Специальные гребенчатые фильтры для пациентов обеспечивают конформную протонную FLASH-терапию

Стереотаксическая лучевая терапия тела (SBRT) — это прецизионное лечение рака, при котором доставляется меньше фракций более высокой дозы облучения, чем при традиционной лучевой терапии. SBRT может обеспечить превосходный локальный контроль над опухолью, но для некоторых локализаций опухоли существует риск облучения близлежащих органов риска (OAR) неприемлемыми уровнями облучения. SBRT на основе протонов обеспечивает лучшее щадящее воздействие OAR, но все же требует некоторых пределов лечения, которые могут ограничивать его клиническую применимость.

FLASH-лучевая терапия, при которой излучение доставляется со сверхвысокой мощностью дозы, может обеспечить дальнейшее снижение OAR. Чтобы исследовать его потенциал, исследовательская группа возглавила Университета Эмори разрабатывает основу для оптимизации доставки протонной терапии для удовлетворения потребностей лучевой терапии FLASH.

Большинство современных систем протонной терапии могут достигать мощностей дозы FLASH, используя передающий пучок высокой энергии, который проходит через пациента, распределяя дозу по всему пути. Этот подход, однако, устраняет основное преимущество протонной терапии: ее способность доставлять дозу в виде расширенного пика Брэгга. Чтобы улучшить конформность при мощности дозы FLASH, Руируи Лю и его коллеги предполагают, что гребенчатые фильтры для конкретных пациентов могут обеспечить такое же распределение дозы, как и при обычной протонной терапии с модулированной интенсивностью (IMPT).

Для FLASH-терапии доза, усредненная по дозе мощность дозы (DADR) и усредненная по дозе линейная передача энергии (LET_d) все влияют на биологическую реакцию. Таким образом, исследователи разработали интегрированную структуру физической оптимизации (IPO), которая одновременно оптимизирует эти три параметра, чтобы максимизировать экономию OAR в плане лечения пациента. Каркас, описанный в Международный журнал радиационной онкологии, биологии, физики, использует целевую функцию IPO-IMPT, чтобы предоставить несколько решений для проектирования гребневых фильтров для конкретных пациентов и карт протонных пятен.

Гребневые фильтры, которые используются в сочетании с компенсатором диапазона, состоят из массива зиккуратных штифтов, которые распространяют пик Брэгга от пучка 250 МэВ, чтобы покрыть целевой объем планирования для конкретного пучка. Команда разработала программное обеспечение для обратного планирования, чтобы определить расположение штифтов для фильтра для конкретного пациента, и использовала моделирование Монте-Карло на основе Geant4 для получения матриц влияния дозы и ЛПЭ.

Планы пациентов

Чтобы продемонстрировать структуру IPO-IMPT, исследователи разработали планы лечения трех пациентов с раком легких. Они назначили дозу 50 Гр (пять фракций по 10 Гр) к клиническому целевому объему с максимальной дозой очага 62.5 Гр. В зависимости от того, какой параметр является приоритетным, планы направлены на увеличение охвата FLASH и/или снижение LET._d, при сохранении целевой дозы.

Для пациента 1, у которого была центральная опухоль легкого близко к сердцу, OAR были сердце и легкое. Для этого случая исследователи разработали однолучевой план IPO-IMPT с целью снижения LET._d в сердце, сохраняя целевое покрытие. План IPO-IMPT достиг этой цели, демонстрируя такой же целевой охват, что и обычный план IMPT, но заметно снижая LET._d к сердцу.

У пациента 2 была метастатическая опухоль в правой нижней доле, а у пациента 3 была опухоль в субкаринальном лимфатическом узле. В этих случаях пищевод также был OAR, и ключевой целью было сохранение пищевода. Как для IPO-IMPT, так и для IMPT почти 100% объема оценки пищевода соответствовали порогу FLASH 40 Гр / с. Для пациента 2 IPO-IMPT немного снизила LET._d для сердца и пищевода и расширенный охват FLASH для сердца.

Разреженная конструкция булавки

Обычные гребенчатые фильтры, разработанные с использованием структуры IPO-IMPT, выборочно избавляют от OAR, уменьшая LET и увеличивая покрытие FLASH. Тем не менее, фильтры с разреженными гребнями, в которых опущены некоторые штифты, могут еще больше увеличить экономию OAR. Удаление штифтов фильтра в определенных местах обеспечивает более высокий поток протонов, в то время как оставшиеся штифты по-прежнему обеспечивают адекватное покрытие цели.

Для пациента 1 исследователи создали план IPO-IMPT с редкими гребневыми фильтрами и несколькими лучами. Сравнение с планом IMPT с использованием обычных гребенчатых фильтров показало, что в обоих случаях покрытие опухоли сохранялось, а горячие точки хорошо контролировались. Однако фильтры с разреженными гребнями увеличивали объем OAR, получающий мощность дозы FLASH, на 31% и 50% для объемов оценки сердца и легких соответственно.

Разреженные гребенчатые фильтры обеспечивают гибкость для реализации всего потенциала структуры IPO-IMPT. Например, уровни удаления штифта могут быть адаптированы к индивидуальным случаям пациента. Порог удаления штифта в 50 % обеспечил приемлемые результаты для большой опухоли пациента 1, в то время как порог в 30 % был хорошей отправной точкой для более мелких целей пациентов 2 и 3, чьи планы на основе разреженного гребенчатого фильтра увеличивали DADR в пищеводе при сохранении опухоли. покрытие.

Наконец, чтобы убедиться, что узел гребенчатого фильтра (штифты фильтра и компенсатор) может обеспечить прогнозируемую дозу, исследователи напечатали на 3D-принтере гребенчатый фильтр для конкретного пациента. Они разработали план лечения, предназначенный для обеспечения равномерной целевой дозы, и выполнили измерения дозы с помощью массива ионизационных камер. Общая частота прохождения гамма-излучения составила 92.9% для абсолютных доз, что превышает стандартный критерий прохождения пациента в 90% и демонстрирует, что сборка может обеспечить клинически приемлемое распределение дозы.

НПЛ вводит абсолютную дозиметрию для протонных пучков FLASH

«Это экспериментальное исследование демонстрирует возможность использования схемы IPO-IMPT для проведения стереотаксической протонной терапии тела FLASH с учетом дозы, DADR и LET._d одновременно», — заключают исследователи. «Этот новый метод облегчит доставку конформных протонных полей со скоростью FLASH для доклинических и клинических исследований».

Старший автор Лиён Лин говорит Мир физики что команда надеется и дальше развивать свое программное обеспечение для таких приложений. «Управление Emory по передаче технологий подтолкнуло нас к созданию новой компании Radiotherapy Biological Optimization (RBO) Solutions», — объясняет Лин. «Программа помощи кандидатам Национального института здравоохранения приняла RBO для предоставления гранта R41 для передачи технологий малого бизнеса Национальному институту рака до 5 апреля. IBA, крупнейший поставщик терапии частицами, и дозиметрическое подразделение IBA одобрят предложение RBO по гранту R41. ”

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/patient-specific-ridge-filters-enable-conformal-flash-proton-therapy/