Consegna di terapia del protone e la sua applicazione clinica nelle malignità del tumore solido Select

Sommario

Vengono presentati i fondamenti della radiazione pianificazione e consegna per la protonterapia utilizzando il carcinoma della prostata come un modello. L'applicazione di questi principi ad altri siti selezionati malattia mette in evidenza come la radioterapia del protone può migliorare gli esiti clinici per i pazienti oncologici.

Abstract

La radioterapia è una modalità frequentemente usata per il trattamento dei cancri solidi. Anche se i meccanismi di uccisione delle cellule sono simili per tutte le forme di radiazione, le proprietà in vivo di fasci di fotoni e protoni differiscono notevolmente e forse sfruttato per ottimizzare i risultati clinici. In particolare, le particelle protone perdono energia in modo prevedibile che passano attraverso il corpo. Questa proprietà è utilizzata clinicamente per controllare la profondità a cui è terminato il fascio di protoni e di limite dose di radiazioni di là della regione di destinazione. Questa strategia può permettere per sostanziali riduzioni di dose di radiazione ai tessuti normali, situato appena di là di un bersaglio del tumore. Tuttavia, la degradazione dell'energia del protone nel corpo rimane altamente sensibile alla densità del tessuto. Di conseguenza, eventuali variazioni di densità del tessuto durante il corso del trattamento possono alterare significativamente dosimetria protone. Tali cambiamenti possono verificarsi attraverso alterazioni del peso corporeo, respirazione o intestinali/gas di riempimento e possono provocare deposizione sfavorevole dose. In questo manoscritto, forniamo un metodo dettagliato per la consegna di terapia del protone utilizzando sia dispersione passiva e fascio di matita tecniche per carcinoma della prostata di scansione. Anche se la procedura descritta si riferisce direttamente ai malati di cancro della prostata, il metodo può essere adattato e applicato per il trattamento di quasi tutti i tumori solidi. Il nostro obiettivo è quello di dotare i lettori con una migliore comprensione della consegna di terapia del protone e risultati al fine di facilitare l'integrazione appropriata di questa modalità durante la terapia del cancro.

Introduzione

Si stima che gli individui 1,7 milioni negli Stati Uniti saranno diagnosticati con cancro nel 2018, con oltre 600.000 soccombere alla malattia¹. Opzioni correnti di trattamento coinvolgono mono o multi modality terapia usando la chirurgia, la radioterapia (RT) e trattamenti sistemici. Rispetto alla RT, un quarto dei pazienti recentemente diagnosticati lo riceveranno come parte della loro terapia iniziale del cancro e quasi la metà in definitiva richiederà durante il loro corso di malattia^2,3.

L'avvento di RT risale al 1895, quando William Conrad Roentgen scoprì dei raggi x mentre si lavora con un tubo a raggi catodici nel suo laboratorio all'Università di Würzberg in Germania⁴. Non molto tempo dopo, i pazienti con malattie di ampio respiro come il lupus e cancro stavano ricevendo trattamenti con raggi di radium. Le complicanze precoci sono state realizzate rapidamente e sono stati anche discussi da Pierre Curie nel suo premio Nobel lecture⁵. Poiché la radiazione colpisce i tessuti sia normali e tumorali, attentamente controllato le dosi di radiazione devono essere utilizzate per massimizzare il rapporto terapeutico, definito come la probabilità di controllo del tumore contro la probabilità di tossicità inaccettabile. Con graduali avanzamenti nella tecnologia, come pure una migliore comprensione di radiobiologia e di fisica, questo rapporto terapeutico è notevolmente migliorata con il tempo. L'uso di RT è notevolmente migliorato i risultati per diversi tipi di tumori, come riflesso dalla sua inclusione nelle linee guida nazionali per cancro terapia^6,7,8,9. In alcuni casi, RT può essere utilizzato come l'unica modalità per terapia¹⁰, mentre in altre malattie, può essere usato come parte della terapia multi-modalità per controllo di malattia locale o l'eradicazione della malattia microscopica¹¹. Anche se spesso utilizzato con un intento curativo, molti RT pazienti sono trattati per la palliazione del dolore o altri sintomi che si sviluppano da compressione indotta da tumore, invasione o distruzione dei tessuti normali nella cornice del loco-regionale o diffuso, metastatico malattia.

