O objetivo da radioterapia é fornecer uma dose prescrita de radiação ao alvo do tumor, limitando os danos aos tecidos normais circundantes. Atualmente, isso é alcançado usando a otimização do plano de tratamento com base na população, com base em objetivos predefinidos com base na dose e restrições de órgão em risco (OAR) desenvolvidas a partir da resposta agregada à radiação de uma ampla população de pacientes. Infelizmente, a eficácia e a toxicidade desses planos de tratamento padronizados variam, porque os pacientes e seus tumores têm características biológicas individuais.
Com o objetivo de fornecer uma abordagem mais personalizada para o planejamento da radioterapia, os pesquisadores do Universidade de Michigan desenvolveram uma nova estratégia de otimização de radioterapia de intensidade modulada (IMRT) que incorpora diretamente modelos de dose-resposta específicos do paciente no processo de planejamento. Sua técnica, descrita em Física Médica, baseia-se na maximização do valor previsto da utilidade geral do tratamento – definida como a probabilidade de controle local menos a soma ponderada das probabilidades de toxicidade.
O novo método de planejamento, chamado otimização de utilidade priorizada (PUO), aumenta as abordagens padrão incorporando fatores personalizados relacionados à radiossensibilidade de tumores e OARs. A radiotoxicidade OAR, por exemplo, pode ser influenciada pela idade, tabagismo, expressão gênica, marcadores moleculares e condições pré-existentes, como doença cardíaca. Outros tratamentos concomitantes também podem afetar a eficácia da radioterapia.
Para validar sua estratégia, o investigador principal Martha Matuszak e colegas usaram o método PUO para criar planos de IMRT para cinco pacientes com câncer de pulmão de células não pequenas (NSCLC). Eles relatam que o planejamento de PUO melhorou o controle local para todos os pacientes em comparação com os planos convencionais que foram usados para seus tratamentos.
“Os pacientes com NSCLC representam um grupo altamente heterogêneo com variabilidade na extensão e localização da doença”, explica o principal autor Daniel Polan. “Em combinação com outra variabilidade anatômica, esses fatores podem afetar drasticamente o planejamento do tratamento, incluindo quaisquer ganhos antecipados de diferentes métodos de otimização. Portanto, para o teste inicial de viabilidade de nosso método, selecionamos cinco casos para representar a diversidade no tamanho do paciente, tamanho do tumor, localização e lateralidade, além da diversidade nas covariáveis de dose que influenciam os resultados previstos”.
Para criar planos de IMRT específicos para o paciente, os pesquisadores primeiro usaram um sistema de planejamento de tratamento comercial para calcular a dose com base em uma matriz de influência de contribuições de dose de beamlet para regiões de interesse. Em seguida, eles resolvem dois problemas de otimização para gerar pesos de vigas ideais que podem ser importados de volta para o TPS.
O primeiro problema de otimização maximiza a utilidade geral do plano sujeita a restrições de dose clínica típicas, otimizando a compensação entre eficácia e toxicidade com base em modelos de dose-resposta individualizados. O segundo minimiza os objetivos baseados em dose convencionais, sujeitos às mesmas restrições de dose que o primeiro, mantendo a utilidade ótima determinada a partir da primeira otimização.
Para todos os cinco pacientes, a abordagem PUO gerou com sucesso pesos de feixes ideais que maximizaram a utilidade enquanto permaneceram dentro das restrições baseadas na dose. Para o estudo, os pesquisadores compararam esses planos PUO IMRT com os planos de radioterapia conformada 3D (CRT) entregues clinicamente e com planos IMRT de otimização somente de dose (DOO) gerados retrospectivamente e terapia de arco modulado volumétrico (VMAT).
Quando comparado com os planos 3DCRT, VMAT e DOO IMRT, o método PUO melhorou a utilidade do plano em uma média de 40%, 32% e 31%, respectivamente. Os planos PUO demonstraram uma melhoria média de 17% no controle local com toxicidade semelhante ao planejamento convencional.
Conforme previsto, a extensão dos benefícios dos planos PUO IMRT diferiu entre os pacientes. Polan relata que, para um paciente, o PUO resultou em uma melhoria de utilidade de 70% em relação ao DOO convencional. “Isso corresponde a uma melhoria absoluta de 32% na probabilidade prevista de sobrevida livre de progressão, enquanto aumenta apenas a probabilidade prevista de toxicidade pulmonar induzida por radiação em 2%”, diz ele. “Essa compensação substancial tem o potencial de melhorar muito a capacidade de sobrevivência da doença, minimizando o impacto na qualidade de vida pós-tratamento do paciente”.
Para outro paciente que tinha um grande tumor, no entanto, as melhorias foram mínimas. Polan explica que, para tumores maiores, o planejamento do tratamento geralmente se torna mais restrito devido ao aumento dos requisitos de dose integral e à diminuição da capacidade de evitar tecidos normais adjacentes.
Estrutura de IA usa imagens médicas para individualizar a dose de radioterapia
A equipe enfatiza que o método PUO fornece uma maneira quantitativa de determinar quais pacientes podem se beneficiar do escalonamento ou redistribuição da dose, com base em fatores clínicos e biomarcadores específicos do paciente, além de levar em consideração a geometria do paciente e os limites de dose OAR.
Os pesquisadores estão atualmente conduzindo estudos retrospectivos em larga escala com o objetivo de desenvolver um ensaio clínico prospectivo empregando a estratégia de planejamento de tratamento PUO. Suas pesquisas se concentram na integração de dados do paciente e previsões de resultados personalizados diretamente no planejamento da radioterapia, com foco atual nos cânceres de fígado, pulmão e cabeça e pescoço, onde equilibrar os efeitos positivos e negativos da radioterapia pode impactar significativamente a qualidade geral de um paciente. -vida.
