Los filtros de cresta específicos del paciente permiten la terapia de protones FLASH conformada

La radioterapia corporal estereotáctica (SBRT) es un tratamiento de precisión contra el cáncer que administra menos fracciones de radiación en dosis más altas que la radioterapia tradicional. La SBRT puede proporcionar un control tumoral local excelente, pero en algunas ubicaciones de tumores corre el riesgo de exponer los órganos cercanos en riesgo (OAR) a niveles de irradiación inaceptables. La SBRT basada en protones proporciona un mejor ahorro de OAR, pero aún requiere algunos márgenes de tratamiento que pueden limitar su aplicabilidad clínica.

La radioterapia FLASH, en la que la radiación se administra a tasas de dosis ultraaltas, podría permitir una mayor reducción de los OAR. Para investigar su potencial, un equipo de investigación dirigido por Universidad de Emory está desarrollando un marco para optimizar la administración de la terapia de protones para satisfacer las demandas de la radioterapia FLASH.

La mayoría de los sistemas modernos de terapia de protones pueden lograr tasas de dosis FLASH utilizando un haz de transmisión de alta energía que atraviesa al paciente, depositando dosis a lo largo de su trayectoria. Este enfoque, sin embargo, elimina la principal ventaja de la terapia de protones: su capacidad para administrar dosis en un pico de Bragg disperso. Para mejorar la conformidad a las tasas de dosis FLASH, Ruirui Liu y sus colegas proponen que los filtros de cresta específicos del paciente podrían proporcionar una distribución de dosis similar a la de la terapia de protones de intensidad modulada convencional (IMPT).

Para los tratamientos FLASH, la dosis, la tasa de dosis promediada (DADR) y la transferencia de energía lineal promediada por dosis (LET_d) todos influyen en la respuesta biológica. Por lo tanto, los investigadores desarrollaron un marco de optimización física integrada (IPO) que optimiza simultáneamente estos tres parámetros para maximizar el ahorro de OAR en el plan de tratamiento de un paciente. El marco, descrito en el Revista internacional de radiación en oncología, biología, física, utiliza la función objetivo IPO-IMPT para proporcionar múltiples soluciones para el diseño de mapas de puntos de protones y filtros de crestas específicos del paciente.

Los filtros de cresta, que se utilizan en combinación con un compensador de rango, comprenden una matriz de pines en forma de zigurat que extienden el pico de Bragg desde un haz de 250 MeV para cubrir un volumen objetivo de planificación específico del haz. El equipo desarrolló un software de planificación inversa para definir las ubicaciones de los pines para un filtro específico del paciente y utilizó simulaciones de Monte Carlo basadas en Geant4 para proporcionar matrices de influencia de dosis y LET.

Planes de pacientes

Para demostrar el marco IPO-IMPT, los investigadores desarrollaron planes de tratamiento para tres pacientes con cáncer de pulmón. Prescribieron una dosis de 50 Gy (cinco fracciones de 10 Gy) al volumen objetivo clínico, con una dosis máxima de punto crítico de 62.5 Gy. Dependiendo de qué parámetro se priorice, los planes apuntan a aumentar la cobertura FLASH y/o reducir LET_d, manteniendo la dosis objetivo.

Para el paciente 1, que tenía un tumor pulmonar central cerca del corazón, los OAR eran el corazón y el pulmón. Para este caso, los investigadores generaron un plan IPO-IMPT de un solo haz con el objetivo de reducir LET_d al corazón mientras se mantiene la cobertura del objetivo. El plan IPO-IMPT cumplió con este objetivo, exhibiendo una cobertura objetivo similar a un plan IMPT convencional pero reduciendo notablemente el LET_d al corazon.

El paciente 2 tenía un tumor metastásico en el lóbulo inferior derecho y el paciente 3 tenía un tumor en el ganglio linfático subcarinal. En estos casos, el esófago también era un OAR y el objetivo clave era la preservación del esófago. Tanto para IPO-IMPT como para IMPT, casi el 100 % del volumen de evaluación del esófago alcanzó el umbral FLASH de 40 Gy/s. Para el paciente 2, IPO-IMPT disminuyó ligeramente el LET._d para el corazón y el esófago y mayor cobertura FLASH para el corazón.

Diseño de pin escaso

Los filtros de cresta regulares diseñados utilizando el marco IPO-IMPT salvaron selectivamente los OAR al reducir LET y aumentar la cobertura FLASH. Sin embargo, los filtros de cresta dispersos, de los que se omiten algunos pines, ofrecen potencial para aumentar aún más el ahorro de OAR. La eliminación de los pines de filtro en ubicaciones específicas genera un flujo de protones más alto, mientras que los pines restantes aún brindan una cobertura adecuada del objetivo.

Para el paciente 1, los investigadores generaron un plan IPO-IMPT con filtros de cresta dispersos y haces múltiples. La comparación con un plan IMPT que usa filtros de cresta regulares mostró que, para ambos, se mantuvo la cobertura del tumor y los puntos críticos estaban bien controlados. Sin embargo, los filtros de cresta dispersa aumentaron el volumen OAR que recibe una tasa de dosis FLASH en un 31 % y un 50 %, para los volúmenes de evaluación del corazón y los pulmones, respectivamente.

Los filtros de cresta dispersos brindan flexibilidad para aprovechar todo el potencial del marco IPO-IMPT. Por ejemplo, los niveles de extracción de pines se pueden adaptar a los casos de pacientes individuales. Un umbral de eliminación de clavos del 50 % brindó resultados razonables para el tumor grande del paciente 1, mientras que un umbral del 30 % fue un buen punto de partida para los objetivos más pequeños de los pacientes 2 y 3, cuyos planes basados ​​en filtros de cresta escasa aumentaron la DADR en el esófago mientras mantenían el tumor. cobertura.

Finalmente, para verificar que un conjunto de filtro de cresta (clavijas de filtro y un compensador) pudiera administrar la dosis predicha, los investigadores imprimieron en 3D un filtro de cresta específico para el paciente. Entregaron un plan de tratamiento diseñado para proporcionar una dosis objetivo uniforme y realizaron mediciones de dosis con una matriz de cámaras de ionización. La tasa de aprobación gamma total fue del 92.9 % para las dosis absolutas, lo que supera el criterio estándar de aprobación del paciente del 90 % y demuestra que el ensamblaje puede administrar una distribución de dosis clínicamente aceptable.

NPL presenta dosimetría absoluta para haces de protones FLASH

“Este estudio de prueba de concepto demuestra la viabilidad de usar un marco IPO-IMPT para lograr la terapia de protones corporales estereotáctica FLASH, teniendo en cuenta la dosis, DADR y LET_d simultáneamente”, concluyen los investigadores. “Este nuevo método facilitará la entrega de campos de protones conformes a velocidades FLASH para estudios preclínicos y clínicos”.

Autor principal Liyong-lin decirles Mundo de la física que el equipo espera seguir desarrollando su software para tales aplicaciones. “La Oficina de Transferencia de Tecnología de Emory nos animó a formar una nueva empresa, Radiotherapy Biological Optimization (RBO) Solutions”, explica Lin. “RBO es aceptado por el Programa de Asistencia al Solicitante de los Institutos Nacionales de Salud para presentar una subvención R41 de transferencia de tecnología para pequeñas empresas al Instituto Nacional del Cáncer antes del 5 de abril. IBA, el mayor proveedor de terapia de partículas, y la división de dosimetría de IBA respaldarán la propuesta de subvención R41 de RBO. ”

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/patient-specific-ridge-filters-enable-conformal-flash-proton-therapy/