Potilaskohtaiset harjasuodattimet mahdollistavat konformisen FLASH-protonihoidon

Stereotaktinen kehon sädehoito (SBRT) on tarkkuussyövän hoitomuoto, joka tuottaa vähemmän suurempiannoksisia säteilyfraktioita kuin perinteinen sädehoito. SBRT voi tarjota erinomaisen paikallisen kasvaimen hallinnan, mutta joissakin kasvainpaikoissa se saattaa altistaa lähellä olevat riskielimet (OAR:t) ei-hyväksyttäville säteilytasoille. Protonipohjainen SBRT tarjoaa paremman OAR-säästön, mutta vaatii silti joitakin hoitomarginaaleja, jotka voivat rajoittaa sen kliinistä soveltuvuutta.

FLASH-sädehoito, jossa säteilyä annetaan erittäin korkeilla annosnopeuksilla, voisi mahdollistaa OAR-laitteiden säästämisen. Tutkiakseen sen mahdollisuuksia tutkimusryhmä lähti liikkeelle Emory University kehittää puitteita protonihoidon toimittamisen optimoimiseksi vastaamaan FLASH-sädehoidon vaatimuksia.

Useimmat nykyaikaiset protonihoitojärjestelmät voivat saavuttaa FLASH-annosnopeuksia käyttämällä korkeaenergistä lähetyssädettä, joka kulkee potilaan läpi ja tallettaa annoksen koko matkaansa. Tämä lähestymistapa kuitenkin eliminoi protonihoidon tärkeimmän edun: sen kyvyn antaa annos levitetyssä Bragg-huipissa. Parantaaksesi yhdenmukaisuutta FLASH-annosnopeuksilla, Ruirui Liu ja kollegat ehdottavat, että potilaskohtaiset harjasuodattimet voisivat tarjota samanlaisen annosjakauman kuin tavanomaisessa intensiteettimoduloidussa protoniterapiassa (IMPT).

FLASH-hoidoissa annos, annoskeskiarvoinen annosnopeus (DADR) ja annoskeskiarvoinen lineaarinen energiansiirto (LET)_d) kaikki vaikuttavat biologiseen vasteeseen. Siten tutkijat kehittivät integroidun fyysisen optimoinnin (IPO) kehyksen, joka samanaikaisesti optimoi nämä kolme parametria maksimoidakseen OAR-säästön potilaan hoitosuunnitelmassa. Kehys, joka on kuvattu kohdassa International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics, käyttää IPO-IMPT-objektifunktiota tarjotakseen useita ratkaisuja potilaskohtaisten harjasuodattimien ja protonipistekarttojen suunnitteluun.

Harjasuodattimet, joita käytetään yhdessä etäisyyskompensaattorin kanssa, käsittävät joukon sikguratin muotoisia nastoja, jotka levittävät Braggin huipun 250 MeV:n säteestä peittämään sädekohtaisen suunnittelun kohdetilavuuden. Ryhmä kehitti käänteisen suunnitteluohjelmiston potilaskohtaisen suodattimen nastojen sijainnin määrittämiseksi ja käytti Geant4-pohjaisia ​​Monte Carlo -simulaatioita annos- ja LET-vaikutusmatriisien muodostamiseen.

Potilassuunnitelmat

IPO-IMPT-kehyksen osoittamiseksi tutkijat kehittivät hoitosuunnitelmat kolmelle keuhkosyöpäpotilaalle. He määräsivät 50 Gy:n annoksen (viisi 10 Gy:n fraktiota) kliiniseen kohdetilavuuteen ja maksimi hotspot-annos oli 62.5 Gy. Riippuen siitä, mikä parametri on priorisoitu, suunnitelmien tavoitteena on lisätä FLASH-peittoa ja/tai vähentää LET:tä_d, säilyttäen samalla tavoiteannoksen.

Potilaalla 1, jolla oli keskuskeuhkokasvain lähellä sydäntä, OAR:t olivat sydän ja keuhkot. Tätä tapausta varten tutkijat loivat yhden säteen IPO-IMPT-suunnitelman, jonka tarkoituksena oli vähentää LET:tä_d sydämeen säilyttäen samalla tavoitepeiton. IPO-IMPT-suunnitelma saavutti tämän tavoitteen, sillä sen tavoitekattavuus oli samanlainen kuin perinteisellä IMPT-suunnitelmalla, mutta se pienensi huomattavasti LET:tä_d sydämeen.

