k léčbě maligních nádorů v lékařských zařízeních v různých zemích:
V roce 2008 byl herec Patrick Swayze ošetřen v instalaci CyberKnife [29] .
První Cyberknife na státní klinice otevřel Burdenko Research Institute of Neurochirurgy v roce 2009. Po 2 letech - v Čeljabinsku v roce 2011 [30] [31] .
V roce 2012 byl uveden do provozu radiochirurgický komplex Cyberknife VSI v Meziregionálním lékařském centru pro včasnou diagnostiku a léčbu rakoviny ve Voroněži [32] .
Na začátku roku 2018 funguje v Rusku několik instalací CyberKnife. Například radiochirurgický komplex CyberKnife G4 působící na MIBS Cancer Clinic v Petrohradě [33] .
Náklady na zařízení v Rusku podle systému veřejných zakázek v roce 2012 činily asi 295 milionů rublů [34] .