FLASH radyoterapisinde kullanılan ultra yüksek doz oranları, normal dokuları radyasyon hasarına karşı koruyarak terapötik pencereyi artırabilir. Bazı araştırmacılar FLASH proton ışınlarının ticari olarak temin edilebilen siklotronla hızlandırılmış proton ışınlarıyla da mevcut olabileceğine inanıyor. Ancak FLASH, proton tedavisinin en gelişmiş türü olan yanal kalem ışın taraması (PBS) ile birleştirildiğinde, karmaşık kanserleri benzersiz bir hassasiyetle tedavi etmek için kullanılan PBS proton dağıtımları, FLASH etkisine ulaşmak için kritik olan yerel doz oranlarını da etkiler.
Araştırmacılar Erasmus Üniversitesi Tıp Merkezi, Instituto Superior Teknik ve HollandaPTC PBS proton dağıtımından kaynaklanan doz oranındaki yerel değişiklikleri hesaba katmak için yola çıktı. Son çalışmaları şu şekilde rapor edilmiştir: Uluslararası Radyasyon Onkolojisi Biyoloji Fiziği Dergisi, PBS tarama desenini voksel tabanlı ölçümlerle optimize ederek FLASH kapsamını maksimuma çıkarır.
Baş yazar Rodrigo José Santo, "Radyasyon dozu açısından plan kalitesinden ödün vermeden, doz hızının optimizasyonu yoluyla FLASH'ı optimize etmeye çalışıyorduk" diyor. "Tedavi planını yeniden optimize etmeden ve FLASH'ı kalem ışın dağıtım modeline bağlı yerel bir etki olarak düşünmeden, farklı tümör şekilleri ve boyutları için FLASH kapsamını tutarlı bir şekilde optimize edecek bir boru hattı kurmaya çalışıyorduk."
Sonuç: FLASH proton tedavisi tedavi planlarının doz oranından ödün vermeden optimize edilmesi.
Seyahat eden bir satış elemanı olarak PBS
Gezgin satıcı problemi şu soruyu gündeme getirir: "Şehirlerin bir listesi ve her şehir çifti arasındaki mesafeler göz önüne alındığında, her şehri tam olarak bir kez ziyaret eden ve başlangıç şehre dönen mümkün olan en kısa rota nedir?"
Kombinasyonel optimizasyon araştırmacıları tarafından uzun süredir üzerinde çalışılan bu problem, bilgisayar bilimi ve yöneylem araştırmasında kullanılan genetik algoritmalar için bir barometredir. Şu anda UMC Utrecht'te doktora öğrencisi olan ancak çalışma yapıldığında yüksek lisans öğrencisi olan José Santo, FLASH kapsamını en üst düzeye çıkarmak için proton kalem ışınlarının ışınlanma sırasını optimize ederek kendi problemini çözmek için genetik algoritmaların kullanılabileceğini fark etti. .
Araştırmacıların sonuçta ortaya çıkan yaklaşımı, o vokselin ışınlanmasının ne zaman başlayıp biteceğini belirlemek için sabit doz eşikleri tarafından tanımlanan voksel bazlı bir ölçüm kullanıyor. Algoritma, her bir kalem ışın için doz hızını ayrı ayrı değerlendirir ve FLASH'ın yerel bir etki olduğunu ve toplam ışınlama süresinin kritik bir FLASH parametresi olduğunu varsayar.
Algoritma farklı çözümler üzerinde paralel olarak çalıştırılıyor, ancak ara sıra aralarında bilgi paylaşıyor. Kalem kirişler arasındaki ortalama mesafe, kiriş yönüne enine düzlemde kat edilen toplam mesafeyi en aza indirmek için bir maliyet fonksiyonu olarak dahil edilir. Algoritma, kalem ışın konumları ve ağırlıkları optimize edildikten sonra ve (nominal) emilen doz açısından plan kalitesinden ödün vermeden sırayla uygulanır.
Araştırmacılar, erken evre akciğer kanseri ve akciğer metastazı olan 20 hasta için transmisyon proton kalem ışınlarını kullanarak tedavi planları üzerinde algoritmalarını test etti. (Araştırmacılar, akciğer lezyonlarının FLASH için ideal yerler olduğunu söylüyor; mevcut FLASH proton tedavileri, geleneksel proton terapisi için kullanılan Bragg-tepe ışınları yerine hastanın içinden geçen yüksek enerjili ışınları içeriyor.)
Medyan FLASH kapsamı, standart satır satır tarama modelleri için %6.9'dan PBS optimizasyonu ile %29'a yükseldi. Araştırmacılar, PBS için optimize edilmiş planların sarmal benzeri bir görünüme sahip olduğunu gözlemledi. FLASH penceresi marjinal olarak farklı ışın akımları için yalnızca biraz değişti.
FLASH proton tedavisi: optimal uygulama tekniğini ortaya çıkarmak
Diğer araştırma grupları öncelikle tedavi planlama düzeyinde FLASH'ı optimize etmek için çalıştıklarından, araştırmacılar kendi PBS için optimize edilmiş sonuçlarını diğer FLASH proton terapisi çalışmalarıyla karşılaştırmanın zor olduğunu söylüyorlar; onların bilgilerine göre bu çalışma, kalem ışınını gerçekleştiren ilk çalışmadır. FLASH proton tedavisi için dağıtım şekli optimizasyonu. Artık daha büyük hedefler için PBS dağıtımını optimize etmeye ve doz hızı optimizasyonunu mevcut doz optimizasyon hattına entegre etmeye odaklanıyorlar.
"Radyasyon tedavisi halen sürekli olarak geliştirilmektedir ve FLASH etkisi, hastalar için daha iyi tedavi sonuçlarına yönelik umut verici bir yoldur. Proton terapisi, geliştirdiğimiz gibi optimizasyon algoritmalarıyla birleştiğinde tam olarak bunu başarmaya yönelik önemli bir adımdır," diyor José Santo. "Yazımız, mevcut ışın donanımıyla bile bir tedavi yöntemi olarak FLASH proton tedavisinin daha da optimize edilmesi için çok yer olduğunun altını çiziyor."
