ตัวกรองสันจมูกเฉพาะผู้ป่วยช่วยให้การรักษาด้วยโปรตอน FLASH เป็นไปตามรูปแบบ

การรักษาด้วยการฉายรังสีร่างกาย Stereotactic (SBRT) เป็นการรักษามะเร็งที่มีความแม่นยำซึ่งให้รังสีน้อยกว่าและมีปริมาณรังสีสูงกว่าการรักษาด้วยรังสีแบบดั้งเดิม SBRT สามารถให้การควบคุมเนื้องอกเฉพาะที่ได้อย่างดีเยี่ยม แต่สำหรับตำแหน่งของเนื้องอกบางแห่ง ความเสี่ยงที่จะทำให้อวัยวะใกล้เคียง (OARs) สัมผัสถึงระดับการฉายรังสีที่รับไม่ได้ SBRT ที่ใช้โปรตอนให้การประหยัด OAR ที่ดีกว่า แต่ก็ยังต้องการระยะขอบการรักษาที่อาจจำกัดการบังคับใช้ทางคลินิก

การรักษาด้วยรังสี FLASH ซึ่งมีการฉายรังสีในอัตราปริมาณรังสีที่สูงเป็นพิเศษ สามารถช่วยประหยัด OARs ได้มากขึ้น เพื่อตรวจสอบศักยภาพของมัน ทีมวิจัยมุ่งหน้าไปที่ มหาวิทยาลัยเอมอรี กำลังพัฒนากรอบการทำงานเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการให้การรักษาด้วยโปรตอนเพื่อตอบสนองความต้องการของการรักษาด้วยรังสี FLASH

ระบบการรักษาด้วยโปรตอนที่ทันสมัยส่วนใหญ่สามารถบรรลุอัตราปริมาณรังสี FLASH โดยใช้ลำแสงส่งพลังงานสูงที่ผ่านตัวผู้ป่วย โดยปล่อยปริมาณรังสีตลอดเส้นทาง อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้ขจัดข้อได้เปรียบที่สำคัญของการบำบัดด้วยโปรตอน: ความสามารถในการส่งปริมาณรังสีในจุดสูงสุดของแบรกก์ที่กระจายออกไป เพื่อปรับปรุงความสอดคล้องที่อัตราปริมาณรังสี FLASH รุ่ยรุ่ยหลิว และเพื่อนร่วมงานเสนอว่าตัวกรองสันจมูกเฉพาะผู้ป่วยสามารถให้การกระจายขนาดยาที่คล้ายคลึงกันกับการรักษาด้วยโปรตอนแบบปรับความเข้มแบบธรรมดา (IMPT)

สำหรับการรักษาด้วย FLASH ขนาดยา อัตราการให้ยาเฉลี่ยของขนาดยา (DADR) และการถ่ายโอนพลังงานเชิงเส้นเฉลี่ยของขนาดยา (LET_d) ล้วนมีอิทธิพลต่อการตอบสนองทางชีวภาพ ดังนั้น นักวิจัยจึงได้พัฒนาเฟรมเวิร์กการเพิ่มประสิทธิภาพทางกายภาพแบบบูรณาการ (IPO) ซึ่งปรับพารามิเตอร์ทั้งสามนี้ให้เหมาะสมพร้อมกันเพื่อเพิ่ม OAR สูงสุดในแผนการรักษาของผู้ป่วย กรอบที่อธิบายไว้ใน International Journal of Radiation Oncology, ชีววิทยา, ฟิสิกส์ใช้ฟังก์ชันวัตถุประสงค์ IPO-IMPT เพื่อจัดหาโซลูชันที่หลากหลายสำหรับการออกแบบตัวกรองสันจมูกเฉพาะผู้ป่วยและแผนที่จุดโปรตอน