I principi di base dietro RT sono semplici. Con l'applicazione di radiazioni, energia è depositato nelle cellule attraverso l'ionizzazione degli atomi. Questa energia, anche se si può sollevare la temperatura di una regione irradiata da solo qualche microkelvin, produce radicali liberi che possono direttamente le cellule di danni esposti a titolo di lesioni del DNA^12,13. Gran parte della nostra comprensione della radiazione ad alta energia della particella e la sua interazione con la materia proviene da studi teorici e sperimentali di raggi cosmici e le loro interazioni nell'alta atmosfera effettuate nei primi 20^th secolo¹⁴. Particelle cariche di alta energia (MeV GeV) interagiscono con la materia principalmente attraverso la forza elettromagnetica: come queste particelle passano attraverso la materia o tessuto, collisioni anelastiche con elettroni orbitali portare a ionizzazione ed eccitazione della materia di destinazione, e urti elastici con i nuclei atomici condurre a dispersione o deviazione del percorso della particella. Inoltre, collisioni nucleari e duri collisioni con gli elettroni portano ad una cascata di radiazione secondaria che aggiunge all'effetto ionizzante della radiazione della particella. Particelle ad alta energia che attraversa la materia così lasciano dietro di sé una scia di atomi ionizzati, molecole ed elettroni liberi che sono chimicamente reattivi e potenzialmente possono indurre cambiamenti biologici o danni agli organismi esposti a questi campi ionizzanti.

Un importante obiettivo a lungo termine della radioterapia è stato di imparare modo migliore di sfruttare queste radiazioni ionizzanti campi in modo che sarà trattare efficacemente la malattia umana. Clinicamente, la forma ideale di radiazioni (come il fotone, protoni, elettroni o ioni pesanti) dovrebbe indurre ionizzazione sufficiente nella destinazione di malattia per fornire effetto terapeutico anti-tumorale, mentre presso l'ionizzazione di minimo stesso degli causa tempo nel normale circostante tessuti per minimizzare gli effetti deleteri. Quale tipo di radiazione è selezionata per RT dipende in parte la malattia da trattare. Per i tumori che si trovano più in profondità all'interno del corpo e possono anche essere chirurgicamente inoperabile, fotoni megavolt, protoni e ioni pesanti sono considerati ottimali^15,16. Per i tumori superficiali, come quelli che coinvolgono la pelle, terapia dell'elettrone può essere ottimale e anche preferibile alla chirurgia per cosmesis. D'altra parte, il vantaggio di fotoni megavolt risiede nella loro capacità di penetrare in profondità nel tessuto, limitando i danni alla pelle. Nel caso di particelle cariche, come gli elettroni, protoni o ioni pesanti, il loro vantaggio principale risiede nelle loro caratteristiche 'arresto'; vale a dire particelle cariche perdono energia continuamente tramite le collisioni anelastiche sopra descritto, e questa perdita di energia è altamente prevedibile sulla scala del millimetro. Pertanto, un fascio di particelle cariche può essere consegnato ad un paziente con precise energie alla profondità desiderata. Inoltre, particelle cariche producono poca o nessuna dose uscita¹⁷. Al contrario, uncharged particelle come fotoni esibiscono un decadimento esponenziale (attenuazione) con l'aumento di profondità, che spesso porta a una dose di uscita significativi che può compromettere i tessuti sani distali alla destinazione. Questi concetti vengono illustrati nella Figura 1, che mostra la radiazione dose (ionizzazione) proprietà dei vari tipi di radiazione usata clinicamente. Una motivazione centrale per l'utilizzo di protoni o ioni carbonio invece di fotoni per le destinazioni di tumore più profonde è che c'è la dose minima voce dose e vicino a zero dose di uscita oltre tessuti bersaglio. La tabella 1 riassume alcune delle caratteristiche clinicamente rilevanti dei fasci di fotoni e protoni.

