FLASH 방사선 치료에 사용되는 초고선량률은 방사선 손상으로부터 정상 조직을 보호함으로써 치료 범위를 늘릴 수 있습니다. 일부 연구자들은 FLASH 양성자 빔이 상업적으로 이용 가능한 사이클로트론 가속 양성자 빔과 함께 사용될 수도 있다고 믿습니다. 그러나 FLASH가 가장 발전된 유형의 양성자 치료인 측면 연필 빔 스캐닝(PBS)과 결합되면 비교할 수 없는 정밀도로 복잡한 암을 치료하는 데 사용되는 PBS 양성자 전달도 FLASH 효과를 달성하는 데 중요한 국소 선량률에 영향을 미칩니다.
연구원 에라스무스 대학 의료 센터, Instituto Superior Tecnico 과 네덜란드PTC PBS 양성자 전달로 인한 선량률의 지역적 변화를 설명하기 위해 설정되었습니다. 그들의 최근 연구는 국제 방사선 종양학 생물학 물리학 저널, 복셀 기반 메트릭으로 PBS 스캔 패턴을 최적화하여 FLASH 적용 범위를 최대화합니다.
수석 저자인 Rodrigo José Santo는 “우리는 방사선량 측면에서 계획 품질을 손상시키지 않으면서 선량률 최적화를 통해 FLASH를 최적화하려고 노력했습니다.”라고 말했습니다. "우리는 치료 계획을 다시 최적화하지 않고 FLASH를 연필빔 전달 패턴에 따른 국소 효과로 고려하지 않고 다양한 종양 모양과 크기에 대해 FLASH 적용 범위를 지속적으로 최적화하는 파이프라인을 설정하려고 노력하고 있었습니다."
결과: 선량률을 저하시키지 않고 FLASH 양성자 치료 치료 계획을 최적화합니다.
여행하는 판매원으로서의 PBS
여행하는 외판원 문제는 다음과 같은 질문을 던집니다. "도시 목록과 각 도시 쌍 사이의 거리가 주어지면 각 도시를 정확히 한 번 방문하고 원래 도시로 돌아오는 가장 짧은 경로는 무엇입니까?"
조합 최적화 연구자들이 오랫동안 연구해온 이 문제는 컴퓨터 과학 및 운영 연구에 사용되는 유전 알고리즘의 바로미터입니다. 현재 UMC Utrecht에서 박사 과정을 밟고 있지만 작업을 수행할 당시 석사 과정을 밟고 있던 José Santo는 유전자 알고리즘을 사용하여 자신의 문제를 해결할 수 있다는 것을 깨달았습니다. 즉, 양성자 연필 빔이 조사되는 순서를 최적화하여 FLASH 적용 범위를 최대화하는 것입니다. .
연구진의 결과적인 접근 방식은 고정 선량 임계값으로 정의된 복셀 기반 측정법을 사용하여 해당 복셀의 조사가 시작되고 끝나는 시기를 결정합니다. 알고리즘은 각 연필 빔의 선량률을 개별적으로 평가하고 FLASH가 국지적 효과이며 총 조사 시간이 중요한 FLASH 매개변수라고 가정합니다.
알고리즘은 서로 다른 솔루션에서 병렬로 실행되지만 때때로 솔루션 간에 정보를 공유합니다. 연필 빔 사이의 평균 거리는 빔 방향을 가로지르는 평면에서 이동한 총 거리를 최소화하기 위해 비용 함수로 포함됩니다. 알고리즘은 연필 빔 위치와 가중치가 최적화된 후 (명목) 흡수선량 측면에서 계획 품질을 손상시키지 않고 순차적으로 적용됩니다.
연구진은 초기 폐암 및 폐 전이 환자 20명을 대상으로 전송 양성자 연필 빔을 사용하여 치료 계획에 대한 알고리즘을 테스트했습니다. (폐 병변은 FLASH에 이상적인 부위라고 연구원들은 말합니다. 현재 FLASH 양성자 치료에는 기존 양성자 치료에 사용되는 브래그 피크 빔이 아닌 환자를 통과하는 고에너지 빔이 포함됩니다.)
FLASH 적용 범위 중앙값은 표준 라인별 스캔 패턴의 6.9%에서 PBS 최적화를 통해 29%로 향상되었습니다. 연구자들은 PBS에 최적화된 계획이 소용돌이 모양으로 나타나는 것을 관찰했습니다. FLASH 창은 약간 다른 빔 전류에 대해서만 약간만 변경되었습니다.
FLASH 양성자 치료: 최적의 전달 기술 발견
다른 연구 그룹은 주로 치료 계획 수준에서 FLASH를 최적화하기 위해 노력하고 있기 때문에 연구자들은 자신의 PBS 최적화 결과를 다른 FLASH 양성자 치료 연구와 비교하는 것이 어렵다고 말합니다. 그들이 아는 한, 이 연구는 연필 빔을 수행한 최초의 연구입니다. FLASH 양성자 치료를 위한 전달 패턴 최적화. 그들은 이제 더 큰 표적을 위해 PBS 전달을 최적화하고 선량률 최적화를 기존 선량 최적화 파이프라인에 통합하는 데 중점을 두고 있습니다.
“방사선 요법은 여전히 지속적으로 개선되고 있으며 FLASH 효과는 환자에게 더 나은 치료 결과를 제공하는 유망한 경로입니다. 우리가 개발한 것과 같은 최적화 알고리즘과 결합된 양성자 치료는 이를 정확하게 달성하기 위한 중요한 단계입니다.”라고 José Santo는 말합니다. "우리 원고는 현재의 빔 하드웨어를 사용하더라도 치료 양식으로서 FLASH 양성자 치료를 더욱 최적화할 여지가 많다는 점을 강조합니다."
