Bộ lọc sườn dành riêng cho bệnh nhân cho phép liệu pháp proton FLASH phù hợp

Liệu pháp xạ trị cơ thể lập thể (SBRT) là một phương pháp điều trị ung thư chính xác mang lại ít phân số bức xạ liều cao hơn so với xạ trị truyền thống. SBRT có thể cung cấp khả năng kiểm soát khối u cục bộ tuyệt vời, nhưng đối với một số vị trí khối u, nó có nguy cơ khiến các cơ quan có nguy cơ (OAR) gần đó tiếp xúc với mức độ chiếu xạ không thể chấp nhận được. SBRT dựa trên proton cung cấp khả năng tiết kiệm OAR tốt hơn, nhưng vẫn yêu cầu một số giới hạn điều trị có thể hạn chế khả năng ứng dụng lâm sàng của nó.

Liệu pháp xạ trị FLASH, trong đó bức xạ được phân phối ở tốc độ liều cực cao, có thể cho phép loại bỏ OAR hơn nữa. Để điều tra tiềm năng của nó, một nhóm nghiên cứu đứng đầu tại Đại học Emory đang phát triển một khuôn khổ để tối ưu hóa việc cung cấp liệu pháp proton nhằm đáp ứng nhu cầu của xạ trị FLASH.

Hầu hết các hệ thống trị liệu bằng proton hiện đại có thể đạt được tỷ lệ liều FLASH bằng cách sử dụng chùm truyền năng lượng cao đi qua bệnh nhân, gửi liều trên suốt đường đi của nó. Tuy nhiên, cách tiếp cận này loại bỏ ưu điểm chính của liệu pháp proton: khả năng cung cấp liều lượng ở đỉnh Bragg trải rộng. Để cải thiện sự phù hợp ở tỷ lệ liều FLASH, Lưu Thụy và các đồng nghiệp đề xuất rằng các bộ lọc sườn dành riêng cho bệnh nhân có thể cung cấp phân bố liều tương tự như liệu pháp proton điều biến cường độ thông thường (IMPT).

Đối với phương pháp điều trị FLASH, liều lượng, suất liều trung bình theo liều (DADR) và truyền năng lượng tuyến tính trung bình theo liều (LET_d) đều ảnh hưởng đến phản ứng sinh học. Do đó, các nhà nghiên cứu đã phát triển một khung tối ưu hóa vật lý tích hợp (IPO) đồng thời tối ưu hóa ba tham số này để tối đa hóa việc tiết kiệm OAR trong kế hoạch điều trị của bệnh nhân. Khung, được mô tả trong Tạp chí Quốc tế về Bức xạ Ung thư, Sinh học, Vật lý, sử dụng chức năng mục tiêu IPO-IMPT để cung cấp nhiều giải pháp cho việc thiết kế các bộ lọc sườn dành riêng cho bệnh nhân và bản đồ điểm proton.

Các bộ lọc sườn núi, được sử dụng kết hợp với một bộ bù phạm vi, bao gồm một dãy các chân hình ziggurat giúp trải rộng đỉnh Bragg từ chùm tia 250 MeV để bao phủ khối lượng mục tiêu lập kế hoạch chùm tia cụ thể. Nhóm đã phát triển phần mềm lập kế hoạch nghịch đảo để xác định vị trí chốt cho bộ lọc dành riêng cho bệnh nhân và sử dụng mô phỏng Monte Carlo dựa trên Geant4 để cung cấp ma trận ảnh hưởng liều lượng và LET.

kế hoạch bệnh nhân

Để chứng minh khuôn khổ IPO-IMPT, các nhà nghiên cứu đã phát triển các kế hoạch điều trị cho ba bệnh nhân ung thư phổi. Họ đã kê liều 50 Gy (năm phần 10 Gy) cho thể tích mục tiêu lâm sàng, với liều điểm nóng tối đa là 62.5 Gy. Tùy thuộc vào tham số nào được ưu tiên, các kế hoạch nhằm mục đích tăng vùng phủ sóng FLASH và/hoặc giảm LET_d, trong khi duy trì liều lượng mục tiêu.

Đối với bệnh nhân 1, người có khối u phổi trung tâm gần tim, OAR là tim và phổi. Đối với trường hợp này, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một kế hoạch IPO-IMPT đơn chùm với mục đích giảm LET_d đến tim trong khi vẫn duy trì phạm vi bao phủ mục tiêu. Kế hoạch IPO-IMPT đã đáp ứng mục tiêu này, thể hiện phạm vi mục tiêu tương tự như kế hoạch IMPT thông thường nhưng giảm đáng kể LET_d đến trái tim.

