등각 FLASH 양성자 치료를 가능하게 하는 환자별 릿지 필터

정위 체부 방사선 요법(SBRT)은 기존의 방사선 요법보다 더 적은 양의 더 높은 선량의 방사선을 전달하는 정밀 암 치료법입니다. SBRT는 우수한 국소 종양 제어를 제공할 수 있지만 일부 종양 위치의 경우 근처의 위험 장기(OAR)를 허용할 수 없는 수준의 방사선에 노출시킬 위험이 있습니다. 양성자 기반 SBRT는 더 나은 OAR 스페어링을 제공하지만 여전히 임상 적용 가능성을 제한할 수 있는 일부 치료 마진이 필요합니다.

방사선이 초고 선량률로 전달되는 FLASH 방사선 요법은 OAR의 추가 절약을 가능하게 할 수 있습니다. 그 잠재력을 조사하기 위해 연구팀은 에 모리 대학 FLASH 방사선 요법의 요구 사항을 충족하기 위해 양성자 치료 전달을 최적화하기 위한 프레임워크를 개발하고 있습니다.

대부분의 최신 양성자 치료 시스템은 환자를 통과하는 고에너지 전송 빔을 사용하여 경로 전체에 선량을 축적함으로써 FLASH 선량률을 달성할 수 있습니다. 그러나 이 접근법은 양성자 치료의 주요 이점인 확산된 브래그 피크에서 선량을 전달할 수 있는 능력을 제거합니다. FLASH 선량률에서 등각성을 개선하기 위해 루이루이 리우 그리고 동료들은 환자별 릿지 필터가 기존의 강도 변조 양성자 치료(IMPT)와 유사한 선량 분포를 제공할 수 있다고 제안합니다.

FLASH 치료의 경우 선량, 선량 평균 선량률(DADR) 및 선량 평균 선형 에너지 전달(LET)_d) 모두 생물학적 반응에 영향을 미칩니다. 따라서 연구자들은 환자의 치료 계획에서 OAR 절약을 최대화하기 위해 이 세 가지 매개변수를 동시에 최적화하는 통합 물리적 최적화(IPO) 프레임워크를 개발했습니다. 에 설명된 프레임워크 국제 방사선 종양학, 생물학, 물리학 저널, IPO-IMPT 목적 함수를 사용하여 환자별 릿지 필터 및 양성자 스팟 맵 설계를 위한 여러 솔루션을 제공합니다.

범위 보정기와 함께 사용되는 릿지 필터는 250MeV 빔에서 브래그 피크를 확산시켜 빔별 계획 대상 볼륨을 덮는 지구라트 모양의 핀 배열로 구성됩니다. 팀은 환자별 필터의 핀 위치를 정의하기 위해 역 계획 소프트웨어를 개발했으며 Geant4 기반 Monte Carlo 시뮬레이션을 사용하여 선량 및 LET 영향 매트릭스를 제공했습니다.

환자 플랜

IPO-IMPT 프레임워크를 입증하기 위해 연구원들은 세 명의 폐암 환자를 위한 치료 계획을 개발했습니다. 그들은 50Gy의 최대 핫스팟 선량으로 임상 목표 체적에 10Gy(62.5개의 XNUMXGy 분수) 선량을 처방했습니다. 우선 순위가 지정된 매개변수에 따라 계획은 FLASH 적용 범위를 늘리거나 LET를 줄이는 것을 목표로 합니다._d, 목표 선량을 유지하면서.

심장 가까이에 중앙 폐 종양이 있는 환자 1의 경우 OAR은 심장과 폐였습니다. 이 경우 연구원들은 LET를 줄이기 위해 단일 빔 IPO-IMPT 계획을 생성했습니다._d 목표 범위를 유지하면서 심장에. IPO-IMPT 계획은 이 목표를 달성하여 기존 IMPT 계획과 유사한 목표 범위를 나타내지만 LET를 현저하게 줄였습니다._d 마음에.

