Filtrele de creastă specifice pacientului permit terapia cu protoni FLASH conformă

Radioterapia stereotactică a corpului (SBRT) este un tratament de precizie pentru cancer care furnizează mai puține fracții de radiații cu doze mai mari decât radioterapia tradițională. SBRT poate oferi un control local excelent al tumorii, dar pentru unele locații tumorale riscă să expună organele cu risc (OAR) din apropiere la niveluri inacceptabile de iradiere. SBRT pe bază de protoni oferă o mai bună economisire a OAR, dar necesită totuși unele marje de tratament care pot limita aplicabilitatea sa clinică.

Radioterapia FLASH, în care radiațiile sunt livrate la doze ultra-înalte, ar putea permite economisirea în continuare a OAR. Pentru a-i investiga potențialul, o echipă de cercetare s-a îndreptat la Universitatea Emory dezvoltă un cadru pentru optimizarea administrării terapiei cu protoni pentru a satisface cerințele radioterapiei FLASH.

Majoritatea sistemelor moderne de terapie cu protoni pot atinge rate de doză FLASH folosind un fascicul de transmisie de înaltă energie care trece prin pacient, depunând doza pe parcursul său. Această abordare, totuși, elimină avantajul major al terapiei cu protoni: capacitatea sa de a administra doza într-un vârf Bragg răspândit. Pentru a îmbunătăți conformitatea la ratele de doză FLASH, Ruirui Liu iar colegii sugerează că filtrele de cresta specifice pacientului ar putea oferi o distribuție similară a dozelor cu cea a terapiei convenționale cu protoni cu intensitate modulată (IMPT).

Pentru tratamentele FLASH, doza, rata de doză medie (DADR) și transferul liniar de energie (LET)_d) toate influenţează răspunsul biologic. Astfel, cercetătorii au dezvoltat un cadru de optimizare fizică integrată (IPO) care optimizează simultan acești trei parametri pentru a maximiza economisirea OAR în planul de tratament al pacientului. Cadrul, descris în Jurnalul Internațional de Oncologie Radiațională, Biologie, Fizică, utilizează funcția de obiectiv IPO-IMPT pentru a oferi mai multe soluții pentru proiectarea filtrelor de creastă specifice pacientului și a hărților punctelor de protoni.

Filtrele de creastă, care sunt utilizate în combinație cu un compensator de interval, cuprind o serie de știfturi în formă de zigurat care răspândesc vârful Bragg dintr-un fascicul de 250 MeV pentru a acoperi un volum țintă de planificare specific fasciculului. Echipa a dezvoltat un software de planificare inversă pentru a defini locațiile pin pentru un filtru specific pacientului și a folosit simulări Monte Carlo bazate pe Geant4 pentru a furniza matrice de influență a dozei și LET.

Planurile pacientului

Pentru a demonstra cadrul IPO-IMPT, cercetătorii au dezvoltat planuri de tratament pentru trei pacienți cu cancer pulmonar. Ei au prescris o doză de 50 Gy (cinci fracții de 10 Gy) la volumul țintă clinic, cu o doză maximă de hotspot de 62.5 Gy. În funcție de parametrul prioritizat, planurile urmăresc creșterea acoperirii FLASH și/sau reducerea LET_d, cu menținerea dozei țintă.

Pentru pacientul 1, care avea o tumoare pulmonară centrală aproape de inimă, OAR-urile au fost inima și plămânul. Pentru acest caz, cercetătorii au generat un plan IPO-IMPT cu un singur fascicul cu scopul de a reduce LET_d la inimă, menținând în același timp acoperirea țintei. Planul IPO-IMPT a îndeplinit acest obiectiv, prezentând o acoperire țintă similară cu un plan IMPT convențional, dar reducând semnificativ LET_d la inimă.

