تتيح مرشحات النتوءات الخاصة بالمريض العلاج بالبروتون FLASH المطابق

العلاج الإشعاعي بالتوجيه التجسيمي للجسم (SBRT) هو علاج دقيق للسرطان يوفر جرعات أقل من الإشعاع بجرعات أعلى من العلاج الإشعاعي التقليدي. يمكن أن يوفر SBRT تحكمًا محليًا ممتازًا في الورم ، ولكن في بعض مواقع الورم ، فإنه يخاطر بتعريض الأعضاء القريبة المعرضة للخطر (OARs) لمستويات تشعيع غير مقبولة. يوفر SBRT المعتمد على البروتون توفيرًا أفضل لمجراف OAR ، ولكنه لا يزال يتطلب بعض هوامش العلاج التي قد تحد من قابليتها للتطبيق السريري.

يمكن أن يؤدي العلاج الإشعاعي الفلاش ، الذي يتم فيه توصيل الإشعاع بمعدلات جرعة عالية جدًا ، إلى مزيد من تجنيب المجاذيف. للتحقيق في إمكاناتها ، ترأس فريق بحثي في جامعة إيموري يعمل على تطوير إطار عمل لتحسين تقديم العلاج بالبروتونات لتلبية متطلبات العلاج الإشعاعي FLASH.

يمكن لمعظم أنظمة العلاج بالبروتونات الحديثة تحقيق معدلات جرعة FLASH باستخدام حزمة نقل عالية الطاقة تمر عبر المريض ، وتودع جرعة في مسارها. ومع ذلك ، فإن هذا النهج يلغي الميزة الرئيسية للعلاج بالبروتون: قدرته على توصيل جرعة في ذروة براغ المنتشرة. لتحسين المطابقة في معدلات جرعة FLASH ، رويروي ليو اقترح وزملاؤه أن مرشحات التلال الخاصة بالمريض يمكن أن توفر توزيعًا مشابهًا للجرعة لتوزيع العلاج التقليدي بالبروتونات المعدل الشدة (IMPT).

بالنسبة إلى علاجات FLASH ، فإن الجرعة ومعدل الجرعة المتوسطة (DADR) ونقل الطاقة الخطي بمتوسط ​​الجرعة (LET)_d) كلها تؤثر على الاستجابة البيولوجية. وبالتالي ، طور الباحثون إطارًا متكاملًا للتحسين المادي (IPO) يعمل في نفس الوقت على تحسين هذه المعلمات الثلاثة لتعظيم تجنيب OAR في خطة علاج المريض. الإطار الموضح في المجلة الدولية لعلم الأورام الإشعاعي، وعلم الأحياء، والفيزياء، يستخدم وظيفة الهدف IPO-IMPT لتوفير حلول متعددة لتصميم مرشحات التلال الخاصة بالمريض وخرائط بقعة البروتون.

تشتمل مرشحات التلال ، التي تُستخدم مع معوض النطاق ، على مجموعة من المسامير على شكل زقورة التي تنشر ذروة Bragg من حزمة 250-MeV لتغطية حجم هدف التخطيط الخاص بالحزمة. طور الفريق برنامج تخطيط عكسي لتحديد مواقع الدبوس لمرشح خاص بالمريض ، واستخدم محاكاة مونت كارلو المستندة إلى Geant4 لتوفير مصفوفات تأثير LET والجرعة.

خطط المريض

لإثبات إطار IPO-IMPT ، طور الباحثون خطط علاج لثلاثة مرضى مصابين بسرطان الرئة. وصفوا جرعة من 50 جراي (خمسة 10 كسور جراي) لحجم الهدف السريري ، مع جرعة نقطة ساخنة قصوى تبلغ 62.5 غراي. اعتمادًا على المعلمة ذات الأولوية ، تهدف الخطط إلى زيادة تغطية FLASH و / أو تقليل LET_d، مع الحفاظ على الجرعة المستهدفة.

بالنسبة للمريض 1 ، الذي كان لديه ورم رئوي مركزي قريب من القلب ، كانت المجذاف هي القلب والرئة. في هذه الحالة ، أنشأ الباحثون خطة IPO-IMPT أحادية الحزمة بهدف تقليل LET_d للقلب مع الحفاظ على التغطية المستهدفة. حققت خطة IPO-IMPT هذا الهدف ، وأظهرت تغطية مستهدفة مماثلة لخطة IMPT التقليدية ولكنها قللت بشكل ملحوظ من LET_d إلى القلب.