환자 2는 우하엽에 전이성 종양이 있었고 환자 3은 용골하부 림프절에 종양이 있었습니다. 이 경우 식도도 OAR이었고 주요 목표는 식도 보존이었습니다. IPO-IMPT 및 IMPT 모두 식도 평가 용적의 거의 100%가 40Gy/s FLASH 임계값을 충족했습니다. 환자 2의 경우 IPO-IMPT는 LET를 약간 감소시켰습니다._d 심장과 식도에 대한 확장 및 심장에 대한 FLASH 적용 범위 증가.

스파스 핀 설계

IPO-IMPT 프레임워크를 사용하여 설계된 일반 릿지 필터는 LET를 줄이고 FLASH 적용 범위를 늘려 OAR을 선택적으로 절약했습니다. 그러나 일부 핀이 생략된 스파스 릿지 필터는 OAR 스페어링을 더욱 증가시킬 수 있는 가능성을 제공합니다. 특정 위치에서 필터 핀을 제거하면 더 높은 양성자 플럭스를 제공하는 반면 나머지 핀은 여전히 ​​적절한 대상 범위를 제공합니다.

환자 1의 경우 연구원들은 희박한 릿지 필터와 다중 빔을 사용하여 IPO-IMPT 계획을 생성했습니다. 일반 릿지 필터를 사용하는 IMPT 계획과 비교한 결과 종양 범위가 유지되고 핫스팟이 잘 제어되는 것으로 나타났습니다. 그러나 스파스 릿지 필터는 FLASH 선량률을 받는 OAR 부피를 심장 및 폐 평가 부피에 대해 각각 31% 및 50% 증가시켰습니다.

스파스 릿지 필터는 IPO-IMPT 프레임워크의 잠재력을 최대한 실현할 수 있는 유연성을 제공합니다. 예를 들어, 핀 제거 수준은 개별 환자 사례에 맞게 조정할 수 있습니다. 50% 핀 제거 임계값은 환자 1의 큰 종양에 대해 합리적인 결과를 제공한 반면, 30% 임계값은 환자 2와 3의 더 작은 대상에 대해 좋은 출발점이었습니다. 적용 범위.

마지막으로 릿지 필터 어셈블리(필터 핀 및 보상기)가 예측된 선량을 전달할 수 있는지 확인하기 위해 연구자들은 환자별 릿지 필터를 3D로 인쇄했습니다. 그들은 균일한 목표 선량을 제공하도록 설계된 치료 계획을 제공하고 이온화 챔버 어레이로 선량 측정을 수행했습니다. 총 감마 통과율은 절대 선량에 대해 92.9%였으며, 이는 90%의 표준 환자 통과 기준을 초과하고 어셈블리가 임상적으로 허용 가능한 선량 분포를 전달할 수 있음을 보여줍니다.

NPL, FLASH 양성자 빔에 대한 절대 선량 측정법 도입

"이 개념 증명 연구는 선량, DADR 및 LET를 설명하는 FLASH 정위 신체 양성자 치료를 수행하기 위해 IPO-IMPT 프레임워크를 사용할 가능성을 보여줍니다._d 동시에”라고 연구원들은 결론지었습니다. "이 새로운 방법은 전임상 및 임상 연구를 위해 FLASH 속도로 등각 양성자 장의 전달을 용이하게 할 것입니다."

수석 저자 린 리용 말하다 물리 세계 팀은 이러한 응용 프로그램을 위한 소프트웨어를 추가로 개발하기를 희망합니다. "Emory의 기술 이전 사무소는 RBO(Radiotherapy Biological Optimization) 솔루션이라는 스타트업 회사를 설립하도록 격려했습니다."라고 Lin은 설명합니다. “RBO는 41월 5일까지 National Cancer Institute에 소기업 기술 이전 R41 보조금을 제출하기 위해 National Institutes of Health의 신청자 지원 프로그램에 의해 승인되었습니다. IBA, 가장 큰 입자 치료 공급업체 및 IBA의 선량 측정 부서는 RBO의 RXNUMX 보조금 제안을 승인할 것입니다. ”

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