입자 요법(양성자 또는 더 무거운 이온 빔을 사용하는 암 치료)은 기존의 광자 기반 방사선 요법보다 고도로 등각적인 선량을 전달하고 정상 조직을 더 많이 보존합니다. 그러나 장기간 암 생존자의 경우 방사선 유발 이차암(SC)의 위험이 중요하므로 치료 방식을 선택할 때 이를 고려해야 합니다.
양성자 및 탄소이온 치료와 같은 새로운 치료법에 대한 역학 데이터가 부족한 상황에서 한 팀이 중이온 연구를 위한 GSI Helmholtz 센터 입자 치료 양식 간의 SC 위험을 비교하는 모델을 개발하고 있습니다. 설명된 모델 안토니아 후프나글 그리고 동료 의학 물리, 궁극적으로 SC 위험을 추가 최적화 기준으로 포함하도록 치료 계획 시스템에 통합될 수 있습니다.
치명적 대 발암성 사건
SC 위험 모델은 일반적으로 세포 사멸(암 억제로 이어짐)과 세포 변형(결국 암으로 이어지는 돌연변이 유도) 사이의 균형을 고려하여 작동합니다. 조사된 부피에서 암이 발생할 확률은 세포 생존과 전달된 광자 선량 사이의 간단한 관계를 제공하는 선형-XNUMX차(LQ) 모델을 사용하여 정의됩니다.
본 연구에서 연구진은 국소 효과 모델(LEM)을 사용하여 입자 치료 후 SC 유도의 상대적 생물학적 효과(RBE)를 예측했습니다. 입자 방사선의 증가된 RBE를 설명하기 위해 그들은 위험 모델의 광자 LQ 매개변수를 LEM에 의해 예측된 이온빔 LQ 매개변수로 대체했습니다. 그들의 접근 방식의 주요 특징은 세포 사멸과 암 유도 측면에서 LEM을 사용한다는 것입니다.
"LEM의 이중 사용은 SC 발달을 결정하는 두 가지 주요 프로세스, 즉 세포 변형과 세포 사멸 간의 경쟁을 반영합니다."라고 수석 저자는 설명합니다. 마이클 숄츠. “용량 및/또는 효과가 증가하면 세포 사멸은 형질전환된 세포의 생존 가능성을 억제할 수 있습니다. 이는 복잡한 상호 작용으로 이어지며, 이는 한 단계 절차로는 간단히 반영할 수 없습니다.”
어떤 요인이 SC 위험에 영향을 미치는지 조사하기 위해 연구원들은 TPS TRiP98 계획 시스템을 사용하여 이상적인 기하학을 기반으로 생물학적으로 최적화된 탄소 이온 및 양성자 치료 계획을 생성했습니다. 이 계획은 단일 입자 빔 또는 두 개의 반대 광선으로 4x4x4cm 크기의 표적을 조사했으며 표적 앞에 4x4x1cm 크기의 OAR(위험 기관)이 있습니다. LEM의 입력으로 사용된 광자 LQ 매개변수의 불확실성으로 인해 그들은 개별 위험 값이 아닌 양성자-탄소 이온 위험 비율을 추정했습니다.
이러한 이상화된 설정에 대해 모델은 양성자나 탄소 이온에 대한 명확한 선호를 나타내지 않았지만 다양한 매개변수에 대한 복잡한 의존성을 나타냈습니다. 탄소 이온의 측면 산란이 감소하면 입구 채널의 양성자보다 SC 위험이 낮아집니다. 그러나 탄소 이온은 단편화 꼬리로 인해 표적 뒤에 더 높은 선량을 침착시켜 탄소 이온 조사 후 종양 뒤의 OAR에 대한 SC 위험을 증가시킵니다.
단일 빔 계획의 경우 전체 SC 위험은 양성자보다 탄소 이온의 경우 약 1.5배 더 높았습니다. 두 개의 반대 빔을 사용하면 전체 SC 위험은 양성자의 경우 1.16배 더 높았지만 이는 목표 볼륨에 대해 가정된 민감한 볼륨의 공간 위치에 따라 크게 달라졌습니다.
조직의 방사선 민감성(광자에 대한)은 SC 위험 비율에 큰 영향을 미쳤으며, 방사선 저항성 OAR은 탄소 이온 처리의 이점을 얻었고 양성자 빔의 민감한 OAR은 이점을 얻었습니다. 대조적으로, 분류 체계는 예상 위험 값에 거의 영향을 미치지 않았습니다.
환자 기하학
임상 시나리오를 조사하기 위해 Scholz와 동료들은 이전에 Karolinska 대학 병원에서 광자 방사선 요법으로 치료를 받은 전립선암 환자 10명의 SC 위험을 추정했습니다. 그들은 두 개의 측면 대향 스캔 양성자 및 탄소 이온장을 사용하여 환자에 대한 치료 계획을 세웠습니다.
이전에 보았듯이 탄소 이온의 단편화 꼬리로 인해 표적 뒤에 넓은 저선량 영역이 생겼습니다. 그러나 고선량 목표 지역은 양성자 계획보다 탄소 이온에 대해 더 등각적이었습니다.
연구팀은 10명의 환자를 대상으로 1.19가지 OAR(방광, 직장, 뼈, 피부)에 대한 양성자-탄소 이온 SC 위험 비율을 계산했습니다. 뼈와 피부의 경우 양성자 계획은 탄소 이온 계획보다 SC 위험이 약간 높았으며 뼈와 피부의 중앙 위험 비율은 각각 1.06와 0.68이었습니다. 그러나 방광과 직장의 경우 양성자 계획은 방광과 직장의 위험 비율이 각각 0.49과 XNUMX로 SC 위험을 상당히 낮추었습니다.
연구자들은 이 모델을 통해 얻은 통찰력이 향후 치료법을 최적화하는 데 도움이 될 수 있다고 결론지었습니다. 현재 상대 위험 모델링은 다양한 환자 집단에 대한 다양한 치료 시나리오를 비교하기 위한 도구로 주로 적합합니다. 그러나 Scholz는 그러한 모델을 개별 환자를 위한 치료 계획에 통합하는 것이 간단할 것이라고 지적합니다.
탄소 이온 그리드 요법은 건강한 조직을 보호합니다
"세포 사멸과 세포 변형 과정을 각각 나타내는 두 가지 다른 생물학적 매개 변수 세트를 사용하여 주어진 선량 분포에 대한 계획을 실행하면 됩니다."라고 그는 설명합니다. "그런 다음 표준 수학적 도구를 사용하여 결과 3D 효과 분포를 일부 후처리하면 해당 위험 비율 분포를 도출할 수 있습니다."
다음 단계는 임상 데이터와 비교하여 모델을 검증하는 것이라고 그는 말합니다. "현재 이러한 데이터가 부족하기 때문에 광자 처리도 포함하도록 접근 방식을 확장하고 양성자 대 광자, 탄소 이온 대 광자의 해당 위험 비율을 결정하는 것이 중요한 다음 단계가 될 것입니다."라고 Scholz는 말합니다. 물리 세계.
