04 октября 2018

Ученые из детской исследовательской больницы St. Jude, Мемфис, США, разработали и подтвердили эффективность новой системы протонной терапии с мини-пучками модулированной интенсивности (intensity-modulated minibeam proton therapy - IMMPT).

Она повышает соответствие высоких доз радиации формам опухоли на средних глубинах облучения по сравнению с существующими установками протонной терапии, работающими по методу сканирования карандашным пучком. Есть вероятность, что новая система сможет улучшить результаты лечения опухолей головного мозга за счет более точной доставки доз радиации в цель и снижения воздействия излучения на окружающие здоровые ткани.

Системы протонной терапии с модулированной интенсивностью (IMPT) используют отдельные мини-пучки для соблюдения баланса между дозами, доставляемыми на мишень и попадающими на здоровые ткани. Они обладают более высокой эффективностью, снижают проксимальные дозы радиации, воздействующие на пациента, и применяются более широко по сравнению с устаревшими системами с двойным рассеянием. В свое время IMPT позволило ученым уменьшить размеры пятна облучения до 3 мм.

Для дальнейшего уменьшения пятна используется коллиматор поля, улучшающий соответствие дозы форме мишени и параметры полутени (зоны на границах пучка радиации, в которой происходит резкое снижение дозы). Для упрощения этого процесса группа ученых под руководством Джонатана Фарра решила создать систему, которая производит гораздо меньшие отдельные пучки протонов, не требующие применения физической коллимации.

Фарр с коллегами модифицировал систему протонной терапии, используемую в клинической практике в центре протонной терапии Red Frog Events. Они внесли два изменения в фиксированную горизонтальную линию протонного луча: включили в работу системы вертикальный скрепер, чтобы добиться более тонкого пучка, выходящего из синхротрона, и оставили меньшее вакуумное окно в сканирующей насадке, чтобы сделать возможной IMMPT с использованием мини-пучков. Также была усовершенствована работа устройства, контролирующего положение пятна пучка протонов, и повышена точность позиционирования пациентов для проведения клинической IMMPT.

Исследователивыполнили замеры и калибровку суммарной поглощенной дозы (integral depth dose - IDD) и сравнили IDD, параметры пятна протонного пучка и калибровки энергии камеры прохождения протонов c данными обычных систем. Они разработали и подтвердили правильность моделей Монте Карло и использовали их для определения характеристик пятна протонного пучка и IDD. Затем эти данные были импортированы в системы планирования лечения для расчета, тестирования и утверждения модели дозы.

Были разработаны два плана лечения пациентов для смоделированного случая опухоли в основании черепа с малыми и средними мишенями вблизи ствола головного мозга. Первый план использовал традиционную систему дискретного точечного сканирования, а второй - мини-пучки протонов. Затем исследователи сравнили оба плана, проведя анализ различия доз и гистограммы их объема. Лечебный план с мини-пучками также оценивалсяпри помощи стандартной программы контроля качества.

Авторы исследования сообщили, что не было замечено различия между данными 96 измеренийIDD для лечебного плана с мини-пучками и стандартного пятна. «Отклонения параметров пятна были установлены на уровне 1,4 мм при 221 МэВ в изоцентре и менее 1 мм на проксимальных расстояниях», - написали они, добавив, что данные системы планирования лечения близко соответствуют параметрам пятна с остаточной ошибкой максимум 2,5% в хвосте полутени пятна от 69,4 до 221,3 МэВ.

Полученные планы IMMPT обладали высоким соответствием параметрам опухоли и защищали от воздействия радиации ствол головного мозга при облучении малых и средних мишеней. Авторы объясняют это более резким градиентом дозы по сравнению с IMPT.

Фарр сказал изданию Physics World, что система IMMPT получила разрешение 510(к) от Управления по надзору за продуктами питания и лекарственными средствами США (FDA) и уже применяется в клинической практике в больнице St. Jude. «В настоящее время ученые- медики используют свойства мини-пучков для защиты здоровых тканей, чтобы улучшить лечение детей с небольшими опухолями, примыкающими к критическим структурам головного мозга, таким как ствол головного мозга и оптические нервы», - сказал он.

«Сейчас готовится очередное исследование с использованием системы IMMPT для лечения опухолей глаз. В нем щадящие свойства протонных мини-пучков могут быть использованы для сохранения роста глазничной кости у больных детей», - добавил он.

Фарр, занимающий должность директора по медицинской физике в Advanced Oncotherapy –лондонской компании, разрабатывающей и производящей системы протонной терапии, считает, что использование протонных мини-пучков в клиниках со временем возрастет. Он и его коллеги по Advanced Oncotherapy работают над повышением конформности мини-пучков протонов.

На фото: Сравнение рентгеновской терапии с модулированной интенсивностью (верхний ряд) и протонной терапией с мини-пучками модулированной интенсивности (нижний ряд) при лечении герминогенной опухоли демонстрирует преимущество лечения протонами с точки зрения сохранения когнитивной функции в 13 точках на основании нейрокогнитивной модели медуллобластомы.

Оригинал новости доступен здесь

Назад к списку