Gli avanzamenti nel campo della radioterapia, compresa la terapia del protone, si sono verificati su due fronti principali: 1) la costruzione di acceleratori di particelle efficiente in grado di produrre radiazione ad alta energia (MeV) come acceleratori di sincrotrone e ciclotrone e 2) la sviluppo di metodi di calcolo sofisticati che combinano dati di imaging di malattia e calcoli di trasporto di radiazione per consentire computer simulato "pianificazione del trattamento." Per la pianificazione del trattamento, i pazienti subiscono tipicamente formazione immagine di tomografia computata (CT). Le immagini di CT contengono 3-dimensionale informazioni anatomiche il paziente così come precisa quantificazione delle densità del tessuto. Le immagini di CT e le mappe di densità vengono quindi utilizzate in simulazioni al computer per pianificare il trattamento radioattivo: l'energia e l'intensità del campo di radiazione sono matematicamente ottimizzati per ogni paziente. Un'analisi di risonanza magnetica (MRI) o un'esplorazione tomografia emissione di positroni (PET) può essere utilizzata anche per integrare i dati di CT.

Di seguito descriviamo un profilo graduale di come pazienti ci si sposta attraverso il loro ciclo di trattamento di radiazione, seguita da esempi di alcuni tipi di tumore trattati con terapia del protone.

Protocollo

Il protocollo di pianificazione e distribuzione della terapia di radiazioni esatta varierà dal sito di malattia e può anche richiedere individualizzazione per ogni paziente. Inoltre, la procedura può anche richiedere modifiche per ospitare istituzionale preferenze e disponibilità delle attrezzature. Ai fini di questa discussione, ci illustrerà i passaggi utilizzati per protone pianificazione in un caso tipico del carcinoma della prostata, poiché questo è il più comune cancro trattato con terapia del protone a US centri¹⁸. Questo protocollo descrive procedure cliniche standard di cura e quindi non richiede approvazione istituzionale dal comitato etico di ricerca umana.

1. tomografia computerizzata simulazione per radioterapia

1. Inserire il ripiano del tavolo esteso della tabella di trattamento e garantire che sia bloccato.
2. Posizionare un cuscino gonfiato immobilizzazione sopra il piano del tavolo e il bar indicizzazione per lo stampo di gamba a livello del ginocchio del paziente.
3. Posizionare un solido testa resto nella parte superiore della tabella. Iniziare con la testa di dimensione F, che accomoda la maggior parte dei pazienti.
4. Confermare che il paziente ha completato il processo di vescica piena bevendo 16-24 once di liquido 45 min prima del tempo di scansione pianificata. Questo passaggio deve essere completato prima del passaggio 1.12.
5. La registrazione del paziente nel sistema di registrazione paziente CT.
6. Selezionare il protocollo di scansione della prostata con lo spessore di taglio di 3 mm.
7. Confermare che il consenso di trattamento, il consenso di contrasto e la simulazione ordine sono state completate dal medico curante.
8. Chiedere al paziente di cambiare in un abito e rimuovere tutti gli indumenti dalla vita in giù.
9. Confermare l'identificazione paziente verbalmente verificando il paziente di nome, data di nascita, e il sito di procedura.
10. Scattare una foto del viso del paziente.
11. Chiedere al paziente di sedersi sul tavolo e poi assistere il paziente in posizione supina, testa prima.
12. Inserire il cuscino gonfiato immobilizzazione le gambe del paziente e posizionare le braccia del paziente sul petto dell'intreccio le dita, dando loro un anello blu, o applicando cinghie intorno le braccia.
13. Confermare l'allineamento del paziente con il sistema laser.
14. Collegare la pompa a vuoto doppia all'ugello del cuscino immobilizzazione.
15. Posizionare le gambe il cuscino di immobilizzazione in modo che la muffa si avvolgono il lato delle gambe e anche creare una barriera tra le gambe. Assicurarsi che il cuscino di immobilizzazione è di sotto del bacino e si estende oltre i piedi.
16. Inserire e gonfiare il palloncino di endorettale ab se clinicamente indicato al medico curante.
17. Eseguire antero-posteriore (AP) e laterale (LAT) scout kilovoltage immagini a raggi x (topograms) per confermare che l'allineamento del paziente è ottimizzato. Questo include la verifica dell'allineamento rotazionale sull'immagine laterale e rettilineità sull'immagine AP. Utilizzare entrambe le immagini per garantire che il gas intestinale è minima. Posizionamento dovrebbe tutti essere corretto e confermato con re-imaging. Se il gas intestinale è presente ed eccessivo, scusi il paziente per la toeletta e riavviare il processo da passo 1,15.
18. Una volta che il paziente è nella posizione desiderata, è possibile rimuovere l'aria dal cuscino immobilizzazione con la pompa a vuoto doppia Q-fix per formare una solida muffa intorno le gambe e i piedi.
19. Consente di regolare manualmente la tabella di trattamento affinché il mirino laser è a livello dei fianchi pazienti al midline di fianchi e addome a livello dell'articolazione dell'anca. Specificare i percorsi di mirino sul paziente utilizzando una penna di marcatura. Posizionare i marcatori di localizzazione al mirino per designare un punto di partenza per la simulazione di verifica durante la consegna di radiazione.
20. Parametri per includere la regione pelvica dalla colonna vertebrale L3 al Mid-femore l'esame di CT di serie.
21. Scansione del paziente utilizzando il protocollo di scansione della prostata.
22. Confermare che la scansione è accettabile per la pianificazione del trattamento. La vescica deve essere piena, e il retto dovrebbe avere aria minimo o sgabello.
23. Esportare il file di scansione digitale per il software di pianificazione del trattamento e notificare dosimetria.
24. Etichettare il cuscino di immobilizzazione del paziente con il paziente ID, trattamento medico nome e installazione istruzioni prima del deposito per un utilizzo successivo durante la terapia.
25. Procedere al punto 2.1 se il paziente è in fase di terapia del protone fascio matita. Passare al passo 3.1 se il paziente riceve terapia protonica a dispersione passiva.

