A betegspecifikus gerincszűrők konform FLASH protonterápiát tesznek lehetővé

A sztereotaktikus testsugárterápia (SBRT) egy precíziós rákkezelés, amely kevesebb, nagyobb dózisú sugárfrakciót ad, mint a hagyományos sugárterápia. Az SBRT kiváló lokális tumorkontrollt biztosíthat, de egyes daganatos helyeken fennáll annak a veszélye, hogy a közeli veszélyeztetett szerveket (OAR) elfogadhatatlan besugárzási szintnek teszik ki. A proton alapú SBRT jobb OAR-kímélést biztosít, de még mindig szükség van bizonyos kezelési ráhagyásra, ami korlátozhatja a klinikai alkalmazhatóságát.

A FLASH sugárterápia, amelyben a sugárzást ultramagas dózisteljesítményekkel juttatják el, lehetővé teheti az OAR-ek további kímélését. A benne rejlő lehetőségek feltárása érdekében egy kutatócsoport elindult Emory University keretet fejleszt a protonterápia szállításának optimalizálására, hogy megfeleljen a FLASH sugárterápia követelményeinek.

A legtöbb modern protonterápiás rendszer FLASH dózisteljesítményt képes elérni a páciensen áthaladó nagy energiájú sugárnyalábbal, és a dózist a teljes útjában lerakja. Ez a megközelítés azonban kiküszöböli a protonterápia fő előnyét: azt a képességét, hogy a dózist szétterített Bragg-csúcsban tudja leadni. A FLASH dózissebességek megfelelőségének javítása érdekében, Ruirui Liu és munkatársai azt javasolják, hogy a páciens-specifikus gerincszűrők hasonló dóziseloszlást biztosítsanak, mint a hagyományos intenzitás-modulált protonterápia (IMPT).

FLASH kezeléseknél a dózis, a dózis-átlagolt dózisteljesítmény (DADR) és a dózis-átlagolt lineáris energiaátvitel (LET)_d) mindegyik befolyásolja a biológiai választ. Így a kutatók kifejlesztettek egy integrált fizikai optimalizációs (IPO) keretrendszert, amely egyidejűleg optimalizálja ezt a három paramétert, hogy maximalizálja az OAR megtakarítást a páciens kezelési tervében. A keret, amelyet a International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics, az IPO-IMPT célfüggvény segítségével többféle megoldást kínál a betegspecifikus gerincszűrők és protonfolttérképek tervezésére.

A gerincszűrők, amelyeket egy tartománykompenzátorral együtt használnak, egy sor cikgurát alakú csapból állnak, amelyek egy 250 MeV-os nyalábról szétosztják a Bragg-csúcsot, hogy lefedjenek egy sugárspecifikus tervezési céltérfogatot. A csapat inverz tervezőszoftvert fejlesztett ki a páciens-specifikus szűrő érintkezőinek meghatározására, és Geant4-alapú Monte Carlo szimulációkat használt a dózis- és LET-befolyásoló mátrixok létrehozására.

Betegtervek

Az IPO-IMPT keretrendszer bemutatására a kutatók kezelési tervet dolgoztak ki három tüdőrákos beteg számára. A klinikai céltérfogathoz 50 Gy (öt 10 Gy-es frakció) dózist írtak fel, a hotspot maximális dózisa 62.5 Gy. Attól függően, hogy melyik paraméternek van prioritása, a tervek célja a FLASH lefedettség növelése és/vagy a LET csökkentése_d, miközben fenntartja a céldózist.

Az 1. betegnél, akinek központi tüdődaganata volt a szívhez közel, az OAR-ek a szív és a tüdő voltak. Erre az esetre a kutatók egy egynyalábú IPO-IMPT tervet készítettek azzal a céllal, hogy csökkentsék a LET-t_d a szívhez, miközben megtartja a cél lefedettségét. Az IPO-IMPT terv teljesítette ezt a célt, a hagyományos IMPT-tervhez hasonló céllefedettséget mutatott, de jelentősen csökkentette a LET-t_d a szívhez.

