FLASH 放射線療法で使用される超高線量率は、正常組織を放射線損傷から保護することにより、治療域を拡大する可能性があります。 一部の研究者は、FLASH 陽子ビームは、市販のサイクロトロン加速陽子ビームでも利用できる可能性があると考えています。 しかし、FLASH を最も先進的なタイプの陽子線治療であるラテラル ペンシル ビーム スキャニング (PBS) と組み合わせると、比類のない精度で複雑ながんを治療するために使用されるまさに PBS 陽子線送達も、FLASH 効果を達成するために重要な局所線量率に影響を与えます。
研究者は エラスムス大学医療センター, インスティトゥートスーペリアテクニコ および オランダPTC PBS陽子送達に起因する線量率の局所的な変動を説明するために着手しました。 彼らの最近の研究は、 国際放射線腫瘍学ジャーナル生物学物理学、ボクセルベースのメトリックで PBS スキャン パターンを最適化することにより、FLASH カバレッジを最大化します。
「放射線量に関して計画の質を損なうことなく、線量率を最適化することで FLASH を最適化しようとしていました」と筆頭著者の Rodrigo José Santo 氏は述べています。 「私たちは、治療計画を再最適化したり、FLASH をペンシルビーム照射パターンに依存する局所効果と見なしたりせずに、さまざまな腫瘍の形状とサイズに対して FLASH カバレッジを一貫して最適化するパイプラインを設定しようとしていました。」
その結果、線量率を損なうことなく FLASH 陽子線治療計画を最適化できます。
巡回セールスマンとしての PBS
巡回セールスマン問題は、次のような問題を提起します:「都市のリストと各都市間の距離が与えられた場合、各都市を XNUMX 回だけ訪れて元の都市に戻る最短ルートはどれですか?」
組み合わせ最適化の研究者によって長い間研究されてきたこの問題は、コンピューター サイエンスやオペレーションズ リサーチで使用される遺伝的アルゴリズムのバロメーターです。 現在 UMC ユトレヒトの博士課程の学生であるが、研究が行われたときは修士課程の学生だった José Santo は、遺伝的アルゴリズムを使用して彼自身の問題を解決できることに気付きました - 陽子ペンシル ビームが照射される順序を最適化して FLASH カバレッジを最大化する.
研究者の結果として得られたアプローチは、固定線量しきい値によって定義されたボクセルベースの測定基準を使用して、そのボクセルの照射がいつ開始および終了するかを決定します。 アルゴリズムは、各ペンシル ビームの線量率を個別に評価し、FLASH は局所的な影響であり、総照射時間は重要な FLASH パラメータであると想定します。
アルゴリズムは異なるソリューションで並行して実行されますが、それらの間で情報を共有することもあります。 ペンシル ビーム間の平均距離は、ビーム方向に対して横方向の平面内を移動する合計距離を最小化するためのコスト関数として含まれています。 このアルゴリズムは、ペンシルビームの位置と重みが最適化された後、（公称）吸収線量に関して計画の質を損なうことなく、順次適用されます。
研究者らは、初期段階の肺がんと肺転移を有する 20 人の患者に対して、透過陽子ペンシル ビームを使用した治療計画でアルゴリズムをテストしました。 （肺病変は FLASH の理想的な部位であると研究者は述べています。現在の FLASH 陽子線治療では、従来の陽子線治療で利用されるブラッグ ピーク ビームではなく、患者を通過する高エネルギー ビームが使用されます。）
FLASH カバレッジの中央値は、標準的なラインごとのスキャン パターンの 6.9% から、PBS 最適化により 29% に改善されました。 研究者は、PBS で最適化された計画が渦巻きのような外観を持っていることを観察しました。 FLASH ウィンドウは、わずかに異なるビーム電流に対してわずかにしか変化しませんでした。
FLASH 陽子線治療: 最適な送達技術の解明
他の研究グループは主に治療計画レベルで FLASH を最適化するために取り組んでいるため、研究者らは、PBS で最適化された結果を他の FLASH 陽子線治療研究と比較することは難しいと述べています。 FLASH 陽子線治療の送達パターンの最適化。 彼らは現在、より大きな標的に対する PBS 送達の最適化と、線量率の最適化を既存の線量最適化パイプラインに統合することに注力しています。
「放射線治療は現在も継続的に改善されており、FLASH 効果は患者にとってより良い治療結果への有望な道です。 私たちが開発したような最適化アルゴリズムと組み合わせた陽子線治療は、まさにそれを達成するための重要なステップです」と José Santo 氏は言います。 「私たちの原稿は、現在のビーム ハードウェアであっても、治療法としての FLASH 陽子線治療をさらに最適化する余地がたくさんあることを強調しています。」
