מסנני רכס ספציפיים למטופל מאפשרים טיפול פרוטוני FLASH קונפורמי

מסנני רכס ספציפיים למטופל מאפשרים טיפול פרוטוני FLASH קונפורמי

חותמת זמן: 29 במרץ 2023 8:22

אופטימיזציה של אספקת פרוטונים עבור FLASH
אופטימיזציה של פרוטונים עבור FLASH משמאל: עיצוב מסנן רכס דליל. מימין: ההבדל בשיעור המינון הממוצע (DADR) בין מסנן רכס דליל למסנן רכס רגיל. (דרך ארץ: Int. ג'יי רדיאט. אונקול. ביול. פיז. 10.1016/j.ijrobp.2023.01.048)

טיפול בקרינה סטריאוקטית גוף (SBRT) הוא טיפול סרטן מדויק המספק פחות חלקי קרינה במינון גבוה יותר מאשר טיפול בקרינה מסורתית. SBRT יכול לספק בקרת גידול מקומית מצוינת, אך עבור מיקומי גידול מסוימים הוא מסתכן בחשיפת איברים בסיכון (OARs) לרמות קרינה בלתי מקובלות. SBRT מבוסס פרוטונים מספק חסכון טוב יותר ב-OAR, אך עדיין דורש כמה שולי טיפול שעלולים להגביל את הישימות הקלינית שלו.

טיפולי רדיו מסוג FLASH, שבו מועברת קרינה בשיעורי מינון גבוהים במיוחד, עשויה לאפשר חסכון נוסף של OARs. כדי לחקור את הפוטנציאל שלה, צוות מחקר הגיע ל- אוניברסיטת אמורי מפתחת מסגרת לאופטימיזציה של מתן טיפול פרוטונים כדי לענות על הדרישות של FLASH הקרנות.

רוב המערכות המודרניות לטיפול בפרוטונים יכולות להשיג שיעורי מינון FLASH באמצעות אלומת שידור באנרגיה גבוהה שעוברת דרך המטופל, ומפקידה מינון לאורך כל דרכו. עם זאת, גישה זו מבטלת את היתרון העיקרי של טיפול פרוטונים: יכולתו לספק מינון בשיא בראג פרוש. כדי לשפר את ההתאמה בשיעורי מינון FLASH, Ruirui Liu ועמיתיו מציעים שמסנני רכס ספציפיים למטופל יכולים לספק חלוקת מינון דומה לזו של טיפול פרוטונים קונבנציונלי בעוצמה מווסתת (IMPT).

עבור טיפולי FLASH, המינון, שיעור המינון הממוצע (DADR) והעברת האנרגיה ליניארית במינון (LETd) כולם משפיעים על התגובה הביולוגית. לפיכך החוקרים פיתחו מסגרת משולבת של אופטימיזציה פיזית (IPO) המייעלת בו-זמנית את שלושת הפרמטרים הללו כדי למקסם את החסכון ב-OAR בתוכנית הטיפול של המטופל. המסגרת, המתוארת ב כתב העת הבינלאומי לקרינה אונקולוגיה, ביולוגיה, פיזיקה, משתמש בפונקציית המטרה IPO-IMPT כדי לספק פתרונות מרובים לתכנון של מסנני רכס ספציפיים למטופל ומפות ספוט פרוטונים.

מסנני הרכס, המשמשים בשילוב עם מפצה טווח, כוללים מערך של פינים בצורת זיגורט המפיצים את שיא ה-Bragg מקרן של 250 MeV כדי לכסות נפח יעד תכנון ספציפי לקורה. הצוות פיתח תוכנת תכנון הפוך כדי להגדיר את מיקומי הפינים עבור מסנן ספציפי למטופל, והשתמש בסימולציות מונטה קרלו מבוססות Geant4 כדי לספק מטריצות מינון ו-LET השפעה.

צוות מחקר FLASH
צוות מחקר משמאל לימין: Ruirui Liu, Jeffrey Bradley, Liyong Lin, William Dynan, Charles Simone II and Nathan Harrison, מחזיקים בפילטר הרכס. (באדיבות: נתן הריסון)

תוכניות המטופל

כדי להדגים את מסגרת IPO-IMPT, החוקרים פיתחו תוכניות טיפול עבור שלושה חולים עם סרטן ריאות. הם רשמו מינון של 50 Gy (חמישה שברים של 10 Gy) לנפח היעד הקליני, עם מינון נקודה חמה מקסימלית של 62.5 Gy. בהתאם לפרמטר המועדף, התוכניות שואפות להגדיל את כיסוי ה-FLASH ו/או להפחית את LETd, תוך שמירה על מינון היעד.

עבור חולה 1, שהיה לו גידול ריאות מרכזי קרוב ללב, ה-OARs היו הלב והריאה. למקרה זה, החוקרים יצרו תוכנית IPO-IMPT עם קרן אחת במטרה להפחית את LETd ללב תוך שמירה על כיסוי יעד. תוכנית IPO-IMPT עמדה ביעד זה, והציגה כיסוי יעד דומה לתוכנית IMPT קונבנציונלית אך הפחיתה באופן ניכר את LETd אל הלב.