Potilaalla 2 oli metastaattinen kasvain oikeassa alalohkossa ja potilaalla 3 oli kasvain subkarinaalisessa imusolmukkeessa. Näissä tapauksissa ruokatorvi oli myös OAR ja päätavoite oli ruokatorven säästäminen. Sekä IPO-IMPT:n että IMPT:n kohdalla lähes 100 % ruokatorven arviointitilavuudesta saavutti 40 Gy/s FLASH-kynnyksen, Potilaalla 2 IPO-IMPT pienensi hieman LET-arvoa_d sydämelle ja ruokatorvelle ja lisää FLASH-kattavuutta sydämelle.

Harva tapin muotoilu

Tavalliset harjasuodattimet, jotka on suunniteltu käyttämällä IPO-IMPT-kehystä, säästivät valikoivasti OAR:ita vähentämällä LET:tä ja lisäämällä FLASH-peittoa. Harvat harjasuodattimet, joista osa tapeista on jätetty pois, tarjoavat kuitenkin mahdollisuuden lisätä OAR-säästöä entisestään. Suodattimen nastojen poistaminen tietyistä paikoista tuottaa suuremman protonivirran, kun taas loput nastat tarjoavat silti riittävän kohteen peiton.

Potilaalle 1 tutkijat loivat IPO-IMPT-suunnitelman, jossa oli harvat harjasuodattimet ja useita säteitä. Vertailu IMPT-suunnitelmaan, jossa käytettiin tavallisia harjasuodattimia, osoitti, että molemmissa kasvaimen peitto säilyi ja hotspotit olivat hyvin hallinnassa. Harvat harjasuodattimet lisäsivät kuitenkin FLASH-annosnopeuden vastaanottavaa OAR-tilavuutta 31 % ja 50 % sydämen ja keuhkojen arviointitilavuuksien osalta.

Harvat harjasuodattimet tarjoavat joustavuutta IPO-IMPT-kehyksen täyden potentiaalin hyödyntämiseksi. Esimerkiksi tapinpoistotasot voidaan räätälöidä yksittäisten potilastapausten mukaan. 50 %:n neulanpoistokynnys tarjosi kohtuullisia tuloksia potilaan 1 suurelle kasvaimelle, kun taas 30 %:n kynnys oli hyvä lähtökohta potilaiden 2 ja 3 pienemmille kohteille, joiden harvaan harjanteelle perustuvat suodatinpohjaiset suunnitelmat lisäsivät DADR:tä ruokatorvessa säilyttäen samalla kasvaimen. kattavuus.

Lopuksi tutkijat tulostivat potilaskohtaisen harjasuodattimen varmistaakseen, että harjasuodatinkokoonpano (suodatinnastat ja kompensaattori) pystyy toimittamaan ennustetun annoksen. He toimittivat hoitosuunnitelman, joka oli suunniteltu tarjoamaan yhtenäinen tavoiteannos, ja suorittivat annosmittauksia ionisaatiokammiojärjestelmällä. Kokonaisgamma-läpäisyprosentti oli 3 % absoluuttisilla annoksilla, mikä ylittää tavanomaiset potilaan läpäisykriteerit 92.9 % ja osoittaa, että kokoonpano voi tarjota kliinisesti hyväksyttävän annosjakauman.

NPL ottaa käyttöön absoluuttisen dosimetrian FLASH-protonisäteille

"Tämä proof-of-concept-tutkimus osoittaa, että IPO-IMPT-kehystä voidaan käyttää FLASH-stereotaktisen kehon protoniterapian toteuttamiseen ottaen huomioon annos, DADR ja LET_d samanaikaisesti”, tutkijat päättelevät. "Tämä uusi menetelmä helpottaa konformisten protonikenttien toimittamista FLASH-nopeuksilla prekliinisissä ja kliinisissä tutkimuksissa."

Vanhempi kirjailija Liyong Lin kertoo Fysiikan maailma että tiimi toivoo voivansa kehittää ohjelmistoaan edelleen tällaisia ​​sovelluksia varten. "Emory's Office of Technology Transfer kannusti meitä perustamaan startup-yrityksen, Radiotherapy Biological Optimization (RBO) Solutions", Lin selittää. "National Institutes of Healthin hakija-apuohjelma hyväksyy RBO:n toimittamaan pienyritysteknologian siirtoa koskevan R41-apurahaa National Cancer Institutelle 5. huhtikuuta mennessä. IBA, suurin hiukkasterapian toimittaja, ja IBA:n dosimetriaosasto tukevat RBO:n R41-apurahaehdotusta. ”

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/patient-specific-ridge-filters-enable-conformal-flash-proton-therapy/