Patsiendispetsiifilised ribifiltrid võimaldavad konformset FLASH-prootonteraapiat

Stereotaktiline keha kiiritusravi (SBRT) on täpne vähiravi, mis annab vähem ja suurema annusega kiiritusfraktsioone kui traditsiooniline kiiritusravi. SBRT võib pakkuda suurepärast lokaalset tuumori kontrolli, kuid mõne kasvaja asukoha puhul võib see ohustada lähedalasuvaid riskiorganeid (OAR-id) vastuvõetamatu kiiritustasemega. Prootonipõhine SBRT tagab parema OAR-i säästmise, kuid nõuab siiski mõningaid ravivarusid, mis võivad piirata selle kliinilist rakendatavust.

FLASH-kiiritusravi, mille puhul kiirgust edastatakse ülikõrgete doosikiirustega, võib võimaldada OAR-ide edasist säästmist. Selle potentsiaali uurimiseks suundus uurimisrühm aadressile Emory ülikool töötab välja raamistikku prootonteraapia kohaletoimetamise optimeerimiseks, et vastata FLASH kiiritusravi nõudmistele.

Enamik kaasaegseid prootonteraapia süsteeme suudavad saavutada FLASH-i doosikiirusi, kasutades suure energiaga ülekandekiirt, mis läbib patsienti, ladestades doosi kogu oma teekonnale. See lähenemisviis välistab aga prootonteraapia peamise eelise: selle võime manustada doosi hajutatud Braggi piigis. FLASH-i doosikiiruste vastavuse parandamiseks Ruirui Liu ja kolleegid teevad ettepaneku, et patsiendispetsiifilised ribifiltrid võiksid pakkuda tavapärase intensiivsusega moduleeritud prootonteraapiaga (IMPT) sarnase annuse jaotuse.

FLASH-ravi puhul annus, doosi keskmine doosikiirus (DADR) ja doosikeskmine lineaarne energiaülekanne (LET)._d) kõik mõjutavad bioloogilist reaktsiooni. Seega töötasid teadlased välja integreeritud füüsilise optimeerimise (IPO) raamistiku, mis optimeerib samaaegselt neid kolme parameetrit, et maksimeerida OAR-i säästmist patsiendi raviplaanis. Raamistik, mida on kirjeldatud dokumendis International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics, kasutab IPO-IMPT sihtfunktsiooni, et pakkuda mitmeid lahendusi patsiendipõhiste ribifiltrite ja prootonipunktide kaartide kujundamiseks.

Ridge filtrid, mida kasutatakse koos vahemiku kompensaatoriga, koosnevad sikguraadikujulistest tihvtidest, mis hajutavad Braggi piiki 250-MeV kiirelt, et katta tala spetsiifiline planeerimise sihtruumala. Meeskond töötas välja pöördplaneerimise tarkvara, et määrata kindlaks patsiendispetsiifilise filtri tihvtide asukohad, ja kasutas Geant4-põhiseid Monte Carlo simulatsioone, et pakkuda annuse ja LET mõjumaatriksiid.

Patsiendi plaanid

IPO-IMPT raamistiku demonstreerimiseks töötasid teadlased välja raviplaanid kolmele kopsuvähiga patsiendile. Nad määrasid kliinilise sihtmahu jaoks annuse 50 Gy (viis 10 Gy fraktsiooni) ja maksimaalne leviala annus oli 62.5 Gy. Sõltuvalt sellest, millist parameetrit eelistatakse, on plaanide eesmärk suurendada FLASH-i leviala ja/või vähendada LET-i_d, säilitades samal ajal sihtdoosi.

Patsiendi 1 puhul, kellel oli keskne kopsukasvaja südame lähedal, olid OAR-id süda ja kops. Sel juhul koostasid teadlased ühe kiire IPO-IMPT plaani eesmärgiga vähendada LET-i_d südamesse, säilitades samal ajal eesmärgi katvuse. IPO-IMPT plaan täitis selle eesmärgi, pakkudes tavapärase IMPT plaaniga sarnast sihtotstarvet, kuid vähendades märkimisväärselt LET-i_d südamesse.

