שיעורי המינון האולטרה-גבוהים המשמשים בהקרנות FLASH עשויים להגדיל את החלון הטיפולי על-ידי הגנה על רקמות תקינות מפני נזקי קרינה. חלק מהחוקרים מאמינים כי קרני פרוטונים מסוג FLASH עשויות להיות זמינות גם עם קרני פרוטונים מואצות ציקלוטרון. אבל כאשר FLASH משולב עם הסוג המתקדם ביותר של טיפול פרוטונים, סריקת קרן עיפרון לרוחב (PBS), עצם משלוחי הפרוטונים של PBS המשמשים לטיפול בסרטן מורכב עם דיוק שאין שני לו משפיעים גם על שיעורי המינון המקומיים הקריטיים להשגת אפקט FLASH.
חוקרים ב המרכז הרפואי של אוניברסיטת ארסמוס, מכון סופריור טיקניקו ו HollandPTC קבעו לתת את הדעת על השונות המקומיות בקצב המינון הנובעות ממתן פרוטונים PBS. המחקר האחרון שלהם, דווח ב כתב העת הבינלאומי של קרינה אונקולוגיה פיזיקה ביולוגיה, ממקסם את כיסוי ה-FLASH על ידי אופטימיזציה של דפוס סריקת PBS עם מדדים מבוססי ווקס.
"ניסינו לייעל את FLASH באמצעות אופטימיזציה של קצב המינון, מבלי לפגוע באיכות התוכנית מבחינת מינון הקרינה", אומר המחבר הראשי רודריגו חוסה סנטו. "ניסינו להקים צינור שימטב באופן עקבי את כיסוי ה-FLASH עבור צורות וגדלים שונים של גידולים, מבלי לבצע אופטימיזציה מחדש של תכנית הטיפול ולהתייחס ל-FLASH כאפקט מקומי התלוי בדפוס העברת קרן העיפרון."
התוצאה: אופטימיזציה של תכניות הטיפול ב-FLASH לטיפול בפרוטונים מבלי להתפשר על קצב המינון.
PBS כאיש מכירות נודד
בעיית המוכר הנוסע מעלה את השאלה הבאה: "בהינתן רשימת ערים והמרחקים בין כל זוג ערים, מהו המסלול הקצר ביותר האפשרי שמבקר בכל עיר בדיוק פעם אחת וחוזר לעיר המוצא?"
בעיה זו, שנחקרה זמן רב על ידי חוקרי אופטימיזציה שילובית, היא ברומטר לאלגוריתמים גנטיים המשמשים במדעי המחשב ובמחקר תפעול. חוסה סנטו, שכיום הוא דוקטורנט ב-UMC אוטרכט, אך היה סטודנט לתואר שני כאשר העבודה בוצעה, הבין שניתן להשתמש באלגוריתמים גנטיים כדי לפתור את הבעיה שלו - אופטימיזציה של הסדר שבו מוקרנות קרני עיפרון פרוטונים כדי למקסם את כיסוי ה-FLASH .
הגישה המתקבלת של החוקרים משתמשת במדד מבוסס ווקס המוגדר על ידי ספי מינון קבועים כדי לקבוע מתי ההקרנה של אותו ווקסל מתחילה ומסתיימת. האלגוריתם מעריך את קצב המינון עבור כל אלומת עיפרון בנפרד ומניח ש-FLASH הוא אפקט מקומי ושזמן ההקרנה הכולל הוא פרמטר FLASH קריטי.
האלגוריתם מופעל על פתרונות שונים במקביל, אם כי מדי פעם הוא חולק מידע ביניהם. המרחק הממוצע בין קורות העיפרון נכלל כפונקציית עלות כדי למזער את המרחק הכולל שנסע במישור לרוחב כיוון האלומה. האלגוריתם מיושם ברצף לאחר אופטימיזציה של מיקומי אלומת העיפרון והמשקולות ומבלי לפגוע באיכות התוכנית מבחינת המינון הנקלט (נומינלי).
החוקרים בדקו את האלגוריתם שלהם על תוכניות טיפול באמצעות קרני עיפרון פרוטונים שידור עבור 20 חולים עם סרטן ריאות בשלב מוקדם וגרורות ריאות. (נגעי ריאות הם אתרים אידיאליים ל-FLASH, אומרים החוקרים - הטיפולים הנוכחיים של פרוטונים FLASH כוללים קרני אנרגיה גבוהות שעוברות דרך המטופל ולא קרני בראג-פיק הרתומות לטיפול פרוטונים קונבנציונלי.)
כיסוי ה-FLASH החציוני השתפר מ-6.9% עבור דפוסי סריקה סטנדרטיים של שורה אחר שורה ל-29% עם אופטימיזציה של PBS. החוקרים הבחינו שלתוכניות המותאמות ל-PBS יש מראה דמוי סחרור. חלון ה-FLASH השתנה רק במעט עבור זרמי אלומה שונים באופן שולי.
טיפול פרוטונים ב-FLASH: חשיפת טכניקת הלידה האופטימלית
מכיוון שקבוצות מחקר אחרות פועלות בעיקר למיטוב FLASH ברמת תכנון הטיפול, החוקרים אומרים שזה מאתגר להשוות את התוצאות המותאמות ל-PBS שלהם למחקרי טיפול פרוטונים אחרים ב-FLASH - למיטב ידיעתם, מחקר זה הוא הראשון לבצע קרן עיפרון אופטימיזציה של דפוס מסירה לטיפול בפרוטונים ב-FLASH. כעת הם מתמקדים באופטימיזציה של אספקת PBS עבור יעדים גדולים יותר ובשילוב אופטימיזציה של קצב המינון בצינור האופטימיזציה הקיים של המינון שלהם.
"טיפול בקרינה עדיין משופר ללא הרף, ואפקט ה-FLASH הוא דרך מבטיחה לתוצאות טיפול טובות יותר עבור מטופלים. טיפול פרוטונים, בשילוב עם אלגוריתמי אופטימיזציה כמו זה שפיתחנו, הוא צעד חשוב לקראת השגת בדיוק את זה", אומר חוסה סנטו. "כתב היד שלנו מדגיש שיש הרבה מקום לאופטימיזציה נוספת של טיפול פרוטונים ב-FLASH כשיטת טיפול, אפילו עם חומרת קרן קיימת."
