การบำบัดด้วยอนุภาค – การรักษามะเร็งโดยใช้ลำแสงโปรตอนหรือไอออนที่หนักกว่า – ให้ปริมาณรังสีที่สม่ำเสมอสูงและประหยัดเนื้อเยื่อปกติได้ดีกว่าการรักษาด้วยรังสีโฟตอนแบบทั่วไป แต่สำหรับผู้รอดชีวิตจากมะเร็งในระยะยาว ความเสี่ยงของมะเร็งทุติยภูมิที่เกิดจากรังสี (SC) มีความสำคัญ และควรพิจารณาเมื่อเลือกวิธีการรักษา
เนื่องจากข้อมูลทางระบาดวิทยายังขาดแคลนสำหรับการรักษาใหม่ๆ เช่น การบำบัดด้วยโปรตอนและคาร์บอนไอออน ทีมงานจึงมุ่งหน้าไปที่ GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research กำลังพัฒนาแบบจำลองเพื่อเปรียบเทียบความเสี่ยง SC ระหว่างการบำบัดด้วยอนุภาค แบบจำลองอธิบายโดย อันโทเนีย ฮัฟนาเกิล และเพื่อนร่วมงานใน ฟิสิกส์การแพทย์ในที่สุดก็สามารถรวมเข้ากับระบบการวางแผนการรักษาเพื่อรวมความเสี่ยง SC เป็นเกณฑ์การปรับให้เหมาะสมเพิ่มเติม
เหตุการณ์ร้ายแรงและสารก่อมะเร็ง
โดยทั่วไปแบบจำลองความเสี่ยง SC ทำงานโดยการพิจารณาความสมดุลระหว่างการฆ่าเซลล์ (นำไปสู่การปราบปรามมะเร็ง) และการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ (การชักนำให้เกิดการกลายพันธุ์ที่นำไปสู่มะเร็งในที่สุด) ความน่าจะเป็นที่ปริมาตรที่ได้รับรังสีจะทำให้เกิดมะเร็งถูกกำหนดโดยใช้แบบจำลองเชิงเส้น–กำลังสอง (LQ) ซึ่งให้ความสัมพันธ์ง่ายๆ ระหว่างการอยู่รอดของเซลล์และปริมาณโฟตอนที่ส่งมอบ
ในการศึกษานี้ นักวิจัยใช้แบบจำลองผลกระทบเฉพาะที่ (LEM) เพื่อทำนายประสิทธิผลทางชีวภาพสัมพัทธ์ (RBE) ของการเหนี่ยวนำ SC หลังการบำบัดด้วยอนุภาค เพื่อพิจารณาถึง RBE ที่เพิ่มขึ้นของการแผ่รังสีของอนุภาค พวกเขาจึงแทนที่พารามิเตอร์โฟตอน LQ ในแบบจำลองความเสี่ยงด้วยพารามิเตอร์ LQ ลำไอออนที่ทำนายโดย LEM คุณลักษณะสำคัญของแนวทางของพวกเขาคือการใช้ LEM ทั้งในแง่การฆ่าเซลล์และการเหนี่ยวนำให้เกิดมะเร็ง
"การใช้ LEM สองครั้งสะท้อนให้เห็นถึงการแข่งขันระหว่างสองกระบวนการหลักที่กำหนดการพัฒนา SC ได้แก่ การเปลี่ยนแปลงเซลล์และการฆ่าเซลล์" ผู้เขียนอาวุโสอธิบาย ไมเคิล ชอลซ์. “ด้วยการเพิ่มปริมาณและ/หรือประสิทธิผล การฆ่าเซลล์สามารถยับยั้งการมีชีวิตของเซลล์ที่ถูกเปลี่ยนรูปได้ สิ่งนี้นำไปสู่การทำงานร่วมกันที่ซับซ้อน ซึ่งไม่สามารถสะท้อนให้เห็นเป็นอย่างอื่นได้ในขั้นตอนเดียว”
เพื่อตรวจสอบว่าปัจจัยใดที่ส่งผลต่อความเสี่ยง SC นักวิจัยได้ใช้ระบบการวางแผน TPS TRiP98 เพื่อสร้างแผนการบำบัดคาร์บอนไอออนและโปรตอนที่เหมาะสมทางชีวภาพโดยอาศัยรูปทรงเรขาคณิตในอุดมคติ แผนดังกล่าวได้ฉายรังสีเป้าหมายขนาด 4x4x4 ซม. ด้วยลำแสงอนุภาคเดี่ยวหรือลำแสงฝ่ายตรงข้ามสองลำ โดยมีอวัยวะที่มีความเสี่ยง (OAR) ขนาด 4x4x1 ซม. อยู่ด้านหน้าเป้าหมาย เนื่องจากความไม่แน่นอนในพารามิเตอร์โฟตอน LQ ที่ใช้เป็นข้อมูลเข้าสำหรับ LEM พวกเขาจึงประมาณอัตราส่วนความเสี่ยงของโปรตอนต่อคาร์บอนไอออน แทนที่จะเป็นค่าความเสี่ยงส่วนบุคคล
สำหรับการตั้งค่าในอุดมคติเหล่านี้ แบบจำลองไม่ได้แสดงความต้องการที่ชัดเจนสำหรับโปรตอนหรือไอออนคาร์บอน แต่เผยให้เห็นถึงการพึ่งพาพารามิเตอร์ต่างๆ ที่ซับซ้อน การกระเจิงของไอออนคาร์บอนด้านข้างที่ลดลงทำให้มีความเสี่ยง SC ต่ำกว่าโปรตอนในช่องทางเข้า อย่างไรก็ตาม ไอออนของคาร์บอนสะสมปริมาณที่สูงกว่าไว้ด้านหลังเป้าหมายเนื่องจากการแตกตัวของส่วนท้าย ซึ่งเพิ่มความเสี่ยง SC สำหรับ OAR ที่อยู่ด้านหลังเนื้องอกหลังจากการฉายรังสีคาร์บอนไอออน
สำหรับแผนลำแสงเดี่ยว ความเสี่ยง SC ทั้งหมดสำหรับไอออนคาร์บอนสูงกว่าโปรตอนประมาณ 1.5 เท่า ด้วยลำแสงที่ตรงข้ามกัน 1.16 ลำ ความเสี่ยง SC ทั้งหมดสำหรับโปรตอนจะสูงขึ้น XNUMX เท่า แม้ว่าสิ่งนี้จะเปลี่ยนแปลงอย่างมากขึ้นอยู่กับตำแหน่งเชิงพื้นที่ของปริมาตรที่ไวต่อการตอบสนองที่สันนิษฐานเทียบกับปริมาตรเป้าหมาย
ความไวของรังสีของเนื้อเยื่อ (ต่อโฟตอน) มีผลกระทบสำคัญต่ออัตราส่วนความเสี่ยงของ SC โดยที่ OAR ที่ต้านทานรังสีได้ประโยชน์จากการบำบัดคาร์บอนไอออน และ OAR ที่ละเอียดอ่อนจากลำโปรตอน ในทางตรงกันข้าม รูปแบบการแยกส่วนมีผลกระทบเพียงเล็กน้อยต่อค่าความเสี่ยงที่คาดหวัง
เรขาคณิตของผู้ป่วย
เพื่อตรวจสอบสถานการณ์ทางคลินิก Scholz และเพื่อนร่วมงานได้ประมาณความเสี่ยง SC ในผู้ป่วยมะเร็งต่อมลูกหมาก 10 รายที่เคยรับการรักษาด้วยรังสีโฟตอนที่โรงพยาบาลมหาวิทยาลัย Karolinska พวกเขาสร้างแผนการรักษาสำหรับผู้ป่วยโดยใช้โปรตอนและคาร์บอนไอออนที่สแกนด้านข้างสองช่อง
ดังที่เห็นก่อนหน้านี้ หางของการแตกตัวของไอออนคาร์บอนส่งผลให้เกิดพื้นที่ที่มีปริมาณรังสีต่ำขนาดใหญ่อยู่ด้านหลังเป้าหมาย อย่างไรก็ตาม พื้นที่เป้าหมายที่มีปริมาณสูงมีความสอดคล้องกับคาร์บอนไอออนมากกว่าแผนโปรตอน
ทีมงานได้คำนวณอัตราส่วนความเสี่ยง SC ของโปรตอนต่อคาร์บอนไอออนสำหรับ OAR 10 ชิ้น (กระเพาะปัสสาวะ ไส้ตรง กระดูก และผิวหนัง) สำหรับผู้ป่วย 1.19 ราย สำหรับกระดูกและผิวหนัง แผนโปรตอนให้ความเสี่ยง SC สูงกว่าแผนคาร์บอนไอออนเล็กน้อย โดยมีมัธยฐานอัตราส่วนความเสี่ยงที่ 1.06 และ 0.68 สำหรับกระดูกและผิวหนัง ตามลำดับ อย่างไรก็ตาม สำหรับกระเพาะปัสสาวะและไส้ตรง แผนโปรตอนส่งผลให้ความเสี่ยง SC ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ โดยมีอัตราส่วนความเสี่ยง 0.49 และ XNUMX สำหรับกระเพาะปัสสาวะและไส้ตรง ตามลำดับ
นักวิจัยสรุปว่าข้อมูลเชิงลึกที่ได้รับจากแบบจำลองนี้สามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการรักษาในอนาคตได้ ในปัจจุบัน การสร้างแบบจำลองความเสี่ยงสัมพัทธ์มีความเหมาะสมเป็นหลักในการเป็นเครื่องมือในการเปรียบเทียบสถานการณ์การรักษาที่แตกต่างกันสำหรับผู้ป่วยแต่ละกลุ่ม แต่ Scholz ตั้งข้อสังเกตว่าการนำแบบจำลองดังกล่าวไปใช้ในการวางแผนการรักษาสำหรับผู้ป่วยแต่ละรายจะตรงไปตรงมา
การบำบัดด้วยคาร์บอนไอออนกริดช่วยรักษาเนื้อเยื่อที่แข็งแรง
“มันแค่ต้องมีการวางแผนสำหรับการกระจายขนาดยาที่กำหนดด้วยชุดพารามิเตอร์ทางชีวภาพสองชุดที่แตกต่างกันซึ่งแสดงถึงการฆ่าเซลล์และกระบวนการเปลี่ยนรูปเซลล์ตามลำดับ” เขาอธิบาย “จากนั้น จำเป็นต้องมีการประมวลผลภายหลังผลลัพธ์ 3 มิติด้วยเครื่องมือทางคณิตศาสตร์มาตรฐานเท่านั้น เพื่อให้ได้การกระจายอัตราส่วนความเสี่ยงที่สอดคล้องกัน”
เขากล่าวว่าขั้นตอนต่อไปคือการตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลองโดยเปรียบเทียบกับข้อมูลทางคลินิก “เนื่องจากในปัจจุบันข้อมูลเหล่านี้มีน้อย การขยายแนวทางให้รวมการบำบัดด้วยโฟตอนด้วยและการกำหนดอัตราส่วนความเสี่ยงที่สอดคล้องกันของโปรตอนต่อโฟตอน และไอออนของคาร์บอนต่อโฟตอนจะเป็นขั้นตอนต่อไปที่สำคัญ” Scholz กล่าว โลกฟิสิกส์.
