Τα ειδικά για τον ασθενή φίλτρα κορυφογραμμής επιτρέπουν τη σύμμορφη θεραπεία πρωτονίων FLASH

Η στερεοτακτική ακτινοθεραπεία σώματος (SBRT) είναι μια θεραπεία καρκίνου ακριβείας που παρέχει λιγότερα κλάσματα ακτινοβολίας υψηλότερης δόσης από την παραδοσιακή ακτινοθεραπεία. Το SBRT μπορεί να παρέχει εξαιρετικό τοπικό έλεγχο του όγκου, αλλά για ορισμένες τοποθεσίες όγκου κινδυνεύει να εκθέσει τα κοντινά όργανα σε κίνδυνο (OARs) σε μη αποδεκτά επίπεδα ακτινοβολίας. Το SBRT που βασίζεται σε πρωτόνια παρέχει καλύτερη εξοικονόμηση OAR, αλλά εξακολουθεί να απαιτεί ορισμένα περιθώρια θεραπείας που μπορεί να περιορίσουν την κλινική του εφαρμογή.

Η ακτινοθεραπεία FLASH, στην οποία η ακτινοβολία χορηγείται σε εξαιρετικά υψηλούς ρυθμούς δόσης, θα μπορούσε να επιτρέψει περαιτέρω εξοικονόμηση OAR. Για να διερευνήσει τις δυνατότητές του, μια ερευνητική ομάδα ξεκίνησε στο Πανεπιστήμιο Emory αναπτύσσει ένα πλαίσιο για τη βελτιστοποίηση της χορήγησης θεραπείας πρωτονίων για την κάλυψη των απαιτήσεων της ακτινοθεραπείας FLASH.

Τα περισσότερα σύγχρονα συστήματα θεραπείας πρωτονίων μπορούν να επιτύχουν ρυθμούς δόσης FLASH χρησιμοποιώντας μια δέσμη μετάδοσης υψηλής ενέργειας που διέρχεται από τον ασθενή, καταθέτοντας δόση σε όλη τη διαδρομή της. Αυτή η προσέγγιση, ωστόσο, εξαλείφει το κύριο πλεονέκτημα της θεραπείας με πρωτόνια: την ικανότητά της να παρέχει δόση σε μια κατανεμημένη κορυφή Bragg. Για να βελτιωθεί η συμμόρφωση στους ρυθμούς δόσης FLASH, Ρουιρούι Λιου και οι συνάδελφοι προτείνουν ότι τα ειδικά για τον ασθενή φίλτρα κορυφογραμμής θα μπορούσαν να παρέχουν παρόμοια κατανομή δόσης με αυτή της συμβατικής θεραπείας πρωτονίων διαμορφωμένης με ένταση (IMPT).

Για θεραπείες FLASH, η δόση, ο ρυθμός μέσης δόσης (DADR) και η μέση δόση γραμμική μεταφορά ενέργειας (LET_d) όλα επηρεάζουν τη βιολογική απόκριση. Έτσι, οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα πλαίσιο ολοκληρωμένης φυσικής βελτιστοποίησης (IPO) που βελτιστοποιεί ταυτόχρονα αυτές τις τρεις παραμέτρους για να μεγιστοποιήσει την εξοικονόμηση OAR στο σχέδιο θεραπείας ενός ασθενούς. Το πλαίσιο, που περιγράφεται στο Διεθνές περιοδικό ακτινοβολίας ογκολογία, βιολογία, φυσική, χρησιμοποιεί την αντικειμενική συνάρτηση IPO-IMPT για την παροχή πολλαπλών λύσεων για το σχεδιασμό φίλτρων κορυφογραμμής και χαρτών κηλίδων πρωτονίων ειδικά για τον ασθενή.