2. radioterapia pianificazione utilizzando la terapia del fascio matita

1. Importare i dati di simulazione di CT in trattamento (TPS) il software di pianificazione.
2. Utilizzare il trattamento sistema di pianificazione utensili sagomati per definire tutti i rilevanti volumi geometrici basato su immagini acquisite di CT. Queste strutture includono la vescica, retto, intestino crasso, piccole viscere, teste femorali, superficie esterna, fiducials, distanziale rettale, o endorettale palloncino.
3. Creare un contorno esterno aggiuntivo, che comprende il corpo, la tabella di trattamento e qualsiasi dispositivi di immobilizzazione. Dose di radiazioni sarà calcolati solo all'interno di questo contorno.
4. Contorno del primo volume bersaglio clinico (CTV1) per includere la prostata, vescicole seminali e linfonodi coinvolti. Il CTV1 sarà prescritto 45.0 Gy (RBE). Il volume CTV1 avrà l'aspetto di una struttura a forma di U sulle immagini assiali. Piccolo intestino, del retto e della vescica tessuti normali risiederanno all'interno del volume di destinazione a forma di U.
5. Contorno del secondo volume bersaglio clinico (CTV2) per includere la prostata e vescicole seminali. Il CTV2 sarà prescritto una dose totale di 34,2 Gy (RBE).
6. Selezionare tre travi ad angoli del cavalletto di 90, 180 e 270 gradi per il trattamento del volume CTV1. Selezionare solo il 90 e 270 gradi fascio angoli per CTV2 trattamento.
7. Progettare strutture di bloccare geometriche due (volumi di evitamento).
   1. Creare un volume di evitamento "Mid-blocco" che comprende i tessuti normali all'interno del volume a forma di U CTV1.
   2. Blocco funzione inferiore del fascio posteriore-anteriore (180 gradi) sotto il livello della parte superiore della prostata utilizzando un "blocco di retto".
8. Creare un'espansione di 7 millimetri isotropa del CTV1 per formare un protone pianificazione volume di destinazione, denominato pPTV1. Utilizzare il pPTV1 per definire un volume di posizionamento punto tale che il protone Bragg picchi (noto anche come "macchie" di protoni) sono posizionati da pianificazione optimizer per copertura il CTV1.
9. Come nel passo 2.6, creare una simile espansione del volume CTV2 per formare pPTV2, ma utilizzare l'espansione di 8 mm nella direzione sinistra-destra e le espansioni di 5 mm in entrambe le direzioni antero-posteriore e superiore-inferiore.
10. Per attivare l'ottimizzazione robusta, una caratteristica che può rappresentare per installazione incertezze, incertezze di gamma e il riempimento di gas variabile dell'intestino, creare due insiemi di dati CT ("override") artificiale: il primo ha l'intero intestino tenue, intestino crasso, e ha retto sovrascritto la densità dell'aria, e il secondo tali volumi sovrascritti alla densità del muscolo.
11. Prima dell'ottimizzazione, è possibile creare un nuovo piano di trattamento per il CTV1. Designare la macchina di trattamento del protone per essere utilizzati per la pianificazione, assegnare la dose prescritta e frazionamento di 45 Gy (RBE) in 25 frazioni e definire il target primario per essere il CTV1. Assegnare il 100% della dose prescritta a coprire almeno il 98% del volume CTV1 utilizzando tutti i 3 fasci (laterale destro, laterale e posteriore-anteriore a sinistra).
12. Creare un altro piano di trattamento per il CTV2 con 2 set di larghezza. In primo luogo, assegnare 18 Gy (RBE) da consegnare in 10 frazioni per il CTV2 utilizzando solo il fascio laterale sinistro e 16,2 Gy (RBE) da consegnare in 9 frazioni per il CTV2 utilizzando solo il fascio laterale di destra. Assegnare il 100% della dose prescritta a coprire il 100% del volume CTV2.
