Dozele ultra-înalte utilizate în radioterapia FLASH pot crește fereastra terapeutică prin protejarea țesuturilor normale împotriva daunelor cauzate de radiații. Unii cercetători cred că fasciculele de protoni FLASH ar putea fi disponibile și cu fasciculele de protoni accelerate cu ciclotron disponibile comercial. Dar atunci când FLASH este combinat cu cel mai avansat tip de terapie cu protoni, scanarea laterală cu fascicul creion (PBS), chiar livrările de protoni PBS folosite pentru a trata cancerele complexe cu o precizie de neegalat, de asemenea, influențează ratele de doză locale esențiale pentru obținerea efectului FLASH.
Cercetători la Centrul Medical Universitar Erasmus, Institutul Superior Tehnic și HollandPTC stabilit pentru a lua în considerare variațiile locale ale ratei dozei rezultate din livrarea de protoni PBS. Studiul lor recent, raportat în Jurnalul Internațional de Radiation Oncology Biology Physics, maximizează acoperirea FLASH prin optimizarea modelului de scanare PBS cu valori bazate pe voxel.
„Am încercat să optimizăm FLASH prin optimizarea ratei dozei, fără a compromite calitatea planului în ceea ce privește doza de radiații”, spune autorul principal Rodrigo José Santo. „Am încercat să creăm o conductă care să optimizeze în mod constant acoperirea FLASH pentru diferite forme și dimensiuni ale tumorii, fără a re-optimiza planul de tratament și a considera FLASH ca un efect local dependent de modelul de livrare a fasciculului creion.”
Rezultatul: optimizarea planurilor de tratament cu terapia cu protoni FLASH fără a compromite rata dozei.
PBS ca agent de vânzări ambulant
Problema vânzătorului ambulant pune următoarea întrebare: „Având în vedere o listă de orașe și distanțele dintre fiecare pereche de orașe, care este cel mai scurt traseu posibil care vizitează fiecare oraș exact o dată și se întoarce la orașul de origine?”
Această problemă, studiată îndelung de cercetătorii de optimizare combinațională, este un barometru pentru algoritmii genetici utilizați în informatică și cercetarea operațională. José Santo, care este în prezent doctorand la UMC Utrecht, dar era student la master când a fost efectuată lucrarea, și-a dat seama că algoritmii genetici ar putea fi folosiți pentru a-și rezolva propria problemă – optimizând ordinea în care fasciculele de protoni sunt iradiate pentru a maximiza acoperirea FLASH. .
Abordarea rezultată a cercetătorilor folosește o metrică bazată pe voxel definită de praguri de doză fixă pentru a determina când începe și se termină iradierea acelui voxel. Algoritmul evaluează rata dozei pentru fiecare fascicul de creion separat și presupune că FLASH este un efect local și că timpul total de iradiere este un parametru critic FLASH.
Algoritmul este rulat pe diferite soluții în paralel, deși ocazional partajează informații între ele. Distanța medie dintre grinzile creionului este inclusă ca funcție de cost pentru a minimiza distanța totală parcursă în plan transversal pe direcția fasciculului. Algoritmul este aplicat secvențial după ce pozițiile și greutățile fasciculului creionului sunt optimizate și fără a compromite calitatea planului în ceea ce privește doza (nominală) absorbită.
Cercetătorii și-au testat algoritmul pe planuri de tratament folosind fascicule de protoni de transmisie pentru 20 de pacienți cu cancer pulmonar în stadiu incipient și metastaze pulmonare. (Leziunile pulmonare sunt locuri ideale pentru FLASH, spun cercetătorii – tratamentele actuale cu protoni FLASH implică fascicule de înaltă energie care trec prin pacient, mai degrabă decât fasciculele Bragg-peak exploatate pentru terapia convențională cu protoni.)
Acoperirea mediană FLASH sa îmbunătățit de la 6.9% pentru modelele standard de scanare linie cu linie la 29% cu optimizarea PBS. Cercetătorii au observat că planurile optimizate cu PBS au un aspect asemănător unei spirale. Fereastra FLASH s-a schimbat doar puțin pentru curenți de fascicul marginal diferiți.
Terapia cu protoni FLASH: descoperirea tehnicii optime de livrare
Deoarece alte grupuri de cercetare lucrează în primul rând pentru a optimiza FLASH la nivel de planificare a tratamentului, cercetătorii spun că este o provocare să-și compare propriile rezultate optimizate cu PBS cu alte studii de terapie cu protoni FLASH - după cunoștințele lor, acest studiu este primul care efectuează un fascicul creion. optimizarea modelului de livrare pentru terapia cu protoni FLASH. Acum se concentrează pe optimizarea livrării PBS pentru ținte mai mari și pe integrarea optimizării ratei dozei în conducta lor existentă de optimizare a dozei.
„Radioterapia este încă în curs de îmbunătățire, iar efectul FLASH este o cale promițătoare către rezultate mai bune ale tratamentului pentru pacienți. Terapia cu protoni, combinată cu algoritmi de optimizare, cum ar fi cel pe care l-am dezvoltat, este un pas important către realizarea exactă a acestui lucru”, spune José Santo. „Manuscrisul nostru subliniază că există mult spațiu pentru optimizarea în continuare a terapiei cu protoni FLASH ca modalitate de tratament, chiar și cu hardware-ul actual.”
