L’obiettivo della radioterapia è quello di somministrare una dose di radiazioni prescritta al bersaglio del tumore limitando al tempo stesso il danno ai tessuti normali circostanti. Ciò viene attualmente ottenuto utilizzando l’ottimizzazione del piano di trattamento basato sulla popolazione, basato su obiettivi predefiniti basati sulla dose e vincoli di organo a rischio (OAR) sviluppati dalla risposta aggregata alle radiazioni di un’ampia popolazione di pazienti. Sfortunatamente, l’efficacia e la tossicità di tali piani di trattamento standardizzati variano, perché i pazienti e i loro tumori hanno caratteristiche biologiche individuali.
Con l'obiettivo di fornire un approccio più personalizzato alla pianificazione della radioterapia, i ricercatori del University of Michigan hanno sviluppato una nuova strategia di ottimizzazione della radioterapia ad intensità modulata (IMRT) che incorpora direttamente modelli dose-risposta specifici del paziente nel processo di pianificazione. La loro tecnica, descritta in Fisica medica, si basa sulla massimizzazione del valore previsto dell'utilità complessiva del trattamento, definita come la probabilità di controllo locale meno la somma ponderata delle probabilità di tossicità.
Il nuovo metodo di pianificazione, chiamato ottimizzazione dell’utilità prioritaria (PUO), potenzia gli approcci standard incorporando fattori personalizzati legati alla radiosensibilità dei tumori e degli OAR. La radiotossicità degli OAR, ad esempio, può essere influenzata dall’età, dall’abitudine al fumo, dall’espressione genetica, dai marcatori molecolari e da condizioni preesistenti come le malattie cardiache. Anche altri trattamenti concomitanti possono influire sull’efficacia della radioterapia.
Per convalidare la loro strategia, investigatore principale Martha Matuszak e colleghi hanno utilizzato il metodo PUO per creare piani IMRT per cinque pazienti con carcinoma polmonare non a piccole cellule (NSCLC). Riferiscono che la pianificazione PUO ha migliorato il controllo locale per tutti i pazienti rispetto ai piani convenzionali utilizzati per i loro trattamenti.
"I pazienti con NSCLC rappresentano un gruppo altamente eterogeneo con variabilità nell'estensione e nella localizzazione della malattia", spiega l'autore principale Daniele Polano. “In combinazione con altre variabilità anatomiche, questi fattori possono avere un impatto drastico sulla pianificazione del trattamento, compresi eventuali vantaggi attesi derivanti da diversi metodi di ottimizzazione. Pertanto, per i test iniziali di fattibilità del nostro metodo, abbiamo selezionato cinque casi per rappresentare la diversità nella dimensione del paziente, nella dimensione del tumore, nella posizione e nella lateralità, oltre alla diversità nelle covariate di dose che influenzano i risultati previsti”.
Per creare piani IMRT specifici per il paziente, i ricercatori hanno prima utilizzato un sistema di pianificazione del trattamento commerciale per calcolare la dose basata su una matrice di influenza dei contributi della dose di beamlet alle regioni di interesse. Quindi risolvono due problemi di ottimizzazione per generare pesi ottimali dei beamlet che possono essere importati nuovamente nel TPS.
Il primo problema di ottimizzazione massimizza l’utilità complessiva del piano soggetto ai tipici vincoli di dose clinica, ottimizzando il compromesso tra efficacia e tossicità sulla base di modelli dose-risposta individualizzati. Il secondo minimizza gli obiettivi convenzionali basati sulla dose, soggetti agli stessi vincoli di dose del primo, pur mantenendo l'utilità ottimale determinata dalla prima ottimizzazione.
Per tutti e cinque i pazienti, l’approccio PUO ha generato con successo pesi ottimali dei fasci che hanno massimizzato l’utilità pur rimanendo entro i vincoli basati sulla dose. Per lo studio, i ricercatori hanno confrontato questi piani PUO IMRT con i piani di radioterapia conformazionale (CRT) 3D forniti clinicamente e con i piani IMRT di ottimizzazione della sola dose (DOO) generati retrospettivamente e con i piani di terapia con arco modulato volumetrico (VMAT).
Rispetto ai piani 3DCRT, VMAT e DOO IMRT, il metodo PUO ha migliorato l’utilità del piano in media rispettivamente del 40%, 32% e 31%. I piani PUO hanno dimostrato un miglioramento medio del 17% nel controllo locale con una tossicità simile alla pianificazione convenzionale.
Come anticipato, l’entità dei benefici derivanti dai piani PUO IMRT differiva tra i pazienti. Polan riferisce che per un paziente, il PUO ha comportato un miglioramento dell'utilità del 70% rispetto al DOO convenzionale. "Ciò corrisponde a un miglioramento assoluto del 32% nella probabilità prevista di sopravvivenza libera da progressione, mentre aumenta solo del 2% la probabilità prevista di tossicità polmonare indotta da radiazioni", afferma. “Questo sostanziale compromesso ha il potenziale per migliorare notevolmente la sopravvivenza alla malattia, riducendo al minimo l’impatto sulla qualità della vita post-trattamento del paziente”.
Per un altro paziente che aveva un tumore di grandi dimensioni, tuttavia, i miglioramenti sono stati minimi. Polan spiega che per i tumori più grandi, la pianificazione del trattamento diventa in genere più vincolata a causa dell'aumento dei requisiti di dose integrale e della ridotta capacità di evitare il confine con i tessuti normali.
Il framework AI utilizza immagini mediche per personalizzare la dose di radioterapia
Il team sottolinea che il metodo PUO fornisce un modo quantitativo per determinare quali pazienti possono trarre beneficio dall’aumento o dalla ridistribuzione della dose, sulla base di fattori clinici e biomarcatori specifici del paziente, tenendo conto anche della geometria del paziente e dei limiti di dose OAR.
I ricercatori stanno attualmente conducendo studi retrospettivi su larga scala con l’obiettivo di sviluppare uno studio clinico prospettico che utilizzi la strategia di pianificazione del trattamento PUO. La loro ricerca è incentrata sull'integrazione dei dati dei pazienti e delle previsioni personalizzate dei risultati direttamente nella pianificazione della radioterapia, con un focus attuale sui tumori del fegato, dei polmoni e della testa e del collo, dove il bilanciamento degli effetti positivi e negativi della radioterapia potrebbe avere un impatto significativo sulla qualità complessiva della radioterapia del paziente. -vita.
