I tassi di dose ultra elevati utilizzati nella radioterapia FLASH possono aumentare la finestra terapeutica proteggendo i tessuti normali dai danni da radiazioni. Alcuni ricercatori ritengono che i fasci di protoni FLASH potrebbero essere disponibili anche con fasci di protoni accelerati da ciclotrone disponibili in commercio. Ma quando FLASH è combinato con il tipo più avanzato di terapia protonica, la scansione laterale a fascio di matita (PBS), le stesse consegne di protoni PBS utilizzate per trattare tumori complessi con una precisione senza pari influiscono anche sui tassi di dose locali fondamentali per ottenere l'effetto FLASH.
Ricercatori a Centro medico universitario Erasmus, Istituto Superiore Tecnico ed HollandPTC stabilito per tenere conto delle variazioni locali nella velocità di dose risultanti dalla consegna del protone PBS. Il loro recente studio, riportato in Giornale internazionale di fisica della biologia dell'oncologia delle radiazioni, massimizza la copertura FLASH ottimizzando il modello di scansione PBS con metriche basate su voxel.
"Stavamo cercando di ottimizzare FLASH attraverso l'ottimizzazione del rateo di dose, senza compromettere la qualità del piano in termini di dose di radiazioni", afferma l'autore principale Rodrigo José Santo. "Stavamo cercando di creare una pipeline che ottimizzasse costantemente la copertura FLASH per diverse forme e dimensioni del tumore, senza ri-ottimizzare il piano di trattamento e considerando FLASH come un effetto locale dipendente dal modello di erogazione del raggio di matita".
Il risultato: ottimizzazione dei piani di trattamento della terapia protonica FLASH senza compromettere il dosaggio.
PBS come venditore ambulante
Il problema del commesso viaggiatore pone la seguente domanda: "Dato un elenco di città e le distanze tra ciascuna coppia di città, qual è il percorso più breve possibile che visiti ciascuna città esattamente una volta e ritorni alla città di origine?"
Questo problema, a lungo studiato dai ricercatori di ottimizzazione combinatoria, è un barometro per gli algoritmi genetici utilizzati nell'informatica e nella ricerca operativa. José Santo, che attualmente è uno studente di dottorato presso l'UMC Utrecht ma era uno studente di master quando il lavoro è stato eseguito, si è reso conto che gli algoritmi genetici potevano essere utilizzati per risolvere il suo stesso problema, ottimizzando l'ordine in cui i fasci di matita protonica vengono irradiati per massimizzare la copertura FLASH .
L'approccio risultante dai ricercatori utilizza una metrica basata su voxel definita da soglie di dose fisse per determinare quando inizia e finisce l'irradiazione di quel voxel. L'algoritmo valuta separatamente il rateo di dose per ciascun fascio di matita e presuppone che FLASH sia un effetto locale e che il tempo totale di irradiazione sia un parametro FLASH critico.
L'algoritmo viene eseguito su diverse soluzioni in parallelo, sebbene occasionalmente condivida informazioni tra di loro. La distanza media tra le travi a matita è inclusa come funzione di costo per minimizzare la distanza totale percorsa nel piano trasversale alla direzione della trave. L'algoritmo viene applicato in sequenza dopo che le posizioni ei pesi del fascio di matita sono stati ottimizzati e senza compromettere la qualità del piano in termini di dose (nominale) assorbita.
I ricercatori hanno testato il loro algoritmo su piani di trattamento utilizzando fasci di matita protonica a trasmissione per 20 pazienti con carcinoma polmonare in stadio iniziale e metastasi polmonari. (Le lesioni polmonari sono siti ideali per FLASH, affermano i ricercatori: gli attuali trattamenti protonici FLASH coinvolgono raggi ad alta energia che passano attraverso il paziente piuttosto che i raggi del picco di Bragg sfruttati per la terapia protonica convenzionale.)
La copertura FLASH mediana è migliorata dal 6.9% per i pattern di scansione riga per riga standard al 29% con l'ottimizzazione PBS. I ricercatori hanno osservato che i piani ottimizzati per PBS hanno un aspetto simile a un vortice. La finestra FLASH è cambiata solo leggermente per correnti del raggio leggermente diverse.
Terapia protonica FLASH: scoprire la tecnica di somministrazione ottimale
Poiché altri gruppi di ricerca stanno lavorando principalmente per ottimizzare FLASH a livello di pianificazione del trattamento, i ricercatori affermano che è difficile confrontare i propri risultati ottimizzati con PBS con altri studi sulla terapia protonica FLASH: a loro conoscenza, questo studio è il primo a eseguire il fascio di matita ottimizzazione del modello di consegna per la terapia protonica FLASH. Ora si stanno concentrando sull'ottimizzazione della somministrazione di PBS per obiettivi più grandi e sull'integrazione dell'ottimizzazione della velocità di dose nella pipeline di ottimizzazione della dose esistente.
“La radioterapia è ancora [in corso] di continuo miglioramento e l'effetto FLASH è un percorso promettente per migliori risultati terapeutici per i pazienti. La terapia protonica, combinata con algoritmi di ottimizzazione come quello che abbiamo sviluppato, è un passo importante verso il raggiungimento di questo obiettivo", afferma José Santo. "Il nostro manoscritto sottolinea che c'è molto spazio per un'ulteriore ottimizzazione della terapia protonica FLASH come modalità di trattamento, anche con l'attuale hardware del raggio".