Bệnh nhân 2 có khối u di căn ở thùy dưới bên phải và bệnh nhân 3 có khối u ở hạch dưới carinal. Trong những trường hợp này, thực quản cũng là một OAR và mục tiêu chính là bảo tồn thực quản. Đối với cả IPO-IMPT và IMPT, gần như 100% thể tích đánh giá thực quản đều đạt ngưỡng FLASH 40 Gy/s, Đối với bệnh nhân 2, IPO-IMPT giảm nhẹ LET_d cho tim và thực quản và tăng độ bao phủ FLASH cho tim.

Thiết kế chốt thưa

Các bộ lọc sườn thông thường được thiết kế bằng cách sử dụng khung IPO-IMPT đã loại bỏ có chọn lọc các OAR bằng cách giảm LET và tăng vùng phủ sóng FLASH. Tuy nhiên, các bộ lọc sườn núi thưa thớt, từ đó một số chân bị bỏ qua, mang lại khả năng tăng thêm tiết kiệm OAR. Việc loại bỏ các chốt bộ lọc tại các vị trí cụ thể sẽ mang lại dòng proton cao hơn, trong khi các chốt còn lại vẫn cung cấp phạm vi bao phủ mục tiêu đầy đủ.

Đối với bệnh nhân 1, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một kế hoạch IPO-IMPT với các bộ lọc sườn núi thưa thớt và nhiều chùm tia. So sánh với kế hoạch IMPT sử dụng bộ lọc sườn núi thông thường cho thấy, đối với cả hai, phạm vi bao phủ khối u được duy trì và các điểm nóng được kiểm soát tốt. Tuy nhiên, các bộ lọc sườn núi thưa thớt đã tăng thể tích OAR nhận được tỷ lệ liều FLASH lần lượt là 31% và 50% đối với thể tích đánh giá tim và phổi.

Các bộ lọc sườn núi thưa thớt cung cấp tính linh hoạt để nhận ra toàn bộ tiềm năng của khung IPO-IMPT. Ví dụ, mức tháo ghim có thể được điều chỉnh cho phù hợp với từng trường hợp bệnh nhân. Ngưỡng loại bỏ 50% ghim mang lại kết quả hợp lý cho khối u lớn của bệnh nhân 1, trong khi ngưỡng 30% là điểm khởi đầu tốt cho các mục tiêu nhỏ hơn của bệnh nhân 2 và 3, những người có kế hoạch dựa trên bộ lọc sườn núi thưa thớt đã tăng DADR trong thực quản trong khi duy trì khối u phủ sóng.

Cuối cùng, để xác minh rằng cụm bộ lọc sườn núi (chân bộ lọc và bộ bù) có thể cung cấp liều dự đoán hay không, các nhà nghiên cứu đã in 3D một bộ lọc sườn núi dành riêng cho bệnh nhân. Họ đã đưa ra một kế hoạch điều trị được thiết kế để cung cấp liều lượng mục tiêu thống nhất và thực hiện các phép đo liều lượng với dãy buồng ion hóa. Tổng tỷ lệ vượt qua gamma là 92.9% đối với liều tuyệt đối, vượt quá tiêu chí vượt qua bệnh nhân tiêu chuẩn là 90% và chứng minh rằng tổ hợp có thể mang lại sự phân bố liều chấp nhận được về mặt lâm sàng.

NPL giới thiệu phép đo liều tuyệt đối cho chùm proton FLASH

“Nghiên cứu bằng chứng về khái niệm này cho thấy tính khả thi của việc sử dụng khung IPO-IMPT để thực hiện liệu pháp proton cơ thể lập thể FLASH, tính đến liều lượng, DADR và ​​LET_d đồng thời,” các nhà nghiên cứu kết luận. “Phương pháp mới lạ này sẽ tạo điều kiện cung cấp các trường proton phù hợp với tốc độ FLASH cho các nghiên cứu lâm sàng và tiền lâm sàng.”

Tác giả Cao cấp Lý Vĩnh Lâm nói Thế giới vật lý rằng nhóm hy vọng sẽ phát triển hơn nữa phần mềm của mình cho các ứng dụng như vậy. Lin giải thích: “Văn phòng Chuyển giao Công nghệ của Emory đã khuyến khích chúng tôi thành lập một công ty khởi nghiệp, Giải pháp Tối ưu hóa Sinh học Xạ trị (RBO). “RBO được Chương trình Hỗ trợ Người đăng ký của Viện Y tế Quốc gia chấp nhận để nộp khoản trợ cấp R41 chuyển giao công nghệ dành cho doanh nghiệp nhỏ cho Viện Ung thư Quốc gia trước ngày 5 tháng 41. IBA, nhà cung cấp liệu pháp hạt lớn nhất và bộ phận đo liều lượng của IBA sẽ xác nhận đề xuất tài trợ RXNUMX của RBO. ”

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/patient-specific-ridge-filters-enable-conformal-flash-proton-therapy/