Cilj radioterapije je zagotoviti predpisano dozo sevanja tarči tumorja, hkrati pa omejiti poškodbe okoliških normalnih tkiv. To se trenutno doseže z optimizacijo načrta zdravljenja na podlagi populacije, ki temelji na vnaprej določenih ciljih na podlagi odmerka in omejitvah ogroženih organov (OAR), razvitih iz skupnega odziva na sevanje široke populacije bolnikov. Na žalost se učinkovitost in toksičnost takih standardiziranih načrtov zdravljenja razlikujeta, saj imajo bolniki in njihovi tumorji individualne biološke značilnosti.
Da bi zagotovili bolj prilagojen pristop k načrtovanju radioterapije, so raziskovalci na Univerza v Michiganu so razvili novo optimizacijsko strategijo radioterapije z modulirano intenzivnostjo (IMRT), ki neposredno vključuje modele odmerka in odziva, specifične za bolnika, v proces načrtovanja. Njihova tehnika, opisana v Medicinska fizika, temelji na maksimiranju predvidene vrednosti skupne uporabnosti zdravljenja – opredeljene kot verjetnost lokalnega nadzora minus utežena vsota verjetnosti toksičnosti.
Nova metoda načrtovanja, imenovana prednostna optimizacija uporabnosti (PUO), dopolnjuje standardne pristope z vključitvijo personaliziranih dejavnikov, povezanih z radiosenzitivnostjo tumorjev in OAR. Na radiotoksičnost OAR, na primer, lahko vplivajo starost, status kajenja, izražanje genov, molekularni markerji in že obstoječa stanja, kot je srčna bolezen. Tudi druga sočasna zdravljenja lahko vplivajo na učinkovitost radioterapije.
Za potrditev njihove strategije, glavni raziskovalec Martha Matuszak in sodelavci so uporabili metodo PUO za izdelavo načrtov IMRT za pet bolnikov z nedrobnoceličnim pljučnim rakom (NSCLC). Poročajo, da je načrtovanje PUO izboljšalo lokalni nadzor za vse bolnike v primerjavi s konvencionalnimi načrti, ki so bili uporabljeni za njihovo zdravljenje.
»Bolniki z NSCLC predstavljajo zelo heterogeno skupino s spremenljivostjo v obsegu in lokalizaciji bolezni,« pojasnjuje glavni avtor Daniel Polan. »V kombinaciji z drugimi anatomskimi spremenljivostmi lahko ti dejavniki drastično vplivajo na načrtovanje zdravljenja, vključno s kakršnimi koli pričakovanimi dobički zaradi različnih metod optimizacije. Zato smo za začetno testiranje izvedljivosti naše metode izbrali pet primerov, ki predstavljajo raznolikost v velikosti bolnika, velikosti tumorja, lokaciji in lateralnosti, poleg raznolikosti v sospremenljivkah odmerka, ki vplivajo na predvidene rezultate.
Da bi ustvarili načrte IMRT za posamezne paciente, so raziskovalci najprej uporabili komercialni sistem za načrtovanje zdravljenja za izračun odmerka na podlagi matrike vpliva prispevkov odmerka beamlet v interesne regije. Nato rešijo dva optimizacijska problema, da ustvarijo optimalne uteži žarkov, ki jih je mogoče uvoziti nazaj v TPS.
Prvi optimizacijski problem maksimira celotno uporabnost načrta ob upoštevanju tipičnih kliničnih omejitev odmerka z optimiziranjem kompromisa med učinkovitostjo in toksičnostjo na podlagi individualiziranih modelov odziva na odmerek. Drugi minimizira običajne cilje, ki temeljijo na odmerku, ob upoštevanju istih omejitev odmerka kot prvi, hkrati pa ohranja optimalno uporabnost, določeno s prvo optimizacijo.
Pri vseh petih bolnikih je pristop PUO uspešno ustvaril optimalne uteži žarkov, ki so povečali uporabnost, medtem ko so ostale znotraj omejitev na podlagi odmerka. Za študijo so raziskovalci primerjali te načrte PUO IMRT s klinično dostavljenimi načrti 3D konformne radioterapije (CRT) ter z načrti IMRT za retrospektivno ustvarjeno optimizacijo samo za odmerek (DOO) in volumetrično modulirano obločno terapijo (VMAT).
V primerjavi z načrti 3DCRT, VMAT in DOO IMRT je metoda PUO izboljšala uporabnost načrta v povprečju za 40 %, 32 % oziroma 31 %. Načrti PUO so pokazali povprečno 17-odstotno izboljšanje lokalnega nadzora s podobno toksičnostjo kot običajno načrtovanje.
Kot je bilo pričakovano, se je obseg koristi od načrtov PUO IMRT med bolniki razlikoval. Polan poroča, da je pri enem pacientu PUO povzročil izboljšanje uporabnosti za 70 % v primerjavi z običajnim DOO. "To ustreza 32-odstotnemu absolutnemu izboljšanju predvidene verjetnosti preživetja brez napredovanja bolezni, medtem ko se predvidena verjetnost toksičnosti pljuč zaradi sevanja poveča samo za 2%," pravi. "Ta znaten kompromis ima potencial za močno izboljšanje preživetja bolezni, hkrati pa zmanjša vpliv na bolnikovo kakovost življenja po zdravljenju."
Pri drugem bolniku, ki je imel velik tumor, pa so bile izboljšave minimalne. Polan pojasnjuje, da je pri večjih tumorjih načrtovanje zdravljenja običajno bolj omejeno zaradi povečanih zahtev po integralnem odmerku in zmanjšane zmožnosti izogibanja meji normalnih tkiv.
Ogrodje AI uporablja medicinske slike za individualizacijo odmerka radioterapije
Ekipa poudarja, da metoda PUO zagotavlja kvantitativni način za določitev, kateri bolniki bi lahko imeli koristi od stopnjevanja ali prerazporeditve odmerka, na podlagi kliničnih dejavnikov in biomarkerjev, specifičnih za bolnika, hkrati pa upoštevajo tudi geometrijo bolnika in omejitve odmerka OAR.
Raziskovalci trenutno izvajajo obsežne retrospektivne študije s ciljem razviti prospektivno klinično preskušanje z uporabo strategije načrtovanja zdravljenja PUO. Njihovo raziskovanje se osredotoča na vključevanje podatkov o pacientih in prilagojenih napovedi izidov neposredno v načrtovanje radioterapije, s trenutnim poudarkom na raku jeter, pljuč ter raku glave in vratu, kjer lahko ravnotežje med pozitivnimi in negativnimi učinki radioterapije pomembno vpliva na bolnikovo splošno kakovost - življenje.
