Протонная терапия с модуляцией интенсивности (IMPT), выполняемая по технологии сканирования карандашным пучком (PBS), на сегодня является одним из самых точных методов, позволяющих доставлять высокие дозы облучения на опухоли, не задевая при этом окружающие здоровые ткани. Однако эффект взаимодействия, являющийся следствием связи между движением опухоли, вызываемым дыханием пациента, и движением протонного пучка, может негативно сказываться на распределении доз облучения.
Об эффекте взаимодействия вышло уже много публикаций. Исследование симметричных и ассиметричных дыхательных движений, проведённое Медицинским колледжем Университета Цинциннати и подтверждённое научными измерениями, показало, что стандартные схемы фракционирования можно использовать для движущихся мишеней с амплитудой менее 5 мм, и что более фракционированные режимы облучения помогают снизить отрицательное влияние эффекта взаимодействия на дозы облучения, доставляемые на мишени. Это исследование также установило, что данная закономерность не работает для небольших мишеней, имеющих большую амплитуду движения и подчиняющихся нерегулярным дыхательным движениям. (J. Appl. Clin. Med. Phys. 10.1002/acm2.12846).
Измеряя дозы облучения, доставляемые курсами до 15 фракций при симметричных и ассиметричных дыхательных движениях, исследователи установили, что нерегулярные движения вызывают появление систематических ошибок, которые нельзя исправить увеличением количества фракций. Чтобы обеспечить эффективную доставку доз облучения на мишень и снизить токсичность для окружающих здоровых тканей, к пациентам с нерегулярным дыханием необходимо применять индивидуальную компенсацию дыхательных движений.
Руководитель исследования Юнзин Ли и его коллеги оценили в количественном выражении дозиметрическое влияние эффекта взаимодействия на мишени различных размеров, амплитуд движения и размеров пятна карандашного пучка. Они не стали использовать симуляционные модели или журнальные файлы уже проведенных лечебных процедур, и вместо этого они доставляли реальную дозу фракционирования объемом 200 сГр множественное количество раз для различных конкретных значений фракционирования.
«При протонной терапии по технологии сканирования карандашным пучком, каждый слой доставляется сериями дискретных пятен протонного пучка. Для перехода пятна на следующее положение, сканирующие магниты соответствующим образом меняют конфигурацию системы, — объясняет Ли. — Но это не происходит мгновенно. При движении опухоли вследствие дыхания пациента, пятно протонного пучка может попасть не туда, куда нужно. Это делает сканирование карандашным пучком очень чувствительным к движениям, так как помимо движения самой опухоли, протонный пучок также двигается во время облучения».
«Этот эффект имеет не жёсткий характер, поэтому если доставлять желаемую дозу небольшими фракциями за определённое количество дней, силу эффекта взаимодействия можно смягчить, — добавляет он. Мы хотели оценить в количественном выражении, насколько сильно фракционирование может смягчать эффект взаимодействия, используя для этого индекс конформности и однородности как функцию фракционирования».
Команда ученых создала лечебные планы, имитирующие облучение сферических мишеней диаметром 3 и 10 см, находящихся на глубине 1 и 5 см заполненного водного фантома. Все объемы мишеней охватывались 95% изодозной линией. Они симулировали дыхательные движения с амплитудами ±0.5, ±1.0 и ± 2.0 см, используя синусоидные и косинусоидные волны, изображающие синусоидальные симметричные и реалистичные ассиметричные дыхательные движения, соответственно.
Исследователи доставляли дозу объемом 200 сГр на фракцию курсами по 1, 5, 10 и 15 фракций. Для небольших мишеней размером 3 см они использовали энергетический спектр из восьми слоёв с 119 пятнами пучка на малой глубине и из девяти слоёв с 296 пятнами пучка на больших глубинах. Для более крупных мишеней размером 10 см они использовали 22 слоя с 1488 пятнами пучка на глубине 1 см и 23 слоя с 4615 пятнами пучка на глубине 5 см.
После этого они оценили конформность доз и единообразие данных измерений в центральной плоскости каждой движущейся мишени. Они также установили, что дыхательные движения имели большее влияние на конформность дозного распределения, но в меньшей степени на его однородность. На однородность дозного распределения в большей степени влияли собственные характеристики пятен протонных пучков.
На основании реальных измерений исследователи подтвердили правильность результатов предыдущих исследований, в которых говорилось о том, что эффект взаимодействия снижался с увеличением количества доставляемых фракций. Однако повышение количества фракций не улучшало конформность или однородность дозных распределений в случаях относительно больших амплитуд движения, например, в случае глубокого дыхания пациентов при облучении небольших опухолей.
«Наше исследование имеет некоторые ограничения, так как оно изучало только эффект взаимодействия между протонной терапией по методу сканирования карандашным пучком и движущимися мишенями простой геометрической формы в водном фантоме с однородной средой и оценивало влияние движения на дозы облучения при измерениях в 2D плоскости, — сказал Ли. — Мы признаем то, что, возможно, эффект взаимодействия между доставкой доз облучения методом сканирования карандашным пучком и мишенями неправильной формы с учётом реальных индивидуальных особенностей дыхания пациента и с высокой неоднородностью тела настоящего пациента будет гораздо труднее оценить в количественном выражении».
На следующем этапе, команда учёных собирается продолжить изучение эффектов взаимодействия на примере нескольких случаев реальных пациентов, используя для этого антропоморфные фантомы, которые будут обследоваться в области груди, лёгких и печени с помощью методик компенсации дыхательных движений, таких как синхронизация с дыханием и задержка дыхания.
Оригинал новости можно прочитать здесь