השוואות תוכניות טיפול
ניתוח תוכנית תכניות טיפול למטופל 1 באמצעות מסנן רכס רגיל. (AC) מינון, שיעור מינון ממוצע (DADR) והעברת אנרגיה ליניארית במינון ממוצע (LETd) הפצות עבור IMPT. (DF) מינון, DADR ו-LETd הפצות עבור IPO-IMPT. (דרך ארץ: Int. ג'יי רדיאט. אונקול. ביול. פיז. 10.1016/j.ijrobp.2023.01.048)

לחולה 2 היה גידול גרורתי באונה התחתונה הימנית ולמטופל 3 היה גידול בבלוטת הלימפה התת-קרינלית. במקרים אלה, הוושט היה גם OAR והמטרה העיקרית הייתה חסך בוושט. הן עבור IPO-IMPT והן עבור IMPT, כמעט 100% מנפח הערכת הוושט עמד בסף 40 Gy/s FLASH, עבור מטופל 2, IPO-IMPT ירד מעט ב-LETd ללב ולוושט וכיסוי FLASH מוגבר ללב.

עיצוב סיכות דלילה

מסנני רכס רגילים שתוכננו באמצעות מסגרת IPO-IMPT חסכו באופן סלקטיבי OARs על ידי הפחתת LET והגדלת כיסוי FLASH. עם זאת, מסנני רכס דלילים, שמהם הושמטו כמה פינים, מציעים פוטנציאל להגביר עוד יותר את חסך ה-OAR. הסרת פיני סינון במקומות ספציפיים מספקת שטף פרוטונים גבוה יותר, בעוד הפינים הנותרים עדיין מספקים כיסוי מטרה הולם.

עבור מטופל 1, החוקרים יצרו תוכנית IPO-IMPT עם מסנני רכס דלילים וקורות מרובות. השוואה לתוכנית IMPT באמצעות מסנני רכס רגילים הראתה כי עבור שניהם, כיסוי הגידול נשמר והנקודות החמות נשלטו היטב. מסנני הרכס הדלילים, לעומת זאת, הגדילו את נפח ה-OAR שקיבלו שיעור מינון FLASH ב-31% ו-50%, עבור נפחי הערכת לב וריאות, בהתאמה.

מסנני הרכס הדלילים מספקים גמישות למימוש הפוטנציאל המלא של מסגרת IPO-IMPT. לדוגמה, ניתן להתאים את רמות הסרת הסיכות למקרים בודדים של מטופל. סף של 50% להסרת סיכות סיפק תוצאות סבירות לגידול הגדול של חולה 1, בעוד שסף של 30% היה נקודת התחלה טובה למטרות הקטנות יותר של חולים 2 ו-3, שתכניות המבוססות על מסנן הרכס הדליל שלהם הגדילו את ה-DADR בוושט תוך שמירה על הגידול. כיסוי.

לבסוף, כדי לוודא שמכלול מסנן רכס (סיכות מסנן ומפצה) יכול לספק את המינון החזוי, החוקרים הדפיסו בתלת מימד מסנן רכס ספציפי למטופל. הם העבירו תוכנית טיפול שנועדה לספק מינון יעד אחיד וביצעו מדידות מינון עם מערך תאי יינון. שיעור מעבר הגמא הכולל היה 3% עבור מינונים מוחלטים, אשר עולה על קריטריוני המעבר הסטנדרטיים של המטופל של 92.9% ומוכיח כי המכלול יכול לספק חלוקת מינון מקובלת מבחינה קלינית.

"מחקר הוכחת קונספט זה מדגים את ההיתכנות של שימוש במסגרת IPO-IMPT לביצוע טיפול פרוטוני גוף סטריאוטקטי FLASH, תוך התחשבות במינון, DADR ו-LETd בו זמנית", מסכמים החוקרים. "שיטה חדשנית זו תקל על אספקת שדות פרוטונים קונפורמיים בשיעורי FLASH עבור מחקרים פרה-קליניים וקליניים."

סופר בכיר ליונג לין אומר עולם הפיזיקה שהצוות מקווה להמשיך ולפתח את התוכנה שלו ליישומים כאלה. "המשרד להעברת טכנולוגיה של Emory עודד אותנו להקים חברת סטארט-אפ, Radiotherapy Biological Optimization (RBO) Solutions", מסביר לין. "RBO מקובל על ידי תוכנית הסיוע למבקשים של המכון הלאומי לבריאות להגיש מענק R41 להעברת טכנולוגיה לעסקים קטנים למכון הלאומי לסרטן עד ה-5 באפריל. IBA, הספקית הגדולה ביותר לטיפול בחלקיקים, וחטיבת הדוסימטריה של IBA תאשר את הצעת המענק R41 של RBO. ”

בול זמן:

עוד מ עולם הפיזיקה