Filter punggungan khusus pasien memungkinkan terapi proton FLASH konformal

Terapi radiasi tubuh stereotactic (SBRT) adalah pengobatan kanker presisi yang memberikan fraksi radiasi dosis lebih sedikit dan lebih tinggi daripada radioterapi tradisional. SBRT dapat memberikan kontrol tumor lokal yang sangat baik, tetapi untuk beberapa lokasi tumor berisiko mengekspos organ berisiko (OAR) terdekat ke tingkat iradiasi yang tidak dapat diterima. SBRT berbasis proton memberikan hemat OAR yang lebih baik, tetapi masih membutuhkan beberapa margin pengobatan yang dapat membatasi penerapan klinisnya.

Radioterapi FLASH, di mana radiasi diberikan pada tingkat dosis sangat tinggi, dapat memungkinkan penghematan OAR lebih lanjut. Untuk menyelidiki potensinya, tim peneliti mengepalai di Emory University sedang mengembangkan kerangka kerja untuk mengoptimalkan pengiriman terapi proton untuk memenuhi tuntutan radioterapi FLASH.

Sebagian besar sistem terapi proton modern dapat mencapai laju dosis FLASH menggunakan pancaran transmisi energi tinggi yang melewati pasien, menyimpan dosis di sepanjang jalurnya. Pendekatan ini, bagaimanapun, menghilangkan keuntungan utama terapi proton: kemampuannya untuk memberikan dosis dalam puncak Bragg yang menyebar. Untuk meningkatkan kesesuaian pada laju dosis FLASH, Rui Rui Liu dan rekan mengusulkan bahwa filter punggungan khusus pasien dapat memberikan distribusi dosis yang serupa dengan terapi proton termodulasi intensitas konvensional (IMPT).

Untuk perawatan FLASH, dosis, laju dosis rata-rata dosis (DADR) dan transfer energi linier rata-rata dosis (LET_d) semua mempengaruhi respon biologis. Oleh karena itu, para peneliti mengembangkan kerangka kerja pengoptimalan fisik terintegrasi (IPO) yang secara bersamaan mengoptimalkan ketiga parameter ini untuk memaksimalkan penghematan OAR dalam rencana perawatan pasien. Kerangka kerja, dijelaskan dalam Jurnal Internasional Onkologi Radiasi, Biologi, Fisika, menggunakan fungsi tujuan IPO-IMPT untuk memberikan beberapa solusi untuk desain filter punggungan khusus pasien dan peta titik proton.

Filter punggungan, yang digunakan dalam kombinasi dengan kompensator rentang, terdiri dari susunan pin berbentuk ziggurat yang menyebarkan puncak Bragg dari sinar 250 MeV untuk menutupi volume target perencanaan khusus balok. Tim mengembangkan perangkat lunak perencanaan terbalik untuk menentukan lokasi pin untuk filter khusus pasien, dan menggunakan simulasi Monte Carlo berbasis Geant4 untuk memberikan matriks pengaruh dosis dan LET.

Rencana pasien

Untuk mendemonstrasikan kerangka IPO-IMPT, para peneliti mengembangkan rencana perawatan untuk tiga pasien kanker paru-paru. Mereka meresepkan dosis 50 Gy (lima fraksi 10 Gy) untuk volume target klinis, dengan dosis hotspot maksimum 62.5 Gy. Bergantung pada parameter mana yang diprioritaskan, rencana tersebut bertujuan untuk meningkatkan cakupan FLASH dan/atau mengurangi LET_d, sambil mempertahankan dosis target.

Untuk pasien 1, yang memiliki tumor paru sentral dekat jantung, OAR adalah jantung dan paru. Untuk kasus ini, para peneliti membuat rencana IPO-IMPT single-beam dengan tujuan mengurangi LET_d ke jantung sambil mempertahankan cakupan target. Rencana IPO-IMPT memenuhi tujuan ini, menunjukkan cakupan target yang serupa dengan rencana IMPT konvensional tetapi secara nyata mengurangi LET_d ke hati.

