Les débits de dose ultra-élevés utilisés en radiothérapie FLASH peuvent augmenter la fenêtre thérapeutique en protégeant les tissus normaux contre les dommages causés par les radiations. Certains chercheurs pensent que les faisceaux de protons FLASH pourraient également être disponibles avec les faisceaux de protons accélérés par cyclotron disponibles dans le commerce. Mais lorsque FLASH est associé au type de protonthérapie le plus avancé, le balayage latéral à faisceau crayon (PBS), les délivrances de protons PBS utilisées pour traiter des cancers complexes avec une précision inégalée ont également un impact sur les débits de dose locaux essentiels à l'obtention de l'effet FLASH.
Chercheurs à Centre médical universitaire Erasmus, Institut technique supérieur ainsi que le HollandePTC visait à tenir compte des variations locales du débit de dose résultant de l’administration de protons PBS. Leur étude récente, rapportée dans Journal international de radio-oncologie Biologie Physique, maximise la couverture FLASH en optimisant le modèle de balayage PBS avec des métriques basées sur les voxels.
"Nous essayions d'optimiser FLASH en optimisant le débit de dose, sans compromettre la qualité du plan en termes de dose de rayonnement", explique l'auteur principal Rodrigo José Santo. « Nous essayions de mettre en place un pipeline qui optimiserait systématiquement la couverture FLASH pour différentes formes et tailles de tumeurs, sans réoptimiser le plan de traitement et sans considérer FLASH comme un effet local dépendant du modèle d’administration du faisceau de crayon. »
Le résultat : optimiser les plans de traitement par protonthérapie FLASH sans compromettre le débit de dose.
PBS en tant que vendeur ambulant
Le problème du voyageur de commerce pose la question suivante : « Étant donné une liste de villes et les distances entre chaque paire de villes, quel est l'itinéraire le plus court possible qui visite chaque ville exactement une fois et revient à la ville d'origine ?
Ce problème, étudié depuis longtemps par les chercheurs en optimisation combinatoire, est un baromètre pour les algorithmes génétiques utilisés en informatique et en recherche opérationnelle. José Santo, actuellement doctorant à l'UMC Utrecht mais étudiant en maîtrise au moment où les travaux ont été réalisés, s'est rendu compte que les algorithmes génétiques pouvaient être utilisés pour résoudre son propre problème : optimiser l'ordre dans lequel les faisceaux de crayons de protons sont irradiés pour maximiser la couverture FLASH. .
L’approche résultante des chercheurs utilise une métrique basée sur le voxel définie par des seuils de dose fixes pour déterminer quand l’irradiation de ce voxel commence et se termine. L'algorithme évalue le débit de dose pour chaque faisceau crayon séparément et suppose que FLASH est un effet local et que la durée totale d'irradiation est un paramètre FLASH critique.
L’algorithme est exécuté en parallèle sur différentes solutions, bien qu’il partage occasionnellement des informations entre elles. La distance moyenne entre les faisceaux crayons est incluse en tant que fonction de coût afin de minimiser la distance totale parcourue dans le plan transversal à la direction du faisceau. L'algorithme est appliqué séquentiellement une fois que les positions et les poids du faisceau crayon ont été optimisés et sans compromettre la qualité du plan en termes de dose (nominale) absorbée.
Les chercheurs ont testé leur algorithme sur des plans de traitement utilisant des faisceaux de crayons de protons à transmission pour 20 patients atteints d'un cancer du poumon à un stade précoce et de métastases pulmonaires. (Les lésions pulmonaires sont des sites idéaux pour le FLASH, disent les chercheurs – les traitements protoniques FLASH actuels impliquent des faisceaux à haute énergie qui traversent le patient plutôt que les faisceaux à pic de Bragg exploités pour la protonthérapie conventionnelle.)
La couverture médiane du FLASH s'est améliorée, passant de 6.9 % pour les modèles de balayage standard ligne par ligne à 29 % avec l'optimisation PBS. Les chercheurs ont observé que les plans optimisés pour le PBS ont l’apparence d’un verticille. La fenêtre FLASH n'a changé que légèrement pour des courants de faisceau légèrement différents.
Protonthérapie FLASH : découverte de la technique d'administration optimale
Étant donné que d'autres groupes de recherche travaillent principalement à optimiser FLASH au niveau de la planification du traitement, les chercheurs affirment qu'il est difficile de comparer leurs propres résultats optimisés par PBS à d'autres études de protonthérapie FLASH – à leur connaissance, cette étude est la première à réaliser des études par faisceau de crayon. optimisation du modèle d'administration pour la protonthérapie FLASH. Ils se concentrent désormais sur l’optimisation de l’administration de PBS pour des cibles plus larges et sur l’intégration de l’optimisation du débit de dose dans leur pipeline d’optimisation de dose existant.
« La radiothérapie continue d’être améliorée et l’effet FLASH est une voie prometteuse vers de meilleurs résultats thérapeutiques pour les patients. La protonthérapie, combinée à des algorithmes d'optimisation tels que celui que nous avons développé, constitue une étape importante vers cet objectif », déclare José Santo. "Notre manuscrit souligne qu'il reste encore beaucoup à faire pour optimiser davantage la protonthérapie FLASH en tant que modalité de traitement, même avec le matériel de faisceau actuel."
