Ultrawysokie dawki stosowane w radioterapii FLASH mogą zwiększyć okno terapeutyczne, chroniąc normalne tkanki przed uszkodzeniem popromiennym. Niektórzy badacze uważają, że wiązki protonów FLASH mogą być również dostępne w połączeniu z dostępnymi na rynku wiązkami protonów przyspieszanymi cyklotronem. Kiedy jednak metodę FLASH połączy się z najbardziej zaawansowanym typem terapii protonowej, skanowaniem wiązką ołówkową (PBS), same dostawy protonów PBS stosowane w leczeniu złożonych nowotworów z niezrównaną precyzją wpływają również na lokalne dawki kluczowe dla osiągnięcia efektu FLASH.
Naukowcy z Centrum Medyczne Uniwersytetu Erasmusa, Instytut Superior Technico i HolandiaPTC określono tak, aby uwzględnić lokalne różnice w mocy dawki wynikające z dostarczania protonów PBS. Ich ostatnie badanie, opublikowane w International Journal of Radiation Oncology Biology Physicsmaksymalizuje zasięg FLASH poprzez optymalizację wzorca skanowania PBS za pomocą wskaźników opartych na wokselach.
„Próbowaliśmy zoptymalizować FLASH poprzez optymalizację mocy dawki, bez uszczerbku dla jakości planu pod względem dawki promieniowania” – mówi główny autor Rodrigo José Santo. „Próbowaliśmy opracować plan, który konsekwentnie optymalizowałby zasięg FLASH dla różnych kształtów i rozmiarów guzów, bez konieczności ponownej optymalizacji planu leczenia i uwzględnienia FLASH jako efektu lokalnego zależnego od wzorca dostarczania wiązki ołówkowej”.
Wynik: optymalizacja planów leczenia terapią protonową FLASH bez uszczerbku dla dawki.
PBS jako sprzedawca podróżujący
Problem komiwojażera stawia następujące pytanie: „Biorąc pod uwagę listę miast i odległości między każdą parą miast, jaka jest najkrótsza możliwa trasa, która odwiedza każde miasto dokładnie raz i wraca do miasta początkowego?”
Problem ten, od dawna badany przez badaczy optymalizacji kombinacyjnej, jest barometrem dla algorytmów genetycznych stosowanych w informatyce i badaniach operacyjnych. José Santo, który obecnie jest doktorantem na UMC w Utrechcie, ale w momencie wykonywania pracy był studentem studiów magisterskich, zdał sobie sprawę, że algorytmy genetyczne można wykorzystać do rozwiązania jego własnego problemu – optymalizacji kolejności napromieniania wiązek protonów w celu maksymalizacji zasięgu FLASH .
Opracowane przez badaczy podejście wykorzystuje metrykę opartą na wokselach, zdefiniowaną za pomocą ustalonych progów dawki, w celu określenia, kiedy rozpoczyna się i kończy napromienianie tego woksela. Algorytm ocenia moc dawki dla każdej wiązki ołówkowej osobno i zakłada, że FLASH jest efektem lokalnym, a całkowity czas naświetlania jest krytycznym parametrem FLASH.
Algorytm działa równolegle na różnych rozwiązaniach, choć czasami wymienia między nimi informacje. Średnia odległość pomiędzy wiązkami ołówkowymi jest uwzględniana jako funkcja kosztu, aby zminimalizować całkowitą odległość przebytą w płaszczyźnie poprzecznej do kierunku wiązki. Algorytm jest stosowany sekwencyjnie po optymalizacji położenia belek ołówkowych i ciężarów, bez pogorszenia jakości planu pod względem (nominalnej) pochłoniętej dawki.
Naukowcy przetestowali swój algorytm na planach leczenia z wykorzystaniem transmisyjnych wiązek protonowych dla 20 pacjentów z wczesnym stadium raka płuc i przerzutami do płuc. (Zmiany w płucach są idealnym miejscem dla metody FLASH, twierdzą naukowcy – obecne metody leczenia protonowego metodą FLASH wykorzystują wiązki wysokoenergetyczne przechodzące przez pacjenta, a nie wiązki szczytowe Bragga stosowane w konwencjonalnej terapii protonowej).
Mediana pokrycia FLASH poprawiła się z 6.9% w przypadku standardowych wzorców skanowania linia po linii do 29% przy optymalizacji PBS. Naukowcy zaobserwowali, że plany zoptymalizowane pod kątem PBS mają wygląd przypominający okółek. Okno FLASH zmieniło się tylko nieznacznie dla minimalnie różnych prądów wiązki.
Terapia protonowa FLASH: odkrywanie optymalnej techniki dostarczania
Ponieważ inne grupy badawcze pracują głównie nad optymalizacją FLASH na poziomie planowania leczenia, naukowcy twierdzą, że porównanie ich własnych wyników zoptymalizowanych pod kątem PBS z innymi badaniami nad terapią protonową FLASH – według ich wiedzy, to badanie jest pierwszym, w którym wykonano wiązkę ołówkową optymalizacja wzorca dostarczania dla terapii protonowej FLASH. Obecnie skupiają się na optymalizacji dostarczania PBS dla większych celów i integracji optymalizacji mocy dawki z istniejącym procesem optymalizacji dawki.
„Radioterapia jest w dalszym ciągu stale udoskonalana, a efekt FLASH to obiecująca droga do lepszych wyników leczenia pacjentów. Terapia protonowa w połączeniu z algorytmami optymalizacji, takimi jak ten, który opracowaliśmy, jest ważnym krokiem w kierunku osiągnięcia dokładnie tego celu” – mówi José Santo. „Nasz manuskrypt podkreśla, że istnieje wiele miejsca na dalszą optymalizację terapii protonowej FLASH jako metody leczenia, nawet przy obecnym sprzęcie wiązkowym”.