ตัวกรองสันซึ่งใช้ร่วมกับตัวชดเชยช่วงประกอบด้วยอาร์เรย์ของหมุดรูปซิกกูแรตที่กระจายจุดสูงสุด Bragg จากลำแสง 250-MeV เพื่อครอบคลุมปริมาณเป้าหมายการวางแผนเฉพาะลำแสง ทีมพัฒนาซอฟต์แวร์การวางแผนผกผันเพื่อกำหนดตำแหน่งพินสำหรับตัวกรองเฉพาะผู้ป่วย และใช้การจำลองแบบมอนติคาร์โลบนพื้นฐาน Geant4 เพื่อระบุเมทริกซ์ปริมาณและ LET ที่มีอิทธิพล

แผนผู้ป่วย

เพื่อแสดงให้เห็นถึงกรอบ IPO-IMPT นักวิจัยได้พัฒนาแผนการรักษาสำหรับผู้ป่วยมะเร็งปอดสามราย พวกเขากำหนดปริมาณ 50 Gy (เศษส่วน 10 Gy ห้าส่วน) ให้กับปริมาณเป้าหมายทางคลินิกโดยมีปริมาณฮอตสปอตสูงสุด 62.5 Gy แผนมีเป้าหมายเพื่อเพิ่มการครอบคลุมของ FLASH และ/หรือลด LET ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ที่จัดลำดับความสำคัญ_dในขณะที่รักษาปริมาณเป้าหมาย

สำหรับผู้ป่วยรายที่ 1 ซึ่งมีเนื้องอกในปอดส่วนกลางใกล้กับหัวใจ OAR คือหัวใจและปอด สำหรับกรณีนี้ นักวิจัยได้สร้างแผน IPO-IMPT แบบคานเดียวโดยมีจุดประสงค์เพื่อลด LET_d ถึงใจโดยยังคงความครอบคลุมของเป้าหมาย แผน IPO-IMPT บรรลุเป้าหมายนี้ โดยแสดงการครอบคลุมเป้าหมายที่คล้ายคลึงกันกับแผน IPO-IMPT ทั่วไป แต่ลด LET อย่างเห็นได้ชัด_d สู่หัวใจ

ผู้ป่วย 2 มีเนื้องอกระยะแพร่กระจายในกลีบล่างขวา และผู้ป่วย 3 มีเนื้องอกในต่อมน้ำเหลืองใต้สมอง ในกรณีเหล่านี้ หลอดอาหารยังเป็น OAR และเป้าหมายหลักคือการประหยัดหลอดอาหาร สำหรับทั้ง IPO-IMPT และ IMPT เกือบ 100% ของปริมาณการประเมินหลอดอาหารถึงเกณฑ์ FLASH 40 Gy/s สำหรับผู้ป่วย 2 IPO-IMPT ลดลงเล็กน้อย LET_d สำหรับหัวใจและหลอดอาหารและเพิ่มความครอบคลุมของ FLASH สำหรับหัวใจ

การออกแบบพินที่กระจัดกระจาย

ตัวกรองสันปกติที่ออกแบบโดยใช้เฟรมเวิร์ก IPO-IMPT เลือกเว้น OAR โดยการลด LET และเพิ่มความครอบคลุมของ FLASH อย่างไรก็ตาม ตัวกรองสันแบบห่างซึ่งไม่ได้ระบุพินบางตัว มีศักยภาพในการเพิ่มค่า OAR ที่ประหยัดมากขึ้น การถอดพินตัวกรองที่ตำแหน่งเฉพาะจะทำให้มีโปรตอนฟลักซ์สูงขึ้น ในขณะที่พินที่เหลือยังคงให้การครอบคลุมเป้าหมายที่เพียงพอ

สำหรับผู้ป่วยรายที่ 1 นักวิจัยได้สร้างแผน IPO-IMPT ด้วยตัวกรองสันแบบเบาบางและคานหลายตัว เมื่อเปรียบเทียบกับแผน IMPT โดยใช้ตัวกรองแบบสันปกติ แสดงให้เห็นว่าสำหรับทั้งสองอย่าง ความครอบคลุมของเนื้องอกถูกรักษาไว้และฮอตสปอตถูกควบคุมอย่างดี อย่างไรก็ตาม แผ่นกรองสันเขาแบบเบาบางได้เพิ่มปริมาตร OAR ที่ได้รับอัตราปริมาณรังสี FLASH ขึ้น 31% และ 50% สำหรับปริมาตรการประเมินหัวใจและปอด ตามลำดับ

