闪光放射治疗中使用的超高剂量率可以通过保护正常组织免受辐射损伤来增加治疗窗。一些研究人员认为，FLASH 质子束也可以与市售的回旋加速器加速质子束一起使用。但是，当 FLASH 与最先进的质子治疗类型横向笔束扫描 (PBS) 相结合时，用于以无与伦比的精度治疗复杂癌症的 PBS 质子传输也会影响对实现 FLASH 效果至关重要的局部剂量率。
研究人员在 伊拉斯姆斯大学医学中心, 高等技术学院 和 荷兰PTC 着手考虑 PBS 质子传输引起的剂量率的局部变化。他们最近的研究报告于 国际放射肿瘤学生物学物理学杂志，通过使用基于体素的指标优化 PBS 扫描模式来最大化 FLASH 覆盖范围。
“我们试图通过优化剂量率来优化 FLASH，同时不影响辐射剂量方面的计划质量，”主要作者 Rodrigo José Santo 说道。 “我们试图建立一个管道，持续优化针对不同肿瘤形状和大小的 FLASH 覆盖范围，而无需重新优化治疗计划并将 FLASH 视为依赖于笔形束传输模式的局部效应。”
结果：在不影响剂量率的情况下优化 FLASH 质子治疗治疗计划。
PBS 担任旅行推销员
旅行商问题提出了以下问题：“给定一个城市列表以及每对城市之间的距离，访问每个城市一次并返回出发城市的最短路线是什么？”
这个问题由组合优化研究人员长期研究，是计算机科学和运筹学中使用的遗传算法的晴雨表。 José Santo 目前是 UMC Utrecht 的博士生，但在进行这项工作时是硕士生，他意识到遗传算法可以用来解决他自己的问题 - 优化质子笔形束的照射顺序以最大化 FLASH 覆盖范围。
研究人员最终的方法使用由固定剂量阈值定义的基于体素的度量来确定该体素的照射何时开始和结束。该算法分别评估每个笔形射束的剂量率，并假设 FLASH 是局部效应，总照射时间是关键的 FLASH 参数。
该算法在不同的解决方案上并行运行，尽管它偶尔会在它们之间共享信息。笔形波束之间的平均距离作为成本函数包括在内，以最小化在横向于波束方向的平面中行进的总距离。在优化笔形射束位置和权重后依次应用该算法，并且不会影响（标称）吸收剂量方面的计划质量。
研究人员使用传输质子笔形束对 20 名早期肺癌和肺转移患者的治疗计划测试了他们的算法。 （研究人员表示，肺部病变是 FLASH 的理想部位，目前的 FLASH 质子治疗涉及穿过患者的高能光束，而不是传统质子治疗中使用的布拉格峰光束。）
通过 PBS 优化，中位 FLASH 覆盖率从标准逐行扫描模式的 6.9% 提高到 29%。研究人员观察到，PBS 优化的计划具有螺纹状外观。对于略有不同的束电流，FLASH 窗口仅略有变化。
FLASH质子疗法：揭示最佳输送技术
由于其他研究小组主要致力于在治疗计划层面优化 FLASH，研究人员表示，将他们自己的 PBS 优化结果与其他 FLASH 质子治疗研究进行比较具有挑战性 - 据他们所知，这项研究是第一个进行笔形束治疗的研究FLASH 质子治疗的输送模式优化。他们现在专注于优化 PBS 输送以实现更大的目标，并将剂量率优化整合到现有的剂量优化流程中。
“放射治疗仍在不断改进，FLASH 效应是为患者带来更好治疗结果的一条有希望的途径。质子治疗与我们开发的优化算法相结合，是实现这一目标的重要一步，”José Santo 说。 “我们的手稿强调，即使使用当前的束硬件，FLASH 质子疗法作为一种治疗方式仍有很大的进一步优化空间。”