Pacientul 2 avea o tumoare metastatică în lobul inferior drept, iar pacientul 3 avea o tumoare în ganglionul limfatic subcarinal. În aceste cazuri, esofagul a fost, de asemenea, un OAR și scopul cheie a fost economisirea esofagului. Atât pentru IPO-IMPT, cât și pentru IMPT, aproape 100% din volumul de evaluare a esofagului a atins pragul FLASH de 40 Gy/s, Pentru pacientul 2, IPO-IMPT a scăzut ușor LET_d pentru inimă și esofag și o acoperire FLASH crescută pentru inimă.

Design cu știfturi rar

Filtrele de creastă obișnuite concepute folosind cadrul IPO-IMPT au cruțat selectiv OAR-urile prin reducerea LET și creșterea acoperirii FLASH. Cu toate acestea, filtrele de creastă rare, din care sunt omise unii pini, oferă potențialul de a crește în continuare economisirea OAR. Îndepărtarea pinii filtrului în anumite locații oferă un flux de protoni mai mare, în timp ce pinii rămași oferă încă o acoperire adecvată a țintei.

Pentru pacientul 1, cercetătorii au generat un plan IPO-IMPT cu filtre de creastă rare și grinzi multiple. Comparația cu un plan IMPT care folosește filtre de creastă obișnuite a arătat că, pentru ambele, acoperirea tumorii a fost menținută și punctele fierbinți au fost bine controlate. Cu toate acestea, filtrele rare de creasta au crescut volumul OAR primind o rată a dozei FLASH cu 31% și 50%, pentru volumele de evaluare a inimii și, respectiv, a plămânilor.

Filtrele de creasta rare oferă flexibilitate pentru a realiza întregul potențial al cadrului IPO-IMPT. De exemplu, nivelurile de îndepărtare a știfturilor pot fi adaptate la cazurile individuale ale pacientului. Un prag de îndepărtare de 50% a știftului a oferit rezultate rezonabile pentru tumora mare a pacientului 1, în timp ce un prag de 30% a fost un bun punct de plecare pentru țintele mai mici ale pacienților 2 și 3, ale căror planuri bazate pe filtru de creastă rare au crescut DADR în esofag, menținând în același timp tumora. acoperire.

În cele din urmă, pentru a verifica dacă un ansamblu de filtru de creastă (pini de filtru și un compensator) ar putea furniza doza prezisă, cercetătorii au imprimat 3D un filtru de creastă specific pacientului. Ei au furnizat un plan de tratament conceput pentru a oferi o doză țintă uniformă și au efectuat măsurători ale dozei cu o matrice de camere de ionizare. Rata totală de trecere gamma a fost de 92.9% pentru doze absolute, ceea ce depășește criteriile standard de trecere a pacientului de 90% și demonstrează că ansamblul poate furniza o distribuție acceptabilă clinic a dozei.

NPL introduce dozimetria absolută pentru fasciculele de protoni FLASH

„Acest studiu de dovadă a conceptului demonstrează fezabilitatea utilizării unui cadru IPO-IMPT pentru a realiza terapia cu protoni corporali stereotactic FLASH, luând în considerare doza, DADR și LET._d simultan”, concluzionează cercetătorii. „Această metodă nouă va facilita livrarea câmpurilor de protoni conformă la rate FLASH pentru studiile preclinice și clinice.”

Autor principal Liyong Lin spune Lumea fizicii că echipa speră să-și dezvolte în continuare software-ul pentru astfel de aplicații. „Oficiul de transfer de tehnologie al lui Emory ne-a încurajat să înființăm o companie startup, Radiotherapy Biological Optimization (RBO) Solutions”, explică Lin. „RBO este acceptat de Programul de Asistență pentru Solicitanți al Institutului Național de Sănătate să depună un grant R41 de transfer de tehnologie pentru întreprinderi mici către Institutul Național al Cancerului până pe 5 aprilie. IBA, cel mai mare furnizor de terapie cu particule și divizia de dozimetrie a IBA vor susține propunerea de grant R41 a RBO. ”

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/patient-specific-ridge-filters-enable-conformal-flash-proton-therapy/