As taxas de dose ultra-elevadas utilizadas na radioterapia FLASH podem aumentar a janela terapêutica, protegendo os tecidos normais contra os danos da radiação. Alguns pesquisadores acreditam que os feixes de prótons FLASH também podem estar disponíveis com feixes de prótons acelerados por ciclotron disponíveis comercialmente. Mas quando o FLASH é combinado com o tipo mais avançado de terapia de prótons, a varredura lateral por feixe de lápis (PBS), os próprios fornecimentos de prótons do PBS usados para tratar cânceres complexos com precisão incomparável também impactam as taxas de dose locais críticas para alcançar o efeito FLASH.
Pesquisadores em Centro Médico da Universidade Erasmus, Instituto Superior Técnico e HolandaPTC estabelecido para levar em conta as variações locais na taxa de dose resultantes da entrega de prótons de PBS. Seu estudo recente, relatado em Diário Internacional de Oncologia de Radiação, Biologia e Física, maximiza a cobertura FLASH otimizando o padrão de varredura PBS com métricas baseadas em voxel.
“Estávamos tentando otimizar o FLASH através da otimização da taxa de dose, sem comprometer a qualidade do plano em termos de dose de radiação”, afirma o autor principal Rodrigo José Santo. “Estávamos tentando estabelecer um pipeline que otimizasse consistentemente a cobertura do FLASH para diferentes formatos e tamanhos de tumores, sem reotimizar o plano de tratamento e considerando o FLASH como um efeito local dependente do padrão de distribuição do feixe de lápis”.
O resultado: otimizar os planos de tratamento da terapia de prótons FLASH sem comprometer a taxa de dose.
PBS como vendedor ambulante
O problema do caixeiro viajante coloca a seguinte questão: “Dada uma lista de cidades e as distâncias entre cada par de cidades, qual é o caminho mais curto possível que visita cada cidade exatamente uma vez e retorna à cidade de origem?”
Este problema, há muito estudado por pesquisadores de otimização combinacional, é um barômetro para algoritmos genéticos usados em ciência da computação e pesquisa operacional. José Santo, que atualmente é aluno de doutorado na UMC Utrecht, mas era aluno de mestrado quando o trabalho foi realizado, percebeu que algoritmos genéticos poderiam ser usados para resolver seu próprio problema – otimizando a ordem em que os feixes de prótons lápis são irradiados para maximizar a cobertura FLASH .
A abordagem resultante dos pesquisadores usa uma métrica baseada em voxel definida por limites de dose fixos para determinar quando a irradiação desse voxel começa e termina. O algoritmo avalia a taxa de dose para cada feixe de lápis separadamente e assume que o FLASH é um efeito local e que o tempo total de irradiação é um parâmetro crítico do FLASH.
O algoritmo é executado em diferentes soluções em paralelo, embora ocasionalmente compartilhe informações entre elas. A distância média entre os feixes lápis é incluída como uma função de custo para minimizar a distância total percorrida no plano transversal à direção do feixe. O algoritmo é aplicado sequencialmente após a otimização das posições e pesos do feixe de lápis e sem comprometer a qualidade do plano em termos de dose (nominal) absorvida.
Os pesquisadores testaram seu algoritmo em planos de tratamento usando feixes de prótons de transmissão para 20 pacientes com câncer de pulmão em estágio inicial e metástases pulmonares. (Lesões pulmonares são locais ideais para FLASH, dizem os pesquisadores – os atuais tratamentos de prótons FLASH envolvem feixes de alta energia que passam através do paciente, em vez dos feixes de pico de Bragg aproveitados para terapia convencional de prótons.)
A cobertura FLASH mediana melhorou de 6.9% para padrões de varredura padrão linha por linha para 29% com otimização PBS. Os pesquisadores observaram que os planos otimizados para PBS têm uma aparência semelhante a um verticilo. A janela FLASH mudou apenas ligeiramente para correntes de feixe marginalmente diferentes.
Terapia de prótons FLASH: descobrindo a técnica de entrega ideal
Como outros grupos de pesquisa estão trabalhando principalmente para otimizar o FLASH no nível de planejamento do tratamento, os pesquisadores dizem que é um desafio comparar seus próprios resultados otimizados com PBS com outros estudos de terapia de prótons FLASH – até onde sabem, este estudo é o primeiro a realizar feixe de lápis otimização do padrão de entrega para terapia de prótons FLASH. Eles agora estão se concentrando na otimização da entrega de PBS para alvos maiores e na integração da otimização da taxa de dose em seu pipeline de otimização de dose existente.
“A radioterapia ainda está sendo continuamente melhorada e o efeito FLASH é um caminho promissor para melhores resultados de tratamento para os pacientes. A terapia de protões, aliada a algoritmos de otimização como o que desenvolvemos, é um passo importante para conseguirmos exatamente isso”, afirma José Santo. “Nosso manuscrito sublinha que há muito espaço para otimização adicional da terapia de prótons FLASH como modalidade de tratamento, mesmo com o hardware de feixe atual.”