ตัวกรองสันแบบกระจัดกระจายให้ความยืดหยุ่นในการตระหนักถึงศักยภาพของกรอบงาน IPO-IMPT ตัวอย่างเช่น ระดับการถอดพินสามารถปรับให้เหมาะกับกรณีผู้ป่วยแต่ละรายได้ เกณฑ์การถอนหมุด 50% ให้ผลลัพธ์ที่สมเหตุสมผลสำหรับเนื้องอกขนาดใหญ่ของผู้ป่วยรายที่ 1 ในขณะที่เกณฑ์ 30% เป็นจุดเริ่มต้นที่ดีสำหรับเป้าหมายขนาดเล็กของผู้ป่วยรายที่ 2 และ 3 ซึ่งแผนการกรองตามสันเขาแบบเบาบางจะเพิ่ม DADR ในหลอดอาหารในขณะที่รักษาเนื้องอก ครอบคลุม

สุดท้าย เพื่อตรวจสอบว่าชุดตัวกรองสัน (หมุดตัวกรองและตัวชดเชย) สามารถส่งปริมาณที่คาดการณ์ไว้ได้ นักวิจัยพิมพ์ 3 มิติตัวกรองสันจมูกเฉพาะผู้ป่วย พวกเขาได้จัดทำแผนการรักษาซึ่งออกแบบมาเพื่อให้ปริมาณยาเป้าหมายสม่ำเสมอและทำการวัดปริมาณรังสีด้วยอาร์เรย์ห้องไอออไนเซชัน อัตราการผ่านแกมมาทั้งหมดคือ 92.9% สำหรับขนาดยาสัมบูรณ์ ซึ่งเกินเกณฑ์มาตรฐานของผู้ป่วยที่ผ่านเกณฑ์ 90% และแสดงให้เห็นว่าชุดประกอบสามารถให้การกระจายขนาดยาที่ยอมรับได้ทางคลินิก

NPL แนะนำการวัดปริมาณรังสีสัมบูรณ์สำหรับลำแสงโปรตอน FLASH

“การศึกษาเชิงพิสูจน์แนวคิดนี้แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการใช้เฟรมเวิร์ก IPO-IMPT เพื่อบรรลุการบำบัดด้วยอนุภาคโปรตอนในร่างกาย FLASH stereotactic บัญชีสำหรับปริมาณ DADR และ LET_d พร้อมกัน” นักวิจัยสรุป "วิธีการใหม่นี้จะอำนวยความสะดวกในการจัดส่งสนามโปรตอนแบบ conformal ที่อัตรา FLASH สำหรับการศึกษาพรีคลินิกและทางคลินิก"

ผู้เขียนอาวุโส ลิยง ลิน บอก โลกฟิสิกส์ ทีมงานหวังว่าจะพัฒนาซอฟต์แวร์สำหรับแอปพลิเคชันดังกล่าวต่อไป “Office of Technology Transfer ของ Emory สนับสนุนให้เราก่อตั้งบริษัทสตาร์ทอัพ โซลูชัน Radiotherapy Biological Optimization (RBO)” Lin อธิบาย “RBO ได้รับการยอมรับจาก National Institutes of Health's Applicant Assistance Program ให้ส่งทุน R41 การถ่ายโอนเทคโนโลยีสำหรับธุรกิจขนาดเล็กไปยังสถาบันมะเร็งแห่งชาติภายในวันที่ 5 เมษายน IBA ซึ่งเป็นผู้จำหน่ายการบำบัดด้วยอนุภาครายใหญ่ที่สุด และแผนกการวัดปริมาณรังสีของ IBA จะรับรองข้อเสนอทุน R41 ของ RBO ”

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/patient-specific-ridge-filters-enable-conformal-flash-proton-therapy/