Τα φίλτρα κορυφογραμμής, τα οποία χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με έναν αντισταθμιστή εμβέλειας, περιλαμβάνουν μια σειρά ακίδων σε σχήμα ζιγκουράτ που απλώνουν την κορυφή Bragg από μια δέσμη 250 MeV για να καλύπτουν έναν συγκεκριμένο όγκο σχεδιασμού δέσμης. Η ομάδα ανέπτυξε λογισμικό αντίστροφου σχεδιασμού για να καθορίσει τις θέσεις καρφιτσών για ένα φίλτρο συγκεκριμένου ασθενούς και χρησιμοποίησε προσομοιώσεις Monte Carlo που βασίζονται στο Geant4 για να παρέχει πίνακες επιρροής δόσης και LET.

Σχέδια ασθενών

Για να καταδείξουν το πλαίσιο IPO-IMPT, οι ερευνητές ανέπτυξαν σχέδια θεραπείας για τρεις ασθενείς με καρκίνο του πνεύμονα. Συνταγογραφούσαν μια δόση 50 Gy (πέντε κλάσματα των 10 Gy) στον κλινικό όγκο στόχο, με μέγιστη δόση hotspot 62.5 Gy. Ανάλογα με την παράμετρο που έχει προτεραιότητα, τα σχέδια στοχεύουν στην αύξηση της κάλυψης FLASH ή/και στη μείωση του LET_d, ενώ διατηρείται η δόση στόχος.

Για τον ασθενή 1, ο οποίος είχε έναν κεντρικό όγκο του πνεύμονα κοντά στην καρδιά, τα OAR ήταν η καρδιά και ο πνεύμονας. Για αυτήν την περίπτωση, οι ερευνητές δημιούργησαν ένα σχέδιο IPO-IMPT μονής δέσμης με στόχο τη μείωση του LET_d στην καρδιά διατηρώντας παράλληλα την κάλυψη του στόχου. Το σχέδιο IPO-IMPT πέτυχε αυτόν τον στόχο, παρουσιάζοντας παρόμοια κάλυψη στόχου με ένα συμβατικό σχέδιο IMPT, αλλά μειώνοντας σημαντικά το LET_d κατάκαρδα.

Ο ασθενής 2 είχε μεταστατικό όγκο στον δεξιό κάτω λοβό και ο ασθενής 3 είχε όγκο στον υποκαρινιακό λεμφαδένα. Σε αυτές τις περιπτώσεις, ο οισοφάγος ήταν επίσης OAR και ο βασικός στόχος ήταν ο οισοφαγικός έλεγχος. Τόσο για το IPO-IMPT όσο και για το IMPT, σχεδόν το 100% του όγκου αξιολόγησης του οισοφάγου πληρούσε το όριο FLASH των 40 Gy/s. Για τον ασθενή 2, το IPO-IMPT μειώθηκε ελαφρώς LET_d για την καρδιά και τον οισοφάγο και αυξημένη κάλυψη FLASH για την καρδιά.

Σχέδιο αραιής καρφίτσας

Τα κανονικά φίλτρα κορυφογραμμής που σχεδιάστηκαν χρησιμοποιώντας το πλαίσιο IPO-IMPT εξοικονομούσαν επιλεκτικά τα OAR μειώνοντας το LET και αυξάνοντας την κάλυψη FLASH. Ωστόσο, τα αραιά φίλτρα κορυφογραμμής, από τα οποία παραλείπονται ορισμένες ακίδες, προσφέρουν δυνατότητα περαιτέρω αύξησης της εξοικονόμησης OAR. Η αφαίρεση των ακίδων φίλτρου σε συγκεκριμένες τοποθεσίες παρέχει υψηλότερη ροή πρωτονίων, ενώ οι υπόλοιπες ακίδες εξακολουθούν να παρέχουν επαρκή κάλυψη στόχου.

Για τον ασθενή 1, οι ερευνητές δημιούργησαν ένα σχέδιο IPO-IMPT με αραιά φίλτρα κορυφογραμμής και πολλαπλές δοκούς. Η σύγκριση με ένα σχέδιο IMPT χρησιμοποιώντας κανονικά φίλτρα κορυφογραμμής έδειξε ότι και για τα δύο, η κάλυψη του όγκου διατηρήθηκε και τα hotspots ελέγχονταν καλά. Τα φίλτρα με αραιά κορυφογραμμή, ωστόσο, αύξησαν τον όγκο OAR που λάμβανε ρυθμό δόσης FLASH κατά 31% και 50%, για τους όγκους αξιολόγησης της καρδιάς και των πνευμόνων, αντίστοιχα.

