FLASH-sädehoidossa käytetyt erittäin suuret annosnopeudet voivat lisätä terapeuttista ikkunaa suojaamalla normaaleja kudoksia säteilyvaurioilta. Jotkut tutkijat uskovat, että FLASH-protonisäteitä voi olla saatavana myös kaupallisesti saatavien syklotronikiihdytettyjen protonisäteiden kanssa. Mutta kun FLASH yhdistetään edistyneimpään protonihoitoon, lateraaliseen kynäsädeskannaukseen (PBS), juuri PBS-protonin siirrot, joita käytetään monimutkaisten syöpien hoitoon verrattoman tarkasti, vaikuttavat myös paikallisiin annosnopeuksiin, jotka ovat kriittisiä FLASH-vaikutuksen saavuttamiseksi.
Tutkijat Erasmus-yliopiston lääketieteellinen keskus, Instituto Superior Técnico ja HollandPTC ottaa huomioon paikalliset vaihtelut annosnopeudessa, jotka johtuvat PBS-protonin toimituksesta. Heidän tuoreen tutkimuksensa, joka raportoi vuonna International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, maksimoi FLASH-peiton optimoimalla PBS-skannauskuvion vokselipohjaisilla mittareilla.
"Yritimme optimoida FLASHia optimoimalla annosnopeutta tinkimättä suunnitelman laadusta säteilyannoksen suhteen", sanoo johtava kirjoittaja Rodrigo José Santo. "Yritimme perustaa putkilinjan, joka optimoi FLASH-peiton johdonmukaisesti eri muodoille ja kokoisille kasvaimille optimoimatta hoitosuunnitelmaa uudelleen ja pitämättä FLASHia paikallisena vaikutuksena, joka riippuu kynäsäteen levityskuviosta."
Tulos: FLASH-protonihoidon hoitosuunnitelmien optimointi annosnopeudesta tinkimättä.
PBS matkustavana myyjänä
Matkamyyjän ongelma esittää seuraavan kysymyksen: "Mikä on lyhin mahdollinen reitti, joka vierailee kussakin kaupungissa täsmälleen kerran ja palaa alkuperäiseen kaupunkiin, kun otetaan huomioon kaupunkiluettelo ja kunkin kaupunkiparin väliset etäisyydet?"
Tämä yhdistelmäoptimoinnin tutkijoiden pitkään tutkima ongelma on barometri tietojenkäsittelytieteen ja operaatiotutkimuksen geneettisille algoritmeille. José Santo, joka on tällä hetkellä tohtoriopiskelija UMC Utrechtissa, mutta oli maisteriopiskelija työn suorittamisen aikana, tajusi, että geneettisiä algoritmeja voidaan käyttää hänen oman ongelmansa ratkaisemiseen – protonikynäsäteiden säteilytysjärjestyksen optimoimiseksi FLASH-peiton maksimoimiseksi. .
Tutkijoiden tuloksena saatu lähestymistapa käyttää kiinteiden annoskynnysten määrittelemää vokseliin perustuvaa metriikkaa sen määrittämiseksi, milloin kyseisen vokselin säteilytys alkaa ja päättyy. Algoritmi arvioi annosnopeuden jokaiselle kynäsäteelle erikseen ja olettaa, että FLASH on paikallinen vaikutus ja että kokonaissäteilytysaika on kriittinen FLASH-parametri.
Algoritmi ajetaan eri ratkaisuilla rinnakkain, vaikka se välillä jakaa tietoa välillä. Keskimääräinen kynäsäteiden välinen etäisyys on sisällytetty kustannusfunktiona minimoimaan säteen suuntaan nähden poikittain kulkeva kokonaismatka. Algoritmia sovelletaan peräkkäin sen jälkeen, kun kynäsäteen paikat ja painot on optimoitu ja ilman, että suunnitelman laatu (nimellis) absorboituneena annoksena vaarantuu.
Tutkijat testasivat algoritmiaan hoitosuunnitelmissa käyttämällä protonikynäsäteitä 20 potilaalle, joilla oli varhaisen vaiheen keuhkosyöpä ja keuhkojen etäpesäkkeitä. (Keuhkovauriot ovat ihanteellisia paikkoja FLASHille, tutkijat sanovat – nykyiset FLASH-protonihoidot sisältävät korkean energian säteitä, jotka kulkevat potilaan läpi tavanomaiseen protonihoitoon valjastettujen Bragg-huipun säteiden sijaan.)
Mediaani FLASH-peitto parani 6.9 %:sta standardirivi-rivi-skannauskuvioissa 29 %:iin PBS-optimoinnin avulla. Tutkijat havaitsivat, että PBS-optimoidut suunnitelmat näyttävät pyöreältä. FLASH-ikkuna muuttui vain hieman marginaalisesti erilaisilla sädevirroilla.
FLASH-protoniterapia: optimaalisen toimitustekniikan paljastaminen
Koska muut tutkimusryhmät työskentelevät ensisijaisesti FLASHin optimoimiseksi hoidon suunnittelun tasolla, tutkijoiden mukaan on haastavaa verrata omia PBS-optimoituja tuloksiaan muihin FLASH-protoniterapiatutkimuksiin – heidän tietämyksensä mukaan tämä tutkimus on ensimmäinen, joka suorittaa kynäsäteen. toimituskuvion optimointi FLASH-protonihoitoon. He keskittyvät nyt PBS-toimituksen optimointiin suurempia kohteita varten ja integroivat annosnopeuden optimoinnin olemassa olevaan annoksen optimointiputkistoonsa.
"Sädehoitoa parannetaan edelleen jatkuvasti, ja FLASH-vaikutus on lupaava tapa parantaa potilaiden hoitotuloksia. Protoniterapia yhdistettynä kehittämiimme optimointialgoritmeihin on tärkeä askel kohti juuri sitä”, José Santo sanoo. "Käsikirjoituksessamme korostetaan, että FLASH-protoniterapian optimoinnille hoitomuotona on paljon tilaa, jopa nykyisellä sädelaitteistolla."
