Tỷ lệ liều cực cao được sử dụng trong xạ trị FLASH có thể làm tăng cửa sổ điều trị bằng cách bảo vệ các mô bình thường chống lại tác hại của bức xạ. Một số nhà nghiên cứu tin rằng các chùm proton FLASH cũng có thể có sẵn với các chùm proton được gia tốc bằng cyclotron bán sẵn trên thị trường. Nhưng khi FLASH được kết hợp với loại liệu pháp proton tiên tiến nhất, phương pháp quét chùm tia bút chì bên (PBS), chính việc cung cấp proton PBS được sử dụng để điều trị các bệnh ung thư phức tạp với độ chính xác vô song cũng tác động đến tỷ lệ liều cục bộ quan trọng để đạt được hiệu ứng FLASH.
Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Y tế Đại học Erasmus, Viện Kỹ thuật Cao cấp và Hà LanPTC được đặt ra để giải thích cho các biến thể cục bộ về tỷ lệ liều do việc cung cấp proton PBS. Nghiên cứu gần đây của họ, được báo cáo trong Tạp chí quốc tế về ung thư học phóng xạ Vật lý sinh học, tối đa hóa vùng phủ sóng FLASH bằng cách tối ưu hóa mẫu quét PBS với các chỉ số dựa trên điểm ảnh ba chiều.
Tác giả chính Rodrigo José Santo cho biết: “Chúng tôi đang cố gắng tối ưu hóa FLASH thông qua tối ưu hóa tỷ lệ liều lượng mà không ảnh hưởng đến chất lượng kế hoạch về liều lượng bức xạ. “Chúng tôi đang cố gắng thiết lập một quy trình có thể tối ưu hóa nhất quán phạm vi bao phủ của FLASH đối với các hình dạng và kích thước khối u khác nhau mà không cần tối ưu hóa lại kế hoạch điều trị và coi FLASH là một hiệu ứng cục bộ phụ thuộc vào kiểu phân phối chùm tia bút chì.”
Kết quả: tối ưu hóa các kế hoạch điều trị bằng liệu pháp proton FLASH mà không ảnh hưởng đến tỷ lệ liều lượng.
PBS với tư cách là nhân viên bán hàng lưu động
Bài toán người bán hàng du lịch đặt ra câu hỏi sau: “Cho một danh sách các thành phố và khoảng cách giữa mỗi cặp thành phố, con đường ngắn nhất có thể đi qua mỗi thành phố đúng một lần và quay trở lại thành phố ban đầu là gì?”
Vấn đề này, đã được các nhà nghiên cứu tối ưu hóa tổ hợp nghiên cứu từ lâu, là một phong vũ biểu cho các thuật toán di truyền được sử dụng trong nghiên cứu hoạt động và khoa học máy tính. José Santo, hiện đang là nghiên cứu sinh tiến sĩ tại UMC Utrecht nhưng là sinh viên cao học khi công việc được thực hiện, nhận ra rằng các thuật toán di truyền có thể được sử dụng để giải quyết vấn đề của chính ông – tối ưu hóa thứ tự chiếu xạ các chùm bút chì proton để tối đa hóa vùng phủ sóng của FLASH .
Phương pháp kết quả của các nhà nghiên cứu sử dụng một số liệu dựa trên voxel được xác định bởi các ngưỡng liều cố định để xác định thời điểm bắt đầu và kết thúc chiếu xạ của voxel đó. Thuật toán đánh giá suất liều cho từng chùm tia bút chì riêng biệt và giả định rằng FLASH là hiệu ứng cục bộ và tổng thời gian chiếu xạ là một tham số FLASH quan trọng.
Thuật toán được chạy song song trên các giải pháp khác nhau, mặc dù đôi khi nó chia sẻ thông tin giữa chúng. Khoảng cách trung bình giữa các chùm bút chì được bao gồm như một hàm chi phí để giảm thiểu tổng khoảng cách di chuyển trong mặt phẳng ngang với hướng chùm. Thuật toán được áp dụng tuần tự sau khi các vị trí và trọng số của chùm tia bút chì được tối ưu hóa và không ảnh hưởng đến chất lượng sơ đồ về liều hấp thụ (danh nghĩa).
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm thuật toán của họ trên các kế hoạch điều trị bằng cách sử dụng chùm bút chì proton truyền cho 20 bệnh nhân ung thư phổi giai đoạn đầu và di căn phổi. (Các nhà nghiên cứu cho biết các tổn thương phổi là những vị trí lý tưởng cho FLASH – các phương pháp điều trị bằng proton FLASH hiện tại liên quan đến các chùm năng lượng cao đi qua bệnh nhân chứ không phải là các chùm Bragg-peak được khai thác cho liệu pháp proton thông thường.)
Phạm vi bao phủ FLASH trung bình được cải thiện từ 6.9% đối với các mẫu quét từng dòng tiêu chuẩn lên 29% với tối ưu hóa PBS. Các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy rằng các kế hoạch được tối ưu hóa cho PBS có hình dạng giống như một đường xoắn ốc. Cửa sổ FLASH chỉ thay đổi một chút đối với các dòng tia hơi khác nhau.
Liệu pháp FLASH proton: khám phá kỹ thuật phân phối tối ưu
Do các nhóm nghiên cứu khác chủ yếu làm việc để tối ưu hóa FLASH ở cấp độ lập kế hoạch điều trị, nên các nhà nghiên cứu cho biết rất khó để so sánh kết quả tối ưu hóa PBS của chính họ với các nghiên cứu liệu pháp proton FLASH khác – theo hiểu biết của họ, nghiên cứu này là nghiên cứu đầu tiên thực hiện chùm tia bút chì tối ưu hóa mô hình phân phối cho liệu pháp proton FLASH. Họ hiện đang tập trung vào việc tối ưu hóa phân phối PBS cho các mục tiêu lớn hơn và tích hợp tối ưu hóa tỷ lệ liều lượng vào hệ thống tối ưu hóa liều lượng hiện tại của họ.
“Xạ trị vẫn [đang] liên tục được cải thiện và hiệu ứng FLASH là một con đường hứa hẹn mang lại kết quả điều trị tốt hơn cho bệnh nhân. Liệu pháp proton, kết hợp với các thuật toán tối ưu hóa như thuật toán chúng tôi đã phát triển, là một bước quan trọng để đạt được chính xác điều đó,” José Santo nói. “Bản thảo của chúng tôi nhấn mạnh rằng có rất nhiều cơ hội để tối ưu hóa hơn nữa liệu pháp proton FLASH như một phương thức điều trị, ngay cả với phần cứng chùm tia hiện tại.”