13. Preparare per l'ottimizzazione del piano CTV1
    1. Assegnare la struttura metà isolata come un margine di gamma per le travi laterali e la struttura del retto-blocco come un margine di gamma per il fascio posteriore-anteriore.
    2. Avviare l'ottimizzazione con impostazioni automatico (impostazione predefinita) per energia strato spaziatura, spot spaziatura e il margine di destinazione.
    3. Specificare un numero massimo di iterazioni di 40, un numero massimo di ottimizzazioni prima di "filtro spot" di 10 e un peso minimo punto di 1,5 unità monitor. Individuare, filtraggio rimuove macchie di protone con meno di 1,5 unità monitor, come c'è un limite minimo tecnico al numero di protoni che possono essere forniti dalla macchina di trattamento.
    4. Nel primo turno di ottimizzazione per il CTV1, designare la destinazione come il pPTV1 per stabilire la griglia di posizioni spot protone. Gli obiettivi specificati sono 45,5 Gy (RBE) (peso = 100) per la pPTV1 e una riduzione della dose di 45 a 0 Gy (RBE) entro una distanza di 1 cm (peso = 2).
    5. Iniziare un secondo ciclo di ottimizzazione per CTV1, eliminando gli obiettivi di pPTV1 sopra. Quindi riprendere ottimizzazione con i nuovi obiettivi e pesi oggettivi. Specificare questi parametri come segue per sviluppare un piano di intensità modulata, noto anche come multi-campo ottimizzazione (MFO).
       1. Per il volume esterno, è necessario impostare un'interruzione di dose di 45 a 0 Gy (RBE) entro una distanza di 1 cm e con un peso di 2.
       2. Per il volume CTV1, impostare una dose minima di 45 Gy (RBE) con un peso di 100.
       3. Per il volume CTV1, impostare una dose uniforme di 45,5 Gy (RBE) e un peso di 100. Impostare questo obiettivo come robusta.
       4. Per il volume di pPTV1, impostare la dose massima a 46 Gy (RBE) con un peso di 100 e questo obiettivo come robusta.
       5. Per il volume di retto, impostare una dose massima di 45,8 Gy (RBE) con un peso di 50. Impostare questo obiettivo come robusta.
       6. Per il volume della vescica, impostare una dose massima di 45,8 Gy (RBE) con un peso di 50. Impostare questo obiettivo come robusta.
       7. Per le piccole viscere, impostare una dose massima di 45,8 Gy (RBE) con un peso di 50. Impostare questo obiettivo come robusta.
       8. Per il grosso intestino, impostare una dose massima di 45,8 Gy (RBE) con un peso di 50. Impostare questo obiettivo come robusta.
    6. Oltre agli obiettivi specifici, assegnare impostazioni di robustezza per mitigare turni posizionali di 5 mm, incertezza di gamma del 3,5% e incorporare i dati di CT ("override") artificiali sopra alla variabilità di gas intestinali indirizzo. Applicare queste impostazioni di robustezza solo a tali obiettivi specificati sopra come "robusto".
14. Completare l'ottimizzazione per il piano di CTV1 e rivedere il piano risultante ottimizzato per assicurare che la prescrizione che gli obiettivi sono stati raggiunti.
15. Preparare per l'ottimizzazione del piano CTV2
    1. Completare la prima ottimizzazione per il piano di CTV2 usando il pPTV2 per realizzare una griglia di posizionamento spot come il piano di CTV1.
