Надвисокі потужності дози, що використовуються в радіотерапії FLASH, можуть збільшити терапевтичне вікно, захищаючи нормальні тканини від радіаційного пошкодження. Деякі дослідники вважають, що пучки протонів FLASH також можуть бути доступні разом із комерційно доступними пучками протонів з циклотронним прискоренням. Але коли FLASH поєднується з найдосконалішим типом протонної терапії, бічним скануванням олівцевим променем (PBS), сама доставка протонів PBS, яка використовується для лікування складних ракових захворювань із неперевершеною точністю, також впливає на місцеву потужність дози, критичну для досягнення ефекту FLASH.
Дослідники в Медичний центр університету Еразма, Інститут Вищого Технічного та HollandPTC спрямовані на врахування місцевих коливань потужності дози в результаті доставки протонів PBS. Їх недавнє дослідження, повідомлене в Міжнародний журнал радіаційної онкології, біологія, фізика, максимізує охоплення FLASH шляхом оптимізації шаблону сканування PBS за допомогою показників на основі вокселів.
«Ми намагалися оптимізувати FLASH шляхом оптимізації потужності дози без шкоди для якості плану з точки зору дози опромінення», — говорить провідний автор Родріго Хосе Санто. «Ми намагалися налаштувати конвеєр, який би постійно оптимізував охоплення FLASH для різних форм і розмірів пухлини, без повторної оптимізації плану лікування та розгляду FLASH як локального ефекту, що залежить від моделі доставки пучка олівця».
Результат: оптимізація планів лікування протонною терапією FLASH без шкоди для потужності дози.
PBS як комівояжер
Проблема комівояжера ставить наступне запитання: «За наявності списку міст і відстаней між кожною парою міст, який найкоротший можливий маршрут відвідує кожне місто рівно один раз і повертається до міста походження?»
Ця проблема, яку давно вивчають дослідники комбінаційної оптимізації, є барометром для генетичних алгоритмів, що використовуються в інформатиці та дослідженні операцій. Хосе Санто, який зараз є докторантом UMC Utrecht, але на момент виконання роботи був студентом магістратури, зрозумів, що генетичні алгоритми можуть бути використані для вирішення його власної проблеми – оптимізації порядку опромінення пучків протонного олівця для максимального покриття FLASH. .
Отриманий підхід дослідників використовує метрику на основі вокселів, визначену фіксованими пороговими значеннями дози, щоб визначити, коли починається і коли закінчується опромінення цього вокселя. Алгоритм оцінює потужність дози для кожного пучка олівця окремо та припускає, що FLASH є локальним ефектом, а загальний час опромінення є критичним параметром FLASH.
Алгоритм виконується на різних рішеннях паралельно, хоча час від часу обмінюється інформацією між ними. Середня відстань між олівцевими променями включена як функція вартості, щоб мінімізувати загальну відстань, пройдену в площині, поперечній до напрямку променя. Алгоритм застосовується послідовно після оптимізації позицій пучка олівця та ваг без шкоди для якості плану з точки зору (номінальної) поглиненої дози.
Дослідники перевірили свій алгоритм на планах лікування з використанням променів трансмісії протонного олівця для 20 пацієнтів з ранньою стадією раку легенів і метастазами в легені. (Дослідники кажуть, що ураження легенів є ідеальним місцем для FLASH – сучасні методи протонного лікування FLASH включають високоенергетичні пучки, які проходять через пацієнта, а не пучки піку Брегга, які використовуються для традиційної протонної терапії.)
Середнє покриття FLASH покращилося з 6.9% для стандартних шаблонів сканування рядок за рядком до 29% з оптимізацією PBS. Дослідники помітили, що плани, оптимізовані для PBS, мають вигляд завитка. Вікно FLASH змінилося лише незначно для незначно різних струмів променя.
Протонна терапія FLASH: розкриття оптимальної техніки доставки
Оскільки інші дослідницькі групи в основному працюють над оптимізацією FLASH на рівні планування лікування, дослідники кажуть, що важко порівняти їхні власні результати, оптимізовані за PBS, з іншими дослідженнями протонної терапії FLASH – наскільки їм відомо, це дослідження є першим, у якому виконано олівцевий промінь. оптимізація схеми доставки для протонної терапії FLASH. Зараз вони зосереджуються на оптимізації доставки PBS для більших цілей та інтеграції оптимізації потужності дози в існуючу систему оптимізації дози.
«Променева терапія все ще постійно вдосконалюється, і ефект FLASH є багатообіцяючим шляхом до кращих результатів лікування для пацієнтів. Протонна терапія в поєднанні з такими алгоритмами оптимізації, як той, який ми розробили, є важливим кроком на шляху до досягнення саме цього», — каже Хосе Санто. «У нашому рукописі підкреслюється, що є багато можливостей для подальшої оптимізації протонної терапії FLASH як методу лікування, навіть із поточним пучковим обладнанням».