Τα αραιά φίλτρα κορυφογραμμής παρέχουν ευελιξία για την πλήρη αξιοποίηση των δυνατοτήτων του πλαισίου IPO-IMPT. Για παράδειγμα, τα επίπεδα αφαίρεσης καρφίτσας μπορούν να προσαρμοστούν σε μεμονωμένες περιπτώσεις ασθενών. Ένα κατώφλι αφαίρεσης καρφίτσας 50% παρείχε λογικά αποτελέσματα για τον μεγάλο όγκο του ασθενούς 1, ενώ ένα όριο 30% ήταν ένα καλό σημείο εκκίνησης για τους μικρότερους στόχους των ασθενών 2 ​​και 3, των οποίων τα σχέδια με βάση το φίλτρο αραιής κορυφογραμμής αύξησαν το DADR στον οισοφάγο ενώ διατηρούσαν τον όγκο κάλυψη.

Τέλος, για να επαληθεύσουν ότι ένα συγκρότημα φίλτρου κορυφογραμμής (ακίδες φίλτρου και αντισταθμιστής) θα μπορούσε να παρέχει την προβλεπόμενη δόση, οι ερευνητές εκτύπωσαν τρισδιάστατο ένα φίλτρο κορυφογραμμής για τον ασθενή. Παρέδωσαν ένα σχέδιο θεραπείας σχεδιασμένο να παρέχει ομοιόμορφη δόση στόχο και πραγματοποίησαν μετρήσεις δόσης με μια διάταξη θαλάμου ιονισμού. Το συνολικό ποσοστό διέλευσης γάμμα ήταν 3% για απόλυτες δόσεις, το οποίο υπερβαίνει τα τυπικά κριτήρια επιτυχίας του ασθενούς του 92.9% και δείχνει ότι το συγκρότημα μπορεί να προσφέρει μια κλινικά αποδεκτή κατανομή δόσης.

Το NPL εισάγει την απόλυτη δοσιμετρία για τις δέσμες πρωτονίων FLASH

«Αυτή η μελέτη απόδειξης της ιδέας καταδεικνύει τη σκοπιμότητα χρήσης ενός πλαισίου IPO-IMPT για την επίτευξη στερεοτακτικής θεραπείας με πρωτόνια σώματος FLASH, λαμβάνοντας υπόψη τη δόση, το DADR και το LET_d ταυτόχρονα», καταλήγουν οι ερευνητές. «Αυτή η νέα μέθοδος θα διευκολύνει την παροχή σύμμορφων πεδίων πρωτονίων με ρυθμούς FLASH για προκλινικές και κλινικές μελέτες».

Ανώτερος συγγραφέας Liyong Lin λέει Κόσμος Φυσικής ότι η ομάδα ελπίζει να αναπτύξει περαιτέρω το λογισμικό της για τέτοιες εφαρμογές. «Το Γραφείο Μεταφοράς Τεχνολογίας της Emory μας ενθάρρυνε να δημιουργήσουμε μια startup εταιρεία, την Radiotherapy Biological Optimization (RBO) Solutions», εξηγεί ο Lin. «Το RBO έγινε αποδεκτό από το Πρόγραμμα Βοήθειας Αιτούντων του Εθνικού Ινστιτούτου Υγείας για να υποβάλει επιχορήγηση R41 για μεταφορά τεχνολογίας μικρών επιχειρήσεων στο Εθνικό Ινστιτούτο Καρκίνου έως τις 5 Απριλίου. Η IBA, ο μεγαλύτερος προμηθευτής σωματιδιακής θεραπείας, και το τμήμα δοσιμετρίας της IBA θα εγκρίνουν την πρόταση επιχορήγησης R41 της RBO. ”

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/patient-specific-ridge-filters-enable-conformal-flash-proton-therapy/