Ultravisoke doze, ki se uporabljajo pri radioterapiji FLASH, lahko povečajo terapevtsko okno z zaščito normalnih tkiv pred poškodbami zaradi sevanja. Nekateri raziskovalci verjamejo, da bi lahko bili protonski žarki FLASH na voljo tudi s komercialno dostopnimi protonskimi žarki, pospešenimi s ciklotronom. Ko pa FLASH združimo z najnaprednejšo vrsto protonske terapije, lateralnim skeniranjem s svinčnikom (PBS), same dostavke protonov PBS, ki se uporabljajo za zdravljenje kompleksnih rakov z neprimerljivo natančnostjo, vplivajo tudi na lokalne stopnje odmerjanja, ki so ključne za doseganje učinka FLASH.
Raziskovalci v Ljubljani Univerzitetni medicinski center Erasmus, Instituto Superior Técnico in NizozemskaPTC določeno za upoštevanje lokalnih variacij v hitrosti doze, ki je posledica dovajanja protonov PBS. Njihova nedavna študija, o kateri so poročali v International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, poveča pokritost FLASH z optimiziranjem vzorca skeniranja PBS z meritvami na osnovi vokslov.
»Poskušali smo optimizirati FLASH z optimizacijo hitrosti doze, ne da bi pri tem ogrozili kakovost načrta v smislu doze sevanja,« pravi glavni avtor Rodrigo José Santo. "Poskušali smo vzpostaviti cevovod, ki bi dosledno optimiziral pokritost FLASH za različne oblike in velikosti tumorjev, ne da bi ponovno optimizirali načrt zdravljenja in upoštevali FLASH kot lokalni učinek, odvisen od vzorca dovajanja snopa svinčnika."
Rezultat: optimizacija načrtov zdravljenja s protonsko terapijo FLASH brez ogrožanja hitrosti odmerjanja.
PBS kot potujoči trgovec
Problem trgovskega potnika postavlja naslednje vprašanje: "Katera je najkrajša možna pot, ki obišče vsako mesto točno enkrat in se vrne v izvorno mesto, glede na seznam mest in razdalje med vsakim parom mest?"
Ta problem, ki so ga dolgo proučevali raziskovalci kombinacijske optimizacije, je barometer za genetske algoritme, ki se uporabljajo v računalništvu in operacijskih raziskavah. José Santo, ki je trenutno doktorski študent na UMC Utrecht, vendar je bil v času izvajanja dela magistrski študent, je spoznal, da bi lahko genetske algoritme uporabili za rešitev njegovega lastnega problema – optimizacijo vrstnega reda, v katerem so žarki protonskega svinčnika obsevani, da bi povečali pokritost FLASH .
Pristop raziskovalcev, ki izhaja iz tega, uporablja metriko na osnovi voksela, ki je opredeljena s pragovi fiksnih odmerkov, da se določi, kdaj se obsevanje tega voksela začne in konča. Algoritem oceni hitrost doze za vsak žarek svinčnika posebej in predpostavlja, da je FLASH lokalni učinek in da je skupni čas obsevanja kritičen parameter FLASH.
Algoritem se izvaja na različnih rešitvah vzporedno, čeprav občasno deli informacije med njimi. Povprečna razdalja med žarkoma svinčnika je vključena kot stroškovna funkcija za zmanjšanje skupne razdalje, prevožene v ravnini, ki je prečna na smer žarka. Algoritem se uporablja zaporedno, potem ko so položaji žarka svinčnika in uteži optimizirani in brez ogrožanja kakovosti načrta v smislu (nominalne) absorbirane doze.
Raziskovalci so testirali svoj algoritem na načrtih zdravljenja z uporabo transmisijskih žarkov protonskega svinčnika za 20 bolnikov z zgodnjim stadijem pljučnega raka in pljučnimi metastazami. (Raziskovalci pravijo, da so pljučne lezije idealna mesta za FLASH – trenutno zdravljenje s protoni FLASH vključuje visokoenergijske žarke, ki gredo skozi bolnika, namesto žarkov Bragg-peak, ki se uporabljajo za običajno protonsko terapijo.)
Mediana pokritosti FLASH se je izboljšala s 6.9 % za standardne vzorce skeniranja vrstice za vrstico na 29 % z optimizacijo PBS. Raziskovalci so opazili, da imajo načrti, optimizirani za PBS, videz, podoben vrtincu. Okno FLASH se je le malo spremenilo za malo drugačne žarkovne tokove.
FLASH protonska terapija: odkrivanje optimalne tehnike dostave
Ker si druge raziskovalne skupine prizadevajo predvsem za optimizacijo FLASH na ravni načrtovanja zdravljenja, raziskovalci pravijo, da je izziv primerjati njihove lastne rezultate, optimizirane za PBS, z drugimi študijami protonske terapije FLASH – po njihovem vedenju je ta študija prva, ki izvaja pramen s svinčnikom. optimizacija vzorca dostave za protonsko terapijo FLASH. Zdaj se osredotočajo na optimizacijo dostave PBS za večje cilje in integracijo optimizacije hitrosti odmerka v svoj obstoječi sistem optimizacije odmerka.
»Radiacijska terapija se še vedno nenehno izboljšuje in učinek FLASH je obetavna pot do boljših rezultatov zdravljenja bolnikov. Protonska terapija v kombinaciji z optimizacijskimi algoritmi, kot je ta, ki smo ga razvili, je pomemben korak k doseganju točno tega,« pravi José Santo. "Naš rokopis poudarja, da obstaja veliko prostora za nadaljnjo optimizacijo protonske terapije FLASH kot načina zdravljenja, tudi s trenutno strojno opremo za žarke."
