Tingkat dosis sangat tinggi yang digunakan dalam radioterapi FLASH dapat meningkatkan jangka waktu terapeutik dengan melindungi jaringan normal dari kerusakan radiasi. Beberapa peneliti percaya bahwa berkas proton FLASH mungkin juga tersedia dengan berkas proton yang dipercepat siklotron yang tersedia secara komersial. Namun ketika FLASH dikombinasikan dengan jenis terapi proton paling canggih, lateral pencil-beam scanning (PBS), pengiriman proton PBS yang digunakan untuk mengobati kanker kompleks dengan presisi yang tak tertandingi juga berdampak pada laju dosis lokal yang penting untuk mencapai efek FLASH.
Periset di Pusat Medis Universitas Erasmus, Instituto Superior Técnico dan BelandaPTC ditetapkan untuk memperhitungkan variasi lokal dalam laju dosis yang dihasilkan dari pengiriman proton PBS. Studi terbaru mereka, dilaporkan di Jurnal Internasional Radiasi Onkologi Biologi Fisika, memaksimalkan cakupan FLASH dengan mengoptimalkan pola pemindaian PBS dengan metrik berbasis voxel.
“Kami mencoba mengoptimalkan FLASH melalui optimalisasi laju dosis, tanpa mengorbankan kualitas rencana dalam hal dosis radiasi,” kata penulis utama Rodrigo José Santo. “Kami mencoba untuk membuat jalur yang secara konsisten akan mengoptimalkan cakupan FLASH untuk berbagai bentuk dan ukuran tumor, tanpa mengoptimalkan kembali rencana pengobatan dan mempertimbangkan FLASH sebagai efek lokal yang bergantung pada pola penyampaian sinar pensil.”
Hasilnya: mengoptimalkan rencana pengobatan terapi proton FLASH tanpa mengurangi laju dosis.
PBS sebagai penjual keliling
Masalah travelling salesman mengajukan pertanyaan berikut: “Mengingat daftar kota dan jarak antara masing-masing kota, rute terpendek manakah yang dapat mengunjungi setiap kota tepat satu kali dan kembali ke kota asal?”
Masalah ini, yang telah lama dipelajari oleh para peneliti optimasi kombinasional, merupakan barometer bagi algoritma genetika yang digunakan dalam ilmu komputer dan riset operasi. José Santo, yang saat ini merupakan mahasiswa doktoral di UMC Utrecht namun merupakan mahasiswa master ketika pekerjaan tersebut dilakukan, menyadari bahwa algoritma genetika dapat digunakan untuk memecahkan masalahnya sendiri – mengoptimalkan urutan penyinaran berkas pensil proton untuk memaksimalkan cakupan FLASH .
Pendekatan yang dihasilkan para peneliti menggunakan metrik berbasis voxel yang ditentukan oleh ambang batas dosis tetap untuk menentukan kapan iradiasi voxel tersebut dimulai dan berakhir. Algoritme mengevaluasi laju dosis untuk setiap berkas pensil secara terpisah dan mengasumsikan bahwa FLASH adalah efek lokal dan total waktu iradiasi adalah parameter FLASH yang penting.
Algoritme ini dijalankan pada solusi yang berbeda secara paralel, meskipun kadang-kadang berbagi informasi di antara solusi tersebut. Jarak rata-rata antar balok pensil dimasukkan sebagai fungsi biaya untuk meminimalkan total jarak yang ditempuh pada bidang melintang terhadap arah balok. Algoritma ini diterapkan secara berurutan setelah posisi dan bobot berkas pensil dioptimalkan dan tanpa mengurangi kualitas rencana dalam hal dosis serapan (nominal).
Para peneliti menguji algoritma mereka pada rencana pengobatan menggunakan sinar pensil proton transmisi untuk 20 pasien dengan kanker paru-paru tahap awal dan metastasis paru-paru. (Lesi paru-paru adalah tempat yang ideal untuk FLASH, kata para peneliti – pengobatan proton FLASH saat ini melibatkan sinar energi tinggi yang melewati pasien, bukan sinar puncak Bragg yang digunakan untuk terapi proton konvensional.)
Cakupan median FLASH meningkat dari 6.9% untuk pola pemindaian baris demi baris standar menjadi 29% dengan optimalisasi PBS. Para peneliti mengamati bahwa rencana yang dioptimalkan PBS memiliki tampilan seperti lingkaran. Jendela FLASH hanya berubah sedikit untuk arus pancaran yang sedikit berbeda.
Terapi proton FLASH: mengungkap teknik pengiriman yang optimal
Karena kelompok penelitian lain terutama bekerja untuk mengoptimalkan FLASH pada tingkat perencanaan pengobatan, para peneliti mengatakan bahwa sulit untuk membandingkan hasil mereka yang dioptimalkan PBS dengan penelitian terapi proton FLASH lainnya – sepengetahuan mereka, penelitian ini adalah penelitian pertama yang melakukan penelitian sinar pensil. optimasi pola pengiriman untuk terapi proton FLASH. Mereka kini berfokus pada optimalisasi pemberian PBS untuk target yang lebih besar dan mengintegrasikan optimalisasi laju dosis ke dalam jalur optimalisasi dosis yang sudah ada.
“Terapi radiasi masih terus ditingkatkan, dan efek FLASH merupakan jalan yang menjanjikan untuk mendapatkan hasil pengobatan yang lebih baik bagi pasien. Terapi proton, dikombinasikan dengan algoritma optimasi seperti yang kami kembangkan, merupakan langkah penting untuk mencapai hal tersebut,” kata José Santo. “Naskah kami menggarisbawahi bahwa ada banyak ruang untuk optimalisasi lebih lanjut terapi proton FLASH sebagai modalitas pengobatan, bahkan dengan perangkat keras sinar saat ini.”
