Сверхвысокие мощности дозы, используемые при FLASH-радиотерапии, могут увеличить терапевтическое окно, защищая нормальные ткани от радиационного повреждения. Некоторые исследователи считают, что протонные пучки FLASH могут быть также доступны с коммерчески доступными протонными пучками, ускоряемыми циклотроном. Но когда FLASH сочетается с наиболее передовым типом протонной терапии, латеральным сканированием карандашным лучом (PBS), то та самая доставка протонов PBS, используемая для лечения сложных видов рака с беспрецедентной точностью, также влияет на локальные мощности дозы, необходимые для достижения эффекта FLASH.
Исследователи Медицинский центр Университета Эразмус, Высший технический институт и ГолландияPTC предназначен для учета локальных изменений мощности дозы в результате доставки протонов PBS. Их недавнее исследование, опубликованное в Международный журнал радиационной онкологии Биология Физика, максимизирует покрытие FLASH за счет оптимизации шаблона сканирования PBS с помощью метрик на основе вокселей.
«Мы пытались оптимизировать FLASH за счет оптимизации мощности дозы без ущерба для качества плана с точки зрения дозы облучения», — говорит ведущий автор Родриго Хосе Санто. «Мы пытались создать конвейер, который последовательно оптимизировал бы охват FLASH для различных форм и размеров опухолей, без повторной оптимизации плана лечения и рассматривая FLASH как локальный эффект, зависящий от схемы доставки карандашного луча».
Результат: оптимизация планов лечения протонной терапией FLASH без ущерба для мощности дозы.
PBS как коммивояжер
В задаче коммивояжера ставится следующий вопрос: «Для списка городов и расстояний между каждой парой городов, каков кратчайший возможный маршрут, который посещает каждый город ровно один раз и возвращается в исходный город?»
Эта проблема, давно изучаемая исследователями комбинационной оптимизации, является барометром для генетических алгоритмов, используемых в компьютерных науках и исследованиях операций. Хосе Санто, который в настоящее время учится в докторантуре UMC Utrecht, но был студентом магистратуры, когда выполнялась работа, понял, что генетические алгоритмы могут быть использованы для решения его собственной проблемы — оптимизации порядка, в котором облучаются пучки протонов, чтобы максимизировать охват FLASH. .
Подход, полученный исследователями, использует основанную на вокселах метрику, определяемую фиксированными пороговыми значениями дозы, чтобы определить, когда начинается и заканчивается облучение этого вокселя. Алгоритм оценивает мощность дозы для каждого остронаправленного луча отдельно и предполагает, что FLASH является локальным эффектом, а общее время облучения является критическим параметром FLASH.
Алгоритм запускается на разных решениях параллельно, хотя иногда он обменивается информацией между ними. Среднее расстояние между остроконечными лучами включено как функция стоимости, чтобы минимизировать общее расстояние, пройденное в плоскости, поперечной направлению луча. Алгоритм применяется последовательно после того, как оптимизированы положение остронаправленного луча и веса, и без ущерба для качества плана с точки зрения (номинальной) поглощенной дозы.
Исследователи протестировали свой алгоритм на планах лечения с использованием протонных карандашных пучков на 20 пациентах с ранней стадией рака легких и метастазами в легкие. (Исследователи говорят, что поражения легких являются идеальными местами для FLASH — современные методы лечения протонами FLASH включают пучки высокой энергии, которые проходят через пациента, а не пучки пика Брэгга, используемые для традиционной протонной терапии.)
Медиана охвата FLASH увеличилась с 6.9 % для стандартных шаблонов построчного сканирования до 29 % при оптимизации PBS. Исследователи заметили, что планы, оптимизированные для PBS, выглядят как завитки. Окно FLASH изменилось лишь незначительно для незначительно отличающихся токов пучка.
Протонная FLASH-терапия: поиск оптимальной техники доставки
Поскольку другие исследовательские группы в основном работают над оптимизацией FLASH на уровне планирования лечения, исследователи говорят, что им сложно сравнивать свои собственные результаты, оптимизированные с помощью PBS, с другими исследованиями протонной терапии FLASH — насколько им известно, это исследование является первым, в котором выполняется карандашный луч. оптимизация схемы доставки для протонной терапии FLASH. В настоящее время они сосредоточены на оптимизации доставки PBS для более крупных целей и интеграции оптимизации мощности дозы в свой существующий конвейер оптимизации дозы.
«Лучевая терапия по-прежнему постоянно совершенствуется, и эффект FLASH — это многообещающий путь к улучшению результатов лечения пациентов. Протонная терапия в сочетании с алгоритмами оптимизации, подобными разработанному нами, является важным шагом на пути к достижению именно этого», — говорит Хосе Санто. «В нашей рукописи подчеркивается, что есть много возможностей для дальнейшей оптимизации протонной терапии FLASH как метода лечения, даже с использованием современного лучевого оборудования».
