रोगी-विशिष्ट रिज फिल्टर अनुरूप फ्लैश प्रोटॉन थेरेपी को सक्षम करते हैं

स्टीरियोटैक्टिक बॉडी रेडिएशन थेरेपी (एसबीआरटी) एक सटीक कैंसर उपचार है जो पारंपरिक रेडियोथेरेपी की तुलना में कम, उच्च खुराक वाले विकिरण अंश प्रदान करता है। एसबीआरटी उत्कृष्ट स्थानीय ट्यूमर नियंत्रण प्रदान कर सकता है, लेकिन कुछ ट्यूमर स्थानों के लिए यह आस-पास के जोखिम वाले अंगों (ओएआर) को अस्वीकार्य विकिरण स्तर तक उजागर करने का जोखिम उठाता है। प्रोटॉन-आधारित एसबीआरटी बेहतर ओएआर स्पेयरिंग प्रदान करता है, लेकिन फिर भी कुछ उपचार मार्जिन की आवश्यकता होती है जो इसकी नैदानिक ​​​​प्रयोज्यता को सीमित कर सकता है।

फ्लैश रेडियोथेरेपी, जिसमें अल्ट्राहाई खुराक दरों पर विकिरण वितरित किया जाता है, ओएआर को और अधिक कम करने में सक्षम बना सकता है। इसकी क्षमता की जांच करने के लिए, एक शोध दल का नेतृत्व किया गया एमोरी विश्वविद्यालय फ्लैश रेडियोथेरेपी की मांगों को पूरा करने के लिए प्रोटॉन थेरेपी वितरण को अनुकूलित करने के लिए एक रूपरेखा विकसित कर रहा है।

अधिकांश आधुनिक प्रोटॉन थेरेपी प्रणालियाँ एक उच्च-ऊर्जा ट्रांसमिशन बीम का उपयोग करके फ्लैश खुराक दर प्राप्त कर सकती हैं जो रोगी के माध्यम से गुजरती है, उसके पूरे रास्ते में खुराक जमा करती है। हालाँकि, यह दृष्टिकोण प्रोटॉन थेरेपी के प्रमुख लाभ को समाप्त कर देता है: इसकी फैलती हुई ब्रैग चोटी में खुराक देने की क्षमता। फ़्लैश खुराक दरों पर अनुरूपता में सुधार करने के लिए, रुइरुई लियू और सहकर्मियों का प्रस्ताव है कि रोगी-विशिष्ट रिज फिल्टर पारंपरिक तीव्रता-संग्राहक प्रोटॉन थेरेपी (आईएमपीटी) के समान खुराक वितरण प्रदान कर सकते हैं।

फ्लैश उपचार के लिए, खुराक, खुराक-औसत खुराक दर (डीएडीआर) और खुराक-औसत रैखिक ऊर्जा हस्तांतरण (एलईटी)_d) सभी जैविक प्रतिक्रिया को प्रभावित करते हैं। इस प्रकार शोधकर्ताओं ने एक एकीकृत भौतिक अनुकूलन (आईपीओ) ढांचा विकसित किया जो एक मरीज की उपचार योजना में ओएआर बचत को अधिकतम करने के लिए इन तीन मापदंडों को एक साथ अनुकूलित करता है। रूपरेखा, में वर्णित है विकिरण कैंसर विज्ञान जीव विज्ञान भौतिकी के इंटरनेशनल जर्नल, रोगी-विशिष्ट रिज फिल्टर और प्रोटॉन स्पॉट मैप के डिजाइन के लिए कई समाधान प्रदान करने के लिए आईपीओ-आईएमपीटी उद्देश्य फ़ंक्शन का उपयोग करता है।

