На эффективность протонной терапии с использованием технологии сканирования карандашным пучком может влиять эффект взаимодействия, при котором движение опухоли  относительно пучка протонов вызывает отклонение распределения дозы от первоначального плана лечения.

Эффект взаимодействия был хорошо исследован у взрослых пациентов, но минимально — у детей. Теперь исследователи из детской больницы St. Jude Children’s Research Hospital изучили влияние взаимодействия между движением опухолей, вызываемым дыханием, и протонным пучком, на внутренний объем мишени (internal target volume — ITV) у педиатрических больных. Они смоделировали различные ситуации для отобранной группы пациентов в возрасте от двух до 19 лет, прошедших ранее лучевую терапию по поводу опухолей брюшной полости (Int. J. Particle Ther. 10.14338/IJPT-17-00030.1).

Команда медицинских физиков и радиационных онкологов под руководством Чиа-хо Хуа отобрала 10 репрезентативных пациентов, которые лечились фотонной терапией по поводу нейробластомы, лимфомы Ходжкина, остеосаркомы и опухоли Уилмса.  Максимальное движение опухолей было от 1,2 до 13,5 мм, частота дыхания от 18 до 37 вздохов в минуту и ​​ ITV от 11,2 до 295,8 см³.

Пациентам была проведена 4D МРТ и 3D КТ со свободным дыханием в рамках процесса планирования лечения. Авторы исследования создали виртуальный набор данных 4D КТ путем пространственной регистрации данных 4D МРТ на данные 3D КТ и использовали его для планирования гипотетической протонной терапии и расчета соответствующего 4D распределения дозы. Такой подход дает возможность выявлять движения мягких тканей без их облучения и позволяет ориентировать изображение вдоль основного направления дыхательного движения.

Исследователи разработали планы лечения протонами с двумя полями, применив оптимизацию равномерной дозы с одним полем (single-field uniform dose  — SFUD), что расширило  ITV на 5 мм для образования планируемого объема мишени (planning target volume  — PTV). В соответствии с этими планами была достигнута однородная доза для PTV, в которой доза в точках с максимальным значением не превышала 110% от назначенной. Они отмечают, что в первоначальных статических планах доза в таких точках была ниже 110% и в точках с минимальным значением выше 98,5% от назначенной.

Авторы рассчитали 4D распределение дозы  с учетом эффекта взаимодействия для сравнения с номинальным распределением дозы. Они смоделировали эффект взаимодействия, вызываемый движением опухоли, перенеся каждую точку из последовательности облучения по статическому плану на одну из 10 КТ в дыхательной фазе и используя реальную  траекторию дыхания пациента и характеристики протонной системы на базе синхротрона.

После суммирования отдельных фаз дыхания для получения распределений накопленных доз, Хуа и его коллеги сравнили полученную гистограмму доза-объем с гистограммой из статического плана. Для оценки эффекта взаимодействия они рассчитали дозу при 98% и 2% от ITV,  и, взяв процент ITV, получающий назначенную дозу, минимум 95% и 99%.

Они сообщили, что эффект взаимодействия, вызванный движением, не привел к значительному увеличению дозы в точке с максимальным значением или снижению дозы в точке с минимальным значением более чем на 3% для данной фракции облучения. Эффект взаимодействия, вызванный движением, привел к минимальным изменениям в доставляемой дозе у четырех пациентов, у которых максимальное вертикальное движение мишени составляло менее 5 мм. У этих пациентов в возрасте двух, четырех, шести и девяти лет были нейробластомы, расположенные в забрюшинном пространстве.

Хотя эффект взаимодействия был ничтожно мал для маленьких детей с минимальным движением мишени вверх-вниз, подростки с более интенсивным движением мишени имели другие результаты. Одиннадцатилетний пациент с самым большим движением опухоли имел самый плохой охват новообразования облучением. Аналогичная ситуация была с 15-летним пациентом с метастазами от остеосаркомы, у которого наблюдались значительные эффекты взаимодействия, проявляющиеся в плохом охвате опухоли и неоднородности дозы.

Исследователи отмечают, что у пациентов с движением опухоли менее 10 мм охват опухолей был бы лучше с большим фракционированием, но, по-видимому, фракционирование само по себе не уменьшало эффект взаимодействия свыше шести фракций.

Отбор пациентов

Авторы рекомендуют использовать общепринятые положения по проведению протонной терапии карандашным пучком для взрослых пациентов с раком легких и лимфомой в качестве отправных точек для лечения педиатрических пациентов протонной терапией. Они отмечают, что оптимальные стратегии по смягчению эффекта взаимодействия должны учитывать, насколько хорошо выполняет указания врачей педиатрический пациент, последствия применения успокоительных средств на дыхание и проблемы, связанные с размером и расположением опухоли.

«Мы предполагаем, что дети и подростки с движением опухолей менее 10 мм могут безопасно проходить лучевую терапию с точечным сканированием, с правильным выбором углов пучков и не особенно глубоким расположением опухолей, — пишут они. — При движении опухоли больше 10 мм следует подумать о применении таких методов, как синхронизация с дыханием и повторное облучение».

«Больница St. Jude в настоящее время использует протонные пучки для лечения брюшных опухолей, — пишет Хуа в издании Physics World. — Однако мы действуем с осторожностью и выбираем только подходящих кандидатов для лечения сканирующими протонными пучками. Два основных критерия здесь это — меньший диапазон движения опухолей и фокальное облучение».

Для детей и подростков с более сильным движением опухолей в области живота или грудной клетки по оценке, произведенной на основе 4D КТ И 4D МРТ, команда физиков внедряет передовые методы управления движением для безопасной и эффективной доставки пучков протонов.

«Исследование влияния взаимодействия, подобное нашему, позволяет предсказать, какие пациенты с движущимися опухолями могут быть лучшими кандидатами на протонную терапию со сканированием карандашным пучком, и каким пациентам нужен более агрессивный контроль движения, чтобы не допустить  облучение опухолей недостаточными дозами и соседних критических органов избыточными дозами, — говорит Хуа. — Такие клинические исследования редко проводятся для педиатрических пациентов больных раком, но эти исследования имеют решающее значение для защиты этой наиболее уязвимой группы населения».

Оригинал статьи можно прочитать здесь