Scopul radioterapiei este de a furniza o doză de radiație prescrisă către ținta tumorii, limitând în același timp deteriorarea țesuturilor normale din jur. Acest lucru se realizează în prezent utilizând optimizarea planului de tratament bazat pe populație, bazat pe obiective predefinite bazate pe doză și constrângeri de organe la risc (OAR) dezvoltate din răspunsul agregat la radiații al unei populații largi de pacienți. Din păcate, eficacitatea și toxicitatea unor astfel de planuri de tratament standardizate variază, deoarece pacienții și tumorile lor au caracteristici biologice individuale.
Cu scopul de a oferi o abordare mai personalizată a planificării radioterapiei, cercetătorii de la Universitatea din Michigan au dezvoltat o nouă strategie de optimizare a radioterapiei cu intensitate modulată (IMRT) care încorporează direct modele de răspuns la doză specifice pacientului în procesul de planificare. Tehnica lor, descrisă în Fizică medicală, se bazează pe maximizarea valorii estimate a utilității generale a tratamentului – definită ca probabilitatea controlului local minus suma ponderată a probabilităților de toxicitate.
Noua metodă de planificare, numită optimizare a utilității prioritare (PUO), mărește abordările standard prin încorporarea factorilor personalizați legați de radiosensibilitatea tumorilor și a OAR. Radiotoxicitatea OAR, de exemplu, poate fi influențată de vârstă, statutul de fumat, expresia genelor, markeri moleculari și afecțiuni preexistente, cum ar fi bolile cardiace. Alte tratamente concomitente pot afecta, de asemenea, eficacitatea radioterapiei.
Pentru a-și valida strategia, investigator principal Martha Matuszak și colegii au folosit metoda PUO pentru a crea planuri IMRT pentru cinci pacienți cu cancer pulmonar cu celule non-mici (NSCLC). Ei raportează că planificarea PUO a îmbunătățit controlul local pentru toți pacienții în comparație cu planurile convenționale care au fost utilizate pentru tratamentele lor.
„Pacienții cu NSCLC reprezintă un grup foarte eterogen, cu variabilitate în extinderea și localizarea bolii”, explică autorul principal. Daniel Polan. „În combinație cu alte variații anatomice, acești factori pot avea un impact drastic asupra planificării tratamentului, inclusiv asupra oricăror câștiguri anticipate din diferite metode de optimizare. Prin urmare, pentru testarea inițială a fezabilității metodei noastre, am selectat cinci cazuri care să reprezinte diversitatea în dimensiunea pacientului, dimensiunea tumorii, localizarea și lateralitatea, în plus față de diversitatea covariatelor de doză care influențează rezultatele prezise.
Pentru a crea planuri IMRT specifice pacientului, cercetatorii au folosit mai intai un sistem comercial de planificare a tratamentului pentru a calcula doza pe baza unei matrice de influenta a contributiilor dozei de fascicule la regiunile de interes. Apoi rezolvă două probleme de optimizare pentru a genera greutăți optime ale fasciculului care pot fi importate înapoi în TPS.
Prima problemă de optimizare maximizează utilitatea generală a planului, supusă constrângerilor clinice tipice de doză, prin optimizarea compromisului între eficacitate și toxicitate pe baza modelelor doză-răspuns individualizate. Al doilea minimizează obiectivele convenționale bazate pe doză, supuse acelorași constrângeri de doză ca și primul, menținând în același timp utilitatea optimă determinată de la prima optimizare.
Pentru toți cei cinci pacienți, abordarea PUO a generat cu succes greutăți optime ale fasciculului care au maximizat utilitatea, rămânând în același timp în limitele bazate pe doză. Pentru studiu, cercetătorii au comparat aceste planuri PUO IMRT cu planurile de radioterapie conformă 3D (CRT) furnizate clinic și cu planurile IMRT de optimizare doar a dozei (DOO) generate retroactiv și de terapie cu arc volumetric-modulat (VMAT).
În comparație cu planurile 3DCRT, VMAT și DOO IMRT, metoda PUO a îmbunătățit utilitatea planului cu o medie de 40%, 32% și, respectiv, 31%. Planurile PUO au demonstrat o îmbunătățire medie de 17% a controlului local cu toxicitate similară cu planificarea convențională.
După cum era anticipat, amploarea beneficiilor din planurile PUO IMRT a fost diferită în funcție de pacienți. Polan raportează că pentru un pacient, PUO a dus la o îmbunătățire a utilității cu 70% față de DOO convențional. „Acest lucru corespunde cu o îmbunătățire absolută de 32% a probabilității prezise de supraviețuire fără progresie, în timp ce crește probabilitatea prezisă de toxicitate pulmonară indusă de radiații cu 2%”, spune el. „Acest compromis substanțial are potențialul de a îmbunătăți considerabil supraviețuirea bolii, minimizând în același timp impactul asupra calității vieții pacientului după tratament.”
Pentru un alt pacient care a avut o tumoră mare, totuși, îmbunătățirile au fost minime. Polan explică că, pentru tumorile mai mari, planificarea tratamentului devine de obicei mai restrânsă din cauza cerințelor crescute de doză integrală și a capacității scăzute de a evita mărginirea țesuturilor normale.
Cadrul AI folosește imagini medicale pentru a individualiza doza de radioterapie
Echipa subliniază că metoda PUO oferă o modalitate cantitativă de a determina ce pacienți ar putea beneficia de pe urma creșterii sau redistribuirii dozei, pe baza factorilor clinici și biomarkerilor specifici pacientului, ținând cont și de geometria pacientului și limitele de doză OAR.
Cercetătorii efectuează în prezent studii retrospective la scară largă cu scopul de a dezvolta un studiu clinic prospectiv care să utilizeze strategia de planificare a tratamentului PUO. Cercetarea lor se concentrează pe integrarea datelor despre pacient și a predicțiilor personalizate ale rezultatelor direct în planificarea radioterapiei, cu un accent actual pe cancerele hepatice, pulmonare și de cap și gât, unde echilibrarea efectelor pozitive și negative ale radioterapiei ar putea avea un impact semnificativ asupra calității generale a pacientului. -viaţă.