रिज फिल्टर, जिनका उपयोग एक रेंज कम्पेसाटर के साथ संयोजन में किया जाता है, में जिगगुराट-आकार के पिनों की एक श्रृंखला शामिल होती है जो बीम-विशिष्ट योजना लक्ष्य मात्रा को कवर करने के लिए 250-एमईवी बीम से ब्रैग शिखर को फैलाती है। टीम ने रोगी-विशिष्ट फ़िल्टर के लिए पिन स्थानों को परिभाषित करने के लिए व्युत्क्रम नियोजन सॉफ़्टवेयर विकसित किया, और खुराक और एलईटी प्रभाव मैट्रिक्स प्रदान करने के लिए Geant4-आधारित मोंटे कार्लो सिमुलेशन का उपयोग किया।

धैर्यवान योजनाएँ

आईपीओ-आईएमपीटी ढांचे को प्रदर्शित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने फेफड़ों के कैंसर वाले तीन रोगियों के लिए उपचार योजनाएं विकसित कीं। उन्होंने क्लिनिकल लक्ष्य मात्रा के लिए 50 Gy (पांच 10 Gy अंश) की एक खुराक निर्धारित की, जिसमें अधिकतम हॉटस्पॉट खुराक 62.5 Gy थी। इस बात पर निर्भर करते हुए कि किस पैरामीटर को प्राथमिकता दी गई है, योजनाओं का लक्ष्य फ्लैश कवरेज को बढ़ाना और/या एलईटी को कम करना है_d, लक्ष्य खुराक को बनाए रखते हुए।

रोगी 1 के लिए, जिसके हृदय के करीब एक केंद्रीय फेफड़े का ट्यूमर था, ओएआर हृदय और फेफड़े थे। इस मामले के लिए, शोधकर्ताओं ने एलईटी को कम करने के उद्देश्य से एक सिंगल-बीम आईपीओ-आईएमपीटी योजना तैयार की_d लक्ष्य कवरेज को बनाए रखते हुए हृदय तक। आईपीओ-आईएमपीटी योजना ने पारंपरिक आईएमपीटी योजना के समान लक्ष्य कवरेज प्रदर्शित करते हुए इस लक्ष्य को पूरा किया, लेकिन एलईटी को स्पष्ट रूप से कम कर दिया।_d दिल को।

मरीज़ 2 के दाहिने निचले लोब में मेटास्टैटिक ट्यूमर था और मरीज़ 3 के सबकैरिनल लिम्फ नोड में ट्यूमर था। इन मामलों में, ग्रासनली भी एक ओएआर थी और मुख्य लक्ष्य ग्रासनली को बचाना था। आईपीओ-आईएमपीटी और आईएमपीटी दोनों के लिए, एसोफैगस मूल्यांकन मात्रा का लगभग 100% 40 Gy/s फ्लैश सीमा को पूरा करता है, रोगी 2 के लिए, आईपीओ-आईएमपीटी में एलईटी में थोड़ी कमी आई है_d हृदय और अन्नप्रणाली के लिए और हृदय के लिए बढ़ी हुई फ्लैश कवरेज।

विरल पिन डिजाइन

आईपीओ-आईएमपीटी ढांचे का उपयोग करके डिज़ाइन किए गए नियमित रिज फिल्टर ने एलईटी को कम करके और फ्लैश कवरेज को बढ़ाकर चुनिंदा ओएआर को बचाया। हालाँकि, विरल रिज फिल्टर, जिनमें से कुछ पिन हटा दिए गए हैं, ओएआर स्पेयरिंग को और बढ़ाने की क्षमता प्रदान करते हैं। विशिष्ट स्थानों पर फ़िल्टर पिन हटाने से उच्च प्रोटॉन प्रवाह मिलता है, जबकि शेष पिन अभी भी पर्याप्त लक्ष्य कवरेज प्रदान करते हैं।

रोगी 1 के लिए, शोधकर्ताओं ने विरल रिज फिल्टर और एकाधिक बीम के साथ एक आईपीओ-आईएमपीटी योजना तैयार की। नियमित रिज फिल्टर का उपयोग करके आईएमपीटी योजना के साथ तुलना से पता चला कि, दोनों के लिए, ट्यूमर कवरेज बनाए रखा गया था और हॉटस्पॉट को अच्छी तरह से नियंत्रित किया गया था। हालाँकि, विरल रिज फिल्टर ने हृदय और फेफड़ों के मूल्यांकन मात्रा के लिए फ्लैश खुराक दर प्राप्त करने वाले ओएआर वॉल्यूम को क्रमशः 31% और 50% तक बढ़ा दिया।