Patsiendil 2 oli metastaatiline kasvaja paremas alasagaras ja patsiendil 3 oli kasvaja subkarinaalses lümfisõlmes. Nendel juhtudel oli söögitoru ka OAR ja peamine eesmärk oli söögitoru säästmine. Nii IPO-IMPT kui ka IMPT puhul vastas peaaegu 100% söögitoru hindamise mahust 40 Gy/s FLASH läve. Patsiendi 2 puhul vähendas IPO-IMPT veidi LET-i_d südamele ja söögitorule ning suurenenud FLASH-i katvus südamele.

Hõreda tihvti disain

IPO-IMPT raamistikku kasutades loodud tavalised harjafiltrid säästsid valikuliselt OAR-e, vähendades LET-i ja suurendades FLASH-i katvust. Kuid hõredad rippfiltrid, millest mõned tihvtid on välja jäetud, pakuvad potentsiaali OAR-i säästmist veelgi suurendada. Filtri tihvtide eemaldamine teatud kohtadest tagab suurema prootonivoo, samas kui ülejäänud tihvtid tagavad siiski piisava sihtmärgi katvuse.

Patsiendi 1 jaoks koostasid teadlased IPO-IMPT plaani hõredate harjafiltrite ja mitme talaga. Võrdlus IMPT-plaaniga, kasutades tavalisi harjafiltreid, näitas, et mõlema puhul säilis kasvaja katvus ja levialad olid hästi kontrollitud. Hõredad ribifiltrid suurendasid aga FLASH-i doosikiiruse saanud OAR-i mahtu vastavalt 31% ja 50% südame ja kopsu hindamismahtude jaoks.

Hõredad rippfiltrid pakuvad paindlikkust IPO-IMPT raamistiku täieliku potentsiaali realiseerimiseks. Näiteks saab tihvtide eemaldamise tasemeid kohandada vastavalt patsiendi individuaalsetele juhtumitele. 50% tihvti eemaldamise lävi andis mõistlikud tulemused patsiendi 1 suure kasvaja korral, samas kui 30% lävi oli hea lähtepunkt väiksemate sihtmärkide jaoks patsientidele 2 ja 3, kelle hõreda harja filtripõhised plaanid suurendasid DADR-i söögitorus, säilitades samal ajal kasvaja. katvus.

Lõpuks, veendumaks, et ribifiltri komplekt (filtri tihvtid ja kompensaator) suudaks prognoositud annuse väljastada, printisid teadlased 3D-printeri patsiendipõhise harjafiltri. Nad esitasid raviplaani, mis oli kavandatud ühtse sihtdoosi saamiseks, ja teostasid doosi mõõtmisi ionisatsioonikambri massiiviga. Kogu gamma läbimise määr oli absoluutdooside puhul 92.9%, mis ületab standardset patsiendi läbimise kriteeriumi 90% ja näitab, et koost suudab pakkuda kliiniliselt vastuvõetavat annuse jaotust.

NPL tutvustab FLASH prootonkiirte absoluutset dosimeetrit

"See kontseptsiooni tõestamise uuring näitab IPO-IMPT raamistiku kasutamise teostatavust FLASH stereotaktilise keha prootonteraapia saavutamiseks, võttes arvesse annust, DADR-i ja LET-i._d üheaegselt," järeldavad teadlased. "See uudne meetod hõlbustab konformsete prootonväljade kohaletoimetamist FLASH-kiirusega prekliiniliste ja kliiniliste uuringute jaoks."

Vanem autor Liyong Lin ütleb Füüsika maailm et meeskond loodab oma tarkvara selliste rakenduste jaoks edasi arendada. "Emory Tehnoloogiasiirde büroo julgustas meid asutama idufirmat Radiotherapy Biological Optimization (RBO) Solutions," selgitab Lin. „Riiklik tervishoiuinstituut on taotlejate abiprogrammi poolt heaks kiidetud, et esitada 41. aprilliks riiklikule vähiinstituudile väikeettevõtete tehnoloogiasiirde R5 toetus. Suurim osakeste teraapia müüja IBA ja IBA dosimeetriaosakond kiidavad heaks RBO R41 toetuse ettepaneku. ”

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/patient-specific-ridge-filters-enable-conformal-flash-proton-therapy/