كان المريض 2 مصابًا بورم نقيلي في الفص السفلي الأيمن وكان المريض 3 مصابًا بورم في العقدة الليمفاوية تحت القارورة. في هذه الحالات ، كان المريء أيضًا مجذوفًا وكان الهدف الرئيسي هو تجنيب المريء. لكل من IPO-IMPT و IMPT ، استوفى ما يقرب من 100٪ من حجم تقييم المريء عتبة فلاش 40 Gy / s ، بالنسبة للمريض 2 ، انخفض IPO-IMPT قليلاً LET_d للقلب والمريء وزيادة تغطية الفلاش للقلب.

تصميم دبوس متفرق

تم تصميم مرشحات التلال العادية باستخدام إطار عمل IPO-IMPT بشكل انتقائي مع توفير المجاذيف عن طريق تقليل LET وزيادة تغطية FLASH. ومع ذلك ، فإن مرشحات التلال المتناثرة ، والتي يتم حذف بعض المسامير منها ، توفر إمكانية زيادة تجنيب OAR. توفر إزالة دبابيس المرشح في مواقع محددة تدفقًا أعلى للبروتون ، بينما لا تزال المسامير المتبقية توفر تغطية مستهدفة مناسبة.

بالنسبة للمريض 1 ، أنشأ الباحثون خطة IPO-IMPT مع مرشحات متفرقة وحزم متعددة. أظهرت المقارنة مع خطة IMPT باستخدام مرشحات التلال العادية أنه ، لكليهما ، تم الحفاظ على تغطية الورم وتم التحكم في النقاط الساخنة بشكل جيد. ومع ذلك ، زادت مرشحات التلال المتناثرة من حجم المجذاف الذي يتلقى معدل جرعة FLASH بنسبة 31٪ و 50٪ ، لأحجام تقييم القلب والرئة ، على التوالي.

توفر مرشحات التلال المتناثرة المرونة لتحقيق الإمكانات الكاملة لإطار IPO-IMPT. على سبيل المثال ، يمكن تخصيص مستويات إزالة الدبوس لتناسب حالات المرضى الفردية. قدمت عتبة إزالة 50٪ من الدبوس نتائج معقولة للورم الكبير للمريض 1 ، في حين أن عتبة 30٪ كانت نقطة انطلاق جيدة للأهداف الأصغر للمرضى 2 و 3 ، الذين أدت خططهم القائمة على مرشح التلال المتناثرة إلى زيادة DADR في المريء مع الحفاظ على الورم تغطية.

أخيرًا ، للتحقق من أن مجموعة مرشح التلال (دبابيس المرشح والمعوض) يمكن أن تقدم الجرعة المتوقعة ، قام الباحثون بطباعة ثلاثية الأبعاد مرشحًا خاصًا بالمريض. لقد قدموا خطة علاج مصممة لتوفير جرعة مستهدفة موحدة وأجروا قياسات للجرعة بمصفوفة غرفة التأين. كان إجمالي معدل تمرير جاما 3٪ للجرعات المطلقة ، وهو ما يتجاوز معايير اجتياز المريض المعيارية البالغة 92.9٪ ويوضح أن التجميع يمكنه تقديم توزيع جرعة مقبول سريريًا.

يقدم NPL قياس الجرعات المطلق لحزم بروتون FLASH

"توضح دراسة إثبات المفهوم هذه جدوى استخدام إطار عمل IPO-IMPT لإنجاز العلاج بالبروتونات بالتوضيع التجسيمي لـ FLASH ، مع مراعاة الجرعة ، و DADR و LET_d في وقت واحد "، استنتج الباحثون. "ستسهل هذه الطريقة الجديدة توصيل حقول البروتون المطابقة بمعدلات FLASH للدراسات قبل السريرية والسريرية."

مؤلف كبير ليونغ لين يروي عالم الفيزياء أن الفريق يأمل في تطوير برامجه لمثل هذه التطبيقات. يشرح لين قائلاً: "شجعنا مكتب Emory's لنقل التكنولوجيا على تشكيل شركة ناشئة ، حلول التحسين البيولوجي للعلاج الإشعاعي (RBO)". "تم قبول RBO من قبل برنامج مساعدة المتقدمين في المعاهد الوطنية للصحة لتقديم منحة R41 الخاصة بنقل تكنولوجيا الأعمال الصغيرة إلى المعهد الوطني للسرطان بحلول 5 أبريل. وسيصادق قسم قياس الجرعات التابع لـ IBA ، وهو أكبر مورد للعلاج بالجسيمات ، وقسم قياس الجرعات في IBA على اقتراح منحة R41 الخاص بـ RBO. "

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/patient-specific-ridge-filters-enable-conformal-flash-proton-therapy/