A 2. betegnek áttétes daganata volt a jobb alsó lebenyben, a 3. betegnél pedig a szubkarinális nyirokcsomóban. Ezekben az esetekben a nyelőcső is OAR volt, és a fő cél a nyelőcső kímélése volt. Mind az IPO-IMPT, mind az IMPT esetében a nyelőcső értékelési térfogatának majdnem 100%-a elérte a 40 Gy/s FLASH küszöböt, A 2. beteg esetében az IPO-IMPT enyhén csökkentette a LET-et_d a szív és a nyelőcső számára, valamint a szív fokozott FLASH-lefedettsége.

Ritka tűs kialakítás

Az IPO-IMPT keretrendszerrel tervezett rendszeres gerincszűrők szelektíven kímélték az OAR-okat a LET csökkentésével és a FLASH lefedettségének növelésével. A ritka gerincszűrők azonban, amelyekből néhány csapot kihagytak, lehetőséget kínálnak az OAR megtakarítás további növelésére. A szűrőcsapok meghatározott helyekről történő eltávolítása nagyobb protonfluxust eredményez, míg a fennmaradó tűk továbbra is megfelelő céllefedettséget biztosítanak.

Az 1. páciens számára a kutatók egy IPO-IMPT tervet készítettek ritka gerincszűrőkkel és több gerendával. A szokásos gerincszűrőket használó IMPT-tervvel való összehasonlítás azt mutatta, hogy mindkét esetben a tumor lefedettsége megmaradt, és a hotspotok jól kontrolláltak. A ritka gerincszűrők azonban 31%-kal, illetve 50%-kal növelték a FLASH dózisteljesítményt kapott OAR térfogatot a szív és a tüdő kiértékelő térfogata esetén.

A ritka gerincszűrők rugalmasságot biztosítanak az IPO-IMPT keretrendszerben rejlő lehetőségek teljes kihasználásához. Például a tű eltávolítási szintjei személyre szabhatók az egyes betegek eseteihez. Az 50%-os tűeltávolítási küszöb ésszerű eredményeket adott az 1. páciens nagy daganata esetén, míg a 30%-os küszöb jó kiindulópont volt a 2. és 3. betegek kisebb célpontjai számára, akiknek a ritka gerincszűrő-alapú terveik megnövelték a DADR-t a nyelőcsőben, miközben fenntartották a daganatot. lefedettség.

Végül annak ellenőrzésére, hogy egy gerincszűrő szerelvény (szűrőcsapok és kompenzátor) képes-e leadni a várható dózist, a kutatók 3D-ben nyomtattak egy betegspecifikus gerincszűrőt. Egy egységes céldózis biztosítására kialakított kezelési tervet készítettek, és dózisméréseket végeztek ionizációs kamrasorral. A teljes gamma-átadási arány 92.9% volt az abszolút dózisok esetében, ami meghaladja a standard, 90%-os áthaladási kritériumot, és azt bizonyítja, hogy a szerelvény klinikailag elfogadható dóziseloszlást tud biztosítani.

Az NPL bevezeti az abszolút dozimetriát a FLASH protonnyalábokhoz

„Ez az elméleti bizonyítási tanulmány bemutatja az IPO-IMPT keretrendszer alkalmazásának megvalósíthatóságát a FLASH sztereotaktikus testprotonterápia megvalósítására, figyelembe véve a dózist, a DADR-t és a LET-et._d egyszerre” – vonják le a következtetést a kutatók. "Ez az új módszer megkönnyíti a konformális protonmezők FLASH sebességű szállítását a preklinikai és klinikai vizsgálatokhoz."

Senior szerző Liyong Lin megmondja Fizika Világa hogy a csapat reményei szerint továbbfejlesztheti szoftverét az ilyen alkalmazásokhoz. „Az Emory Technológiai Transzfer Hivatala arra ösztönzött bennünket, hogy alapítsunk egy startup céget, a Radiotherapy Biological Optimization (RBO) Solutions-t” – magyarázza Lin. „Az RBO-t elfogadta az Országos Egészségügyi Intézet Pályázati Támogatási Programja, hogy április 41-ig nyújtson be egy kisvállalkozási technológiatranszfer R5 támogatást a Nemzeti Rákkutató Intézetnek. Az IBA, a legnagyobb részecsketerápia szállítója és az IBA dozimetriai részlege jóváhagyja az RBO R41 támogatási javaslatát. ”

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/patient-specific-ridge-filters-enable-conformal-flash-proton-therapy/