Pasien 2 memiliki tumor metastatik di lobus kanan bawah dan pasien 3 memiliki tumor di kelenjar getah bening subcarinal. Dalam kasus ini, esofagus juga merupakan OAR dan tujuan utamanya adalah esofagus hemat. Untuk IPO-IMPT dan IMPT, hampir 100% volume evaluasi esofagus memenuhi ambang FLASH 40 Gy/s, Untuk pasien 2, IPO-IMPT sedikit menurun LET_d untuk jantung dan kerongkongan dan peningkatan cakupan FLASH untuk jantung.

Desain pin jarang

Filter punggungan reguler yang dirancang menggunakan kerangka kerja IPO-IMPT secara selektif menghindari OAR dengan mengurangi LET dan meningkatkan cakupan FLASH. Namun, filter punggungan jarang, dari mana beberapa pin dihilangkan, menawarkan potensi untuk lebih meningkatkan hemat OAR. Menghapus pin filter di lokasi tertentu menghasilkan fluks proton yang lebih tinggi, sedangkan pin yang tersisa masih memberikan cakupan target yang memadai.

Untuk pasien 1, para peneliti membuat rencana IPO-IMPT dengan filter bubungan jarang dan banyak balok. Perbandingan dengan rencana IMPT menggunakan filter ridge reguler menunjukkan bahwa, untuk keduanya, cakupan tumor dipertahankan dan hotspot dikontrol dengan baik. Filter bubungan yang jarang, bagaimanapun, meningkatkan volume OAR yang menerima tingkat dosis FLASH sebesar 31% dan 50%, masing-masing untuk volume evaluasi jantung dan paru-paru.

Filter punggungan yang jarang memberikan fleksibilitas untuk mewujudkan potensi penuh dari kerangka kerja IPO-IMPT. Misalnya, tingkat pelepasan pin dapat disesuaikan dengan kasus masing-masing pasien. Ambang batas pelepasan pin 50% memberikan hasil yang masuk akal untuk tumor besar pasien 1, sedangkan ambang batas 30% adalah titik awal yang baik untuk target yang lebih kecil dari pasien 2 dan 3, yang rencana berbasis filter ridge yang jarang meningkatkan DADR di kerongkongan sambil mempertahankan tumor. cakupan.

Akhirnya, untuk memverifikasi bahwa rakitan filter ridge (pin filter dan kompensator) dapat memberikan dosis yang diprediksi, para peneliti 3D mencetak filter ridge khusus pasien. Mereka memberikan rencana perawatan yang dirancang untuk memberikan dosis target yang seragam dan melakukan pengukuran dosis dengan rangkaian ruang ionisasi. Tingkat kelulusan total gamma adalah 92.9% untuk dosis absolut, yang melebihi kriteria kelulusan pasien standar 90% dan menunjukkan bahwa rakitan dapat memberikan distribusi dosis yang dapat diterima secara klinis.

NPL memperkenalkan dosimetri absolut untuk sinar proton FLASH

“Studi proof-of-concept ini menunjukkan kelayakan menggunakan kerangka kerja IPO-IMPT untuk menyelesaikan terapi proton tubuh stereotactic FLASH, memperhitungkan dosis, DADR dan LET_d secara bersamaan,” para peneliti menyimpulkan. “Metode baru ini akan memfasilitasi pengiriman bidang proton konformal pada tingkat FLASH untuk studi praklinis dan klinis.”

Penulis senior Liyong Lin mengatakan Dunia Fisika bahwa tim berharap untuk mengembangkan lebih lanjut perangkat lunaknya untuk aplikasi semacam itu. “Kantor Transfer Teknologi Emory mendorong kami untuk membentuk perusahaan rintisan, Radiotherapy Biological Optimization (RBO) Solutions,” jelas Lin. “RBO diterima oleh National Institutes of Health's Applicant Assistance Program untuk menyerahkan hibah transfer teknologi usaha kecil R41 ke National Cancer Institute paling lambat 5 April. IBA, vendor terapi partikel terbesar, dan divisi dosimetri IBA akan mendukung proposal hibah RBO R41. ”

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/patient-specific-ridge-filters-enable-conformal-flash-proton-therapy/