پروتون درمانی می تواند توزیع دوز بسیار منسجم را به هدف تومور ارائه دهد در حالی که دوز را به بافت های خارج از حجم هدف به حداقل می رساند. ایجاد طرح های درمانی که این قدرت را درک کند، اولویت اصلی دوزیمتریست ها و فیزیکدانان پزشکی است.
پروتون ها دوز را به روشی کاملاً متفاوت با اشعه ایکس، نوع دیگری از پرتودرمانی با پرتو خارجی، رسوب می دهند. همانطور که یک پروتون به انتهای مسیر خود می رسد، سرعت انتقال انرژی آن به بافت - انتقال انرژی خطی آن (LET) که بر حسب keV/μm بیان می شود- افزایش می یابد.
اثربخشی بیولوژیکی نسبی (RBE) پیامدهای بیولوژیکی افزایش LET را نشان می‌دهد و مقدار ثابت RBE 1.1 اغلب برای درمان‌های پروتون بالینی اعمال می‌شود. اما پروتون RBE به بسیاری از عوامل دیگر، از جمله نقاط پایانی بالینی، نوع بافت، طرح شکنش، حساسیت پرتوی خاص بیمار، دوز فیزیکی و عدم قطعیت در اندازه‌گیری‌های تجربی وابسته است. در نتیجه، استفاده از مقدار ثابت RBE در پروتون درمانی احتمالاً RBE را در مکان‌های با LET بالا دست کم می‌گیرد، که می‌تواند منجر به افزایش خطر سمیت‌های ناشی از تشعشع شود.
با این حال، LET به شدت با RBE در ارتباط است و یک عامل کلیدی برای تعیین RBE متغیر در پروتون درمانی است. به این ترتیب، محققان در حال بررسی رویکردهایی برای محاسبه و ارزیابی LET در طول برنامه ریزی درمان هستند. این ابزارهای برنامه ریزی درمان بیولوژیکی محدود هستند، با این حال، و تا زمانی که توسعه یافته و مورد مطالعه بیشتر قرار نگیرند، کلینیک ها باید شیوه های برنامه ریزی درمان خود را برای به حداقل رساندن LET خارج از حجم هدف شناسایی کنند. آستین فات، یک فیزیکدان پزشکی در بیمارستان تحقیقات کودکان سنت جود در تنسی
فات توضیح می‌دهد: «نحوه تأثیرگذاری بر [توزیع LET] یک حوزه تحقیقاتی فعال است و روش‌های عالی در دست توسعه وجود دارد. مشکلی که ما با آن روبرو هستیم این است که آنها بدون نرم‌افزار سفارشی توسعه‌یافته در داخل یا از طریق نسخه‌های تحقیقاتی ویژه برنامه‌های کاربردی ارائه‌شده توسط فروشنده، به‌راحتی در دسترس نیستند... [و] مطالعات کمی وجود دارد که راهنمایی‌های کمی در مورد هدف ما ارائه می‌دهد.»
استراتژی های برنامه ریزی درمان
در گامی به سوی ارزیابی و بهینه‌سازی طرح مبتنی بر LET برای فوتون‌درمانی، فات و تیمش بررسی استراتژی‌های برنامه‌ریزی را انجام دادند که به‌صورت تجاری برای تیم‌های بالینی برای درمان پروتون تعدیل‌شده با شدت (IMPT) در دسترس هستند. مطالعه آنها، گزارش شده در مجله فیزیک پزشکی بالینی کاربردی، راهنمایی هایی را برای برنامه ریزان درمان پروتون درمانی معرفی می کند. فات توضیح می‌دهد: «ما می‌خواستیم به برخی از تکنیک‌های برنامه‌ریزی درمان به‌راحتی در دسترس و اینکه چگونه ممکن است بر LET تأثیر بگذارند، نگاه کنیم.
محققان تفاوت‌ها را در LET وزنی (LET) ارزیابی کردندdبین هشت رویکرد برنامه‌ریزی درمان مبتنی بر آینده که برای یک فانتوم آب استوانه‌ای و چهار مورد تومور مغزی کودکان اعمال می‌شود (Faught اشاره می‌کند که سمیت‌های ناشی از تشعشع یک منطقه تمرکز برای تیم است). آنها این استراتژی های برنامه ریزی را با طرحی با استفاده از پرتوهای جانبی مخالف (برای فانتوم) یا با طرح بالینی اصلی (برای بیماران)، با استفاده از محاسبات ثانویه مونت کارلو برای ارزیابی دوز و LET مقایسه کردند.d.
محققان دریافتند که هندسه میدان درمان بیشترین کمک را در مکان یابی مناطق با LET بالا داشته است. برای کاهش تأثیر بالقوه عدم قطعیت های بیولوژیکی مرتبط با LET بالاdآنها پیشنهاد می کنند که برنامه ریزان درمان از زوایای تقاطع بزرگ بین تیرهای درمان استفاده کنند و از تیرهایی که بلافاصله در نزدیکی سازه های بحرانی متوقف می شوند اجتناب کنند.
فات می‌گوید: «این خبر بسیار خوبی است، زیرا به این معنی است که انتخاب دقیق تعداد زمینه‌های درمانی و جهت‌گیری آنها با توجه به بافت‌های بهداشتی مجاور می‌تواند مؤثر باشد». "با کمی تفکر آگاهانه و اولیه، این چیزی است که همه برنامه ریزان درمان می توانند در طول فرآیند برنامه ریزی در نظر بگیرند."
محققان همچنین دریافتند که استفاده از یک تغییر دهنده محدوده به طور قابل توجهی میانگین LET را کاهش می دهدd در حجم هدف بالینی در نتیجه، آنها توصیه می‌کنند که از تغییر دهنده‌های محدوده و استراتژی‌های جایگزین محدودیت‌های مکان‌یابی به میزان کم استفاده کنید، و تنها زمانی که کلینیک‌ها بتوانند LET حاصل را محاسبه کنند.d برای ارزیابی در برابر استراتژی های برنامه ریزی جایگزین.
به دلیل حجم نمونه کوچک مطالعه، محققان نتوانستند روند روشنی در LET ایجاد کنندd تغییرات در موارد بالینی آنها رابطه بین تغییرات LET و تغییر در احتمال کنترل تومور یا عوارض بافت طبیعی را ارزیابی نکردند.
برنامه های مبتنی بر LET پروتون درمانی را بهینه می کنند
در حالی که اثرات هر رویکرد برنامه‌ریزی در مناطق با LET بالا کم بود، Faught می‌گوید مهم است که بدانیم استراتژی‌ها و توصیه‌های برنامه‌ریزی درمان تیم مبتنی بر شواهد هستند و می‌توان به راحتی در عمل بالینی کار کرد.
"امیدوارم یکی از نکات مهم این باشد که ما به عنوان یک حوزه، از ابزارهای تجاری که امکان محاسبه LET را در سیستم برنامه ریزی درمان می دهد، بهره مند شویم. حتی بهتر از آن، ما دوست داریم راه هایی برای بهینه سازی با در نظر گرفتن LET داشته باشیم. این مطالعه پل خوبی بود تا زمانی که این ابزارها به طور گسترده در دسترس باشند.
