A FLASH sugárterápiában alkalmazott ultramagas dózisteljesítmény növelheti a terápiás ablakot azáltal, hogy megvédi a normál szöveteket a sugárkárosodástól. Egyes kutatók úgy vélik, hogy a FLASH protonsugarak a kereskedelemben kapható ciklotron gyorsítású protonnyalábokkal is elérhetőek lehetnek. De ha a FLASH-t a protonterápia legfejlettebb típusával, az oldalsó ceruzanyaláb-szkenneléssel (PBS) kombinálják, a PBS-protonok, amelyeket a komplex rákok páratlan pontosságú kezelésére használnak, szintén befolyásolják a FLASH-hatás eléréséhez kritikus helyi dózisteljesítményeket.
Kutatók a Erasmus Egyetem Orvosi Központ, Instituto Superior Técnico és a HollandPTC célja, hogy figyelembe vegye a dózisteljesítmény helyi ingadozásait, amelyek a PBS protonszállításából erednek. Legutóbbi tanulmányuk, amelyről beszámoltak International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, maximalizálja a FLASH lefedettséget azáltal, hogy optimalizálja a PBS szkennelési mintát voxel alapú metrikákkal.
„Megpróbáltuk optimalizálni a FLASH-t a dózisteljesítmény optimalizálásával anélkül, hogy a sugárzási dózis tekintetében veszélyeztettük volna a terv minőségét” – mondja Rodrigo José Santo, a vezető szerző. „Olyan csővezetéket próbáltunk létrehozni, amely következetesen optimalizálja a FLASH-lefedettséget a különböző formájú és méretű daganatokhoz, anélkül, hogy újraoptimalizálnánk a kezelési tervet, és a FLASH-t a ceruza-sugár bejuttatási mintától függő helyi hatásként kezelnénk.”
Az eredmény: a FLASH protonterápiás kezelési tervek optimalizálása a dózisteljesítmény feláldozása nélkül.
PBS utazó eladóként
Az utazó eladó probléma felteszi a következő kérdést: „Ha figyelembe vesszük a városok listáját és az egyes várospárok közötti távolságokat, melyik a lehető legrövidebb útvonal, amely pontosan egyszer látogat el minden városba, és visszatér a kiindulási városba?”
Ez a probléma, amelyet a kombinációs optimalizálással foglalkozó kutatók régóta tanulmányoztak, a számítástechnikában és az operációkutatásban használt genetikai algoritmusok barométere. José Santo, aki jelenleg az UMC Utrecht doktorandusz hallgatója, de a munka elvégzésekor mesterszakos hallgató volt, rájött, hogy a genetikai algoritmusok felhasználhatók saját problémái megoldására – a protonceruza sugarak besugárzási sorrendjének optimalizálásával a FLASH lefedettségének maximalizálása érdekében. .
A kutatók eredményül kapott megközelítése egy rögzített dózisküszöbök által meghatározott, voxel-alapú mérőszámot használ annak meghatározására, hogy az adott voxel besugárzása mikor kezdődik és fejeződik be. Az algoritmus mindegyik ceruzanyaláb dózisteljesítményét külön értékeli, és feltételezi, hogy a FLASH egy helyi hatás, és hogy a teljes besugárzási idő kritikus FLASH paraméter.
Az algoritmus párhuzamosan fut különböző megoldásokon, bár időnként megosztja egymással az információkat. A ceruzanyalábok közötti átlagos távolság költségfüggvényként szerepel a sugárirányra keresztben lévő síkban megtett teljes távolság minimalizálása érdekében. Az algoritmust szekvenciálisan alkalmazzák, miután a ceruzanyaláb helyzetét és súlyát optimalizálták, anélkül, hogy a terv minőségét veszélyeztetné a (névleges) elnyelt dózis tekintetében.
A kutatók 20, korai stádiumú tüdőrákban és tüdőáttétben szenvedő betegnél tesztelték algoritmusukat transzmissziós protonceruza nyalábokat használó kezelési terveken. (A kutatók szerint a tüdőelváltozások ideális helyszínek a FLASH számára – a jelenlegi FLASH protonkezelések nagy energiájú nyalábokat tartalmaznak, amelyek áthaladnak a páciensen, nem pedig a hagyományos protonterápiához használt Bragg-csúcs nyalábokat.)
A medián FLASH-lefedettség 6.9%-ról a szabványos soronkénti letapogatási mintáknál 29%-ra javult PBS-optimalizálással. A kutatók megfigyelték, hogy a PBS-re optimalizált tervek örvényszerű megjelenésűek. A FLASH ablak csak kismértékben változott a kis mértékben eltérő sugáráramoknál.
FLASH protonterápia: az optimális szállítási technika feltárása
Mivel más kutatócsoportok elsősorban a FLASH kezelési tervezési szinten történő optimalizálásán dolgoznak, a kutatók szerint nehéz összehasonlítani saját, PBS-re optimalizált eredményeiket más FLASH protonterápiás vizsgálatokkal – tudomásuk szerint ez a tanulmány az első, amely ceruzasugárral végzett munkát. szállítási mintázat optimalizálása FLASH protonterápiához. Most arra összpontosítanak, hogy optimalizálják a PBS-leadást nagyobb célpontokhoz, és integrálják a dózisteljesítmény-optimalizálást meglévő dózisoptimalizálási folyamatukba.
„A sugárterápiát továbbra is folyamatosan fejlesztik, és a FLASH hatás ígéretes út a betegek jobb kezelési eredményeihez. A protonterápia az általunk kifejlesztetthez hasonló optimalizálási algoritmusokkal kombinálva fontos lépést jelent pontosan ennek elérése felé” – mondja José Santo. „Kéziratunk kiemeli, hogy a FLASH protonterápia, mint kezelési mód további optimalizálására még a jelenlegi nyalábos hardver mellett is bőven van lehetőség.”