विरल रिज फिल्टर आईपीओ-आईएमपीटी ढांचे की पूरी क्षमता का एहसास करने के लिए लचीलापन प्रदान करते हैं। उदाहरण के लिए, पिन हटाने के स्तर को व्यक्तिगत रोगी मामलों के अनुरूप बनाया जा सकता है। 50% पिन निष्कासन सीमा ने रोगी 1 के बड़े ट्यूमर के लिए उचित परिणाम प्रदान किए, जबकि 30% सीमा रोगियों 2 और 3 के छोटे लक्ष्यों के लिए एक अच्छा प्रारंभिक बिंदु था, जिनकी विरल रिज फ़िल्टर-आधारित योजनाओं ने ट्यूमर को बनाए रखते हुए अन्नप्रणाली में डीएडीआर को बढ़ाया। कवरेज।

अंत में, यह सत्यापित करने के लिए कि एक रिज फिल्टर असेंबली (फिल्टर पिन और एक कम्पेसाटर) अनुमानित खुराक दे सकती है, शोधकर्ताओं ने एक रोगी-विशिष्ट रिज फिल्टर को 3डी प्रिंट किया। उन्होंने एक समान लक्ष्य खुराक प्रदान करने के लिए डिज़ाइन की गई एक उपचार योजना प्रदान की और एक आयनीकरण कक्ष सरणी के साथ खुराक माप किया। पूर्ण खुराक के लिए कुल गामा पासिंग दर 92.9% थी, जो 90% के मानक रोगी पासिंग मानदंड से अधिक है और दर्शाती है कि असेंबली चिकित्सकीय रूप से स्वीकार्य खुराक वितरण प्रदान कर सकती है।

एनपीएल ने फ्लैश प्रोटॉन बीम के लिए निरपेक्ष डोसिमेट्री का परिचय दिया

“यह प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट अध्ययन फ्लैश स्टीरियोटैक्टिक बॉडी प्रोटॉन थेरेपी, खुराक, डीएडीआर और एलईटी के लिए लेखांकन को पूरा करने के लिए आईपीओ-आईएमपीटी ढांचे का उपयोग करने की व्यवहार्यता को दर्शाता है।_d एक साथ, "शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला। "यह नवीन विधि प्रीक्लिनिकल और क्लिनिकल अध्ययन के लिए फ्लैश दरों पर अनुरूप प्रोटॉन क्षेत्रों की डिलीवरी की सुविधा प्रदान करेगी।"

वरिष्ठ लेखक लियॉन्ग लिन बताता है भौतिकी की दुनिया टीम को ऐसे अनुप्रयोगों के लिए अपने सॉफ़्टवेयर को और विकसित करने की उम्मीद है। लिन बताते हैं, "एमोरी के टेक्नोलॉजी ट्रांसफर कार्यालय ने हमें एक स्टार्टअप कंपनी, रेडियोथेरेपी बायोलॉजिकल ऑप्टिमाइज़ेशन (आरबीओ) सॉल्यूशंस बनाने के लिए प्रोत्साहित किया।" "आरबीओ को राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान के आवेदक सहायता कार्यक्रम द्वारा 41 अप्रैल तक राष्ट्रीय कैंसर संस्थान को लघु व्यवसाय प्रौद्योगिकी हस्तांतरण आर5 अनुदान जमा करने के लिए स्वीकार कर लिया गया है। आईबीए, सबसे बड़ा कण थेरेपी विक्रेता, और आईबीए का डोसिमेट्री डिवीजन आरबीओ के आर41 अनुदान प्रस्ताव का समर्थन करेगा। ”

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