患者固有のリッジフィルターにより、コンフォーマル FLASH 陽子線治療が可能になります

体幹部定位放射線療法 (SBRT) は、従来の放射線療法よりも少ない線量で高線量の放射線を照射する精密がん治療です。 SBRT は優れた局所腫瘍制御を提供できますが、一部の腫瘍部位では、近くの危険臓器 (OAR) を許容できない照射レベルにさらすリスクがあります。 陽子ベースの SBRT は、より優れた OAR スペアリングを提供しますが、臨床適用性を制限する可能性のある治療マージンが必要です。

放射線が超高線量率で照射される FLASH 放射線療法は、OAR のさらなる節約を可能にする可能性があります。 その可能性を調査するために、研究チームは エモリー大学 FLASH放射線療法の要求を満たすために、陽子線治療の送達を最適化するためのフレームワークを開発しています。

最新の陽子線治療システムのほとんどは、患者を通過する高エネルギー透過ビームを使用してフラッシュ線量率を達成し、その経路全体に線量を蓄積できます。 ただし、このアプローチでは、陽子線治療の主な利点である、広がりのあるブラッグ ピークで線量を送達する能力が失われます。 FLASH線量率での等角性を改善するには、 ルイルイ・リュウ と同僚は、患者固有のリッジフィルターが、従来の強度変調陽子線治療 (IMPT) と同様の線量分布を提供できることを提案しています。

FLASH治療の場合、線量、線量平均線量率（DADR）および線量平均線形エネルギー伝達（LET）_d）すべてが生物学的反応に影響を与えます。 したがって、研究者は、これら XNUMX つのパラメーターを同時に最適化して、患者の治療計画における OAR の節約を最大化する、統合された物理的最適化 (IPO) フレームワークを開発しました。 で説明されているフレームワーク 放射線腫瘍学、生物学、物理学の国際ジャーナル、IPO-IMPT 目的関数を使用して、患者固有のリッジ フィルターとプロトン スポット マップの設計のための複数のソリューションを提供します。

範囲補償器と組み合わせて使用​​されるリッジ フィルターは、250 MeV ビームからのブラッグ ピークを広げてビーム固有の計画ターゲット ボリュームをカバーするジグラット形のピンの配列で構成されます。 チームは、逆計画ソフトウェアを開発して、患者固有のフィルターのピン位置を定義し、Geant4 ベースのモンテカルロ シミュレーションを使用して、線量と LET 影響行列を提供しました。

患者計画

IPO-IMPT フレームワークを実証するために、研究者は 50 人の肺がん患者の治療計画を作成しました。 彼らは、臨床目標体積に対して 10 Gy (62.5 回の XNUMX Gy 分割) の線量を処方し、最大ホットスポット線量は XNUMX Gy でした。 どのパラメータが優先されるかに応じて、計画は FLASH カバレッジの増加および/または LET の削減を目指しています。_d、目標用量を維持しながら。

心臓に近い中央肺腫瘍を有する患者 1 の場合、OAR は心臓と肺でした。 この場合、研究者はLETを削減することを目的として、単一ビームのIPO-IMPT計画を作成しました。_d ターゲットのカバレッジを維持しながら心に。 IPO-IMPT プランはこの目標を達成し、従来の IMPT プランと同様のターゲット カバレッジを示しましたが、LET を大幅に削減しました。_d 心に。

患者 2 は右下葉に転移性腫瘍があり、患者 3 は分岐部下リンパ節に腫瘍がありました。 これらのケースでは、食道も OAR であり、重要な目標は食道温存でした。 IPO-IMPT と IMPT の両方で、食道評価ボリュームのほぼ 100% が 40 Gy/秒の FLASH 閾値を満たしました。患者 2 では、IPO-IMPT は LET をわずかに減少させました。_d 心臓と食道を保護し、心臓の FLASH 範囲を拡大しました。

まばらなピン設計

IPO-IMPT フレームワークを使用して設計された通常のリッジ フィルターは、LET を減らし、FLASH カバレッジを増やすことで、OAR を選択的に回避しました。 ただし、一部のピンが省略されているスパース リッジ フィルターは、OAR スペアリングをさらに増やす可能性を提供します。 特定の位置でフィルター ピンを削除すると、より高いプロトン フラックスが提供されますが、残りのピンは適切なターゲット カバレッジを提供します。

患者 1 の場合、研究者はスパース リッジ フィルターと複数のビームを使用して IPO-IMPT 計画を作成しました。 通常のリッジ フィルターを使用した IMPT 計画との比較では、両方の場合、腫瘍の範囲が維持され、ホットスポットが適切に制御されていることが示されました。 ただし、スパース リッジ フィルターは、FLASH 線量率を受け取る OAR ボリュームを、心臓および肺の評価ボリュームでそれぞれ 31% および 50% 増加させました。

スパース リッジ フィルターは、IPO-IMPT フレームワークの可能性を最大限に引き出す柔軟性を提供します。 たとえば、ピンの除去レベルは、個々の患者のケースに合わせて調整できます。 50% のピン除去閾値は、患者 1 の大きな腫瘍に対して妥当な結果をもたらしましたが、30% の閾値は、患者 2 および 3 のより小さな標的にとっては適切な出発点でした。患者 XNUMX および XNUMX では、スパース リッジ フィルターに基づく計画により、腫瘍を維持しながら食道の DADR が増加しました。カバレッジ。

最後に、リッジ フィルター アセンブリ (フィルター ピンとコンペンセータ) が予測された線量を提供できることを確認するために、研究者は患者固有のリッジ フィルターを 3D プリントしました。 彼らは、均一な目標線量を提供するように設計された治療計画を提供し、電離箱アレイを使用して線量測定を実行しました。 総ガンマ線合格率は絶対線量で 92.9% であり、これは標準的な患者合格基準の 90% を超えており、アセンブリが臨床的に許容される線量分布を提供できることを示しています。

NPL が FLASH 陽子ビームの絶対線量測定を導入

「この概念実証研究は、線量、DADR、およびLETを考慮して、IPO-IMPTフレームワークを使用してFLASH定位体陽子線治療を達成することの実現可能性を示しています_d 同時に」と研究者は結論付けています。 「この新しい方法は、前臨床および臨床研究のための FLASH レートでのコンフォーマル陽子場の送達を容易にします。」

先輩 リヨン・リン 伝える 物理学の世界 チームは、そのようなアプリケーション用のソフトウェアをさらに開発したいと考えています。 「エモリーの技術移転局は、スタートアップ企業である放射線治療生物学的最適化 (RBO) ソリューションの設立を奨励してくれました」と Lin 氏は説明します。 「RBOは、国立衛生研究所の申請者支援プログラムによって承認され、41月5日までに中小企業の技術移転R41助成金を国立がん研究所に提出します。最大の粒子療法ベンダーであるIBAとIBAの線量測定部門は、RBOのRXNUMX助成金提案を承認します。 」

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/patient-specific-ridge-filters-enable-conformal-flash-proton-therapy/