    2. Elimina gli obiettivi pPTV2 e riprendere l'ottimizzazione con nuovi obiettivi (percentuali sono per quanto riguarda la prescrizione per il CTV2). Per il piano di CTV2, ottimizzare singolarmente questi obiettivi per il fascio di sinistro e destro. Questo è noto come ottimizzazione di campo singolo (SFO) e gli obiettivi per ciascuna trave sono come segue.
       1. Per il volume esterno, impostare un'interruzione di dose di 34,2 Gy (RBE) a 0 Gy (RBE) all'interno di una distanza di 5 mm e un peso di 2.
       2. Per il volume di CTV2, impostare una dose minima di 34.37 Gy (RBE) con un peso di 120.
       3. Per il volume di CTV2, impostare una dose uniforme di 34.54 Gy (RBE) con un peso di 100. Impostare questo obiettivo come robusta.
       4. Per il volume di pPTV2, impostare una dose massima di 34,88 Gy (RBE) con un peso di 100. Impostare questo obiettivo come robusta.
    3. Utilizzare le stesse impostazioni di robustezza per l'ottimizzazione.
16. Completare l'ottimizzazione separatamente per le travi laterale di destra e sinistra creare 2 piano Larghezza set. Questo permetterà la consegna di radiazione a CTV2 utilizzando le travi laterale di destra o sinistra. Questo è in contrasto con la consegna della dose CTV1, che richiede tutti i 3 fasci (RL, LL e PA) per essere utilizzato per ogni trattamento.
17. Rivedere i piani di trattamento CTV1 e CTV2 in modo indipendente e in somma per verificare che rispettino i vincoli di dose per irradiazione di carcinoma della prostata stabilito dalla prova di RTOG 0126¹⁹.
    1. Per il volume della vescica, assicurarsi che la percentuale di tessuto ricezione 80 Gy è inferiore al 15%, la percentuale di ricezione 75 Gy è inferiore al 25%, la percentuale di ricezione 70 Gy è inferiore al 35% e la percentuale di ricezione 65 Gy è inferiore al 50%.
    2. Per il volume rettale, assicurarsi che la percentuale di tessuto ricezione 75 Gy è inferiore al 15%, la percentuale di ricezione 70 Gy è inferiore al 25%, la percentuale di ricezione 65 Gy è inferiore al 35% e la percentuale di ricezione di 60 Gy è inferiore al 50%.
    3. Per il volume del bulbo del pene, assicurarsi che la dose media è inferiore ai 52,5 Gy.
    4. Per i volumi di destinazione CTV1 e CTV2, garantire che almeno il 95% di entrambi i volumi ricevano la dose prescritta.
18. Se i piani e le distribuzioni di dose soddisfano le linee guida del vincolo di dose accettata e robustezza, ottenere l'approvazione del medico ed esportare i piani per il sistema di erogazione di trattamento.
19. Misura per confermare l'accuratezza della dose prevista utilizzando matrici di camera a ionizzazione, un tipo di rivelatore di radiazione.
20. Verificare l'esattezza del calcolo dose utilizzando un software di calcolo della dose secondaria, indipendente.
21. Esaminare i risultati di misura, i risultati del calcolo e proprietà tecniche del piano con un fisico medico per garantire il controllo di qualità.
22. Generare i documenti di pianificazione del trattamento e li approva la pianificazione dosimetrist, fisico e medico responsabile della supervisione.
23. Esportare tutti i trattamento dati per il sistema di erogazione di trattamento per il trattamento del paziente per la progettazione e saltare al passo 4.1 per la consegna di terapia del protone.

3. radiazione pianificazione del trattamento per dispersione passiva o uniforme terapia protonica di scansione:

1. Consente di importare i dati di simulazione di CT il sistema di pianificazione del trattamento di radiazione.
2. Contorno di tutti i volumi geometrici interessati basati su immagini acquisite di CT. Queste strutture includono la vