Las tasas de dosis ultraaltas utilizadas en la radioterapia FLASH pueden aumentar la ventana terapéutica al proteger los tejidos normales contra el daño por radiación. Algunos investigadores creen que los haces de protones FLASH también podrían estar disponibles con haces de protones acelerados por ciclotrón disponibles comercialmente. Pero cuando FLASH se combina con el tipo más avanzado de terapia de protones, la exploración lateral con haz de lápiz (PBS), las mismas entregas de protones de PBS utilizadas para tratar cánceres complejos con una precisión incomparable también impactan las tasas de dosis locales críticas para lograr el efecto FLASH.
Investigadores en Centro Médico Universitario Erasmus, Instituto Superior Técnico y HolandaPTC se propuso tener en cuenta las variaciones locales en la tasa de dosis resultantes de la entrega de protones de PBS. Su reciente estudio, publicado en Revista internacional de radiación en oncología, biología, física, maximiza la cobertura FLASH optimizando el patrón de escaneo de PBS con métricas basadas en vóxeles.
"Estábamos tratando de optimizar FLASH mediante la optimización de la tasa de dosis, sin comprometer la calidad del plan en términos de dosis de radiación", dice el autor principal Rodrigo José Santo. "Estábamos tratando de establecer un proceso que optimizara consistentemente la cobertura FLASH para diferentes formas y tamaños de tumores, sin volver a optimizar el plan de tratamiento y considerar FLASH como un efecto local que depende del patrón de administración del haz de lápiz".
El resultado: optimizar los planes de tratamiento de terapia de protones FLASH sin comprometer la tasa de dosis.
PBS como vendedor ambulante
El problema del viajante plantea la siguiente pregunta: "Dada una lista de ciudades y las distancias entre cada par de ciudades, ¿cuál es la ruta más corta posible que visita cada ciudad exactamente una vez y regresa a la ciudad de origen?"
Este problema, estudiado durante mucho tiempo por investigadores de optimización combinacional, es un barómetro de los algoritmos genéticos utilizados en informática e investigación de operaciones. José Santo, que actualmente es estudiante de doctorado en la UMC Utrecht pero era estudiante de maestría cuando se realizó el trabajo, se dio cuenta de que se podían usar algoritmos genéticos para resolver su propio problema, optimizando el orden en que se irradian los haces de lápiz de protones para maximizar la cobertura de FLASH. .
El enfoque resultante de los investigadores utiliza una métrica basada en vóxeles definida por umbrales de dosis fijos para determinar cuándo comienza y termina la irradiación de ese vóxel. El algoritmo evalúa la tasa de dosis para cada haz de lápiz por separado y supone que FLASH es un efecto local y que el tiempo total de irradiación es un parámetro FLASH crítico.
El algoritmo se ejecuta en diferentes soluciones en paralelo, aunque ocasionalmente comparte información entre ellas. La distancia promedio entre haces de lápiz se incluye como función de costo para minimizar la distancia total recorrida en el plano transversal a la dirección del haz. El algoritmo se aplica secuencialmente después de optimizar las posiciones y los pesos del haz de lápiz y sin comprometer la calidad del plan en términos de dosis absorbida (nominal).
Los investigadores probaron su algoritmo en planes de tratamiento utilizando haces de lápiz de protones de transmisión para 20 pacientes con cáncer de pulmón en etapa temprana y metástasis pulmonares. (Las lesiones pulmonares son sitios ideales para FLASH, dicen los investigadores; los tratamientos de protones FLASH actuales implican haces de alta energía que atraviesan al paciente en lugar de los haces de pico de Bragg aprovechados para la terapia de protones convencional).
La cobertura FLASH mediana mejoró del 6.9 % para los patrones de escaneo estándar línea por línea al 29 % con la optimización de PBS. Los investigadores observaron que los planes optimizados para PBS tienen una apariencia de espiral. La ventana FLASH cambió sólo ligeramente para corrientes de haz marginalmente diferentes.
Terapia de protones FLASH: descubrimiento de la técnica de administración óptima
Dado que otros grupos de investigación están trabajando principalmente para optimizar FLASH en el nivel de planificación del tratamiento, los investigadores dicen que es un desafío comparar sus propios resultados optimizados con PBS con otros estudios de terapia de protones FLASH; hasta donde saben, este estudio es el primero en realizar pruebas de haz de lápiz. Optimización del patrón de entrega para la terapia de protones FLASH. Ahora se están centrando en optimizar la entrega de PBS para objetivos más grandes e integrar la optimización de la tasa de dosis en su línea de optimización de dosis existente.
“La radioterapia todavía se mejora continuamente y el efecto FLASH es un camino prometedor hacia mejores resultados del tratamiento para los pacientes. La terapia de protones, combinada con algoritmos de optimización como el que hemos desarrollado, es un paso importante para lograr exactamente eso”, afirma José Santo. "Nuestro manuscrito subraya que hay mucho espacio para una mayor optimización de la terapia de protones FLASH como modalidad de tratamiento, incluso con el hardware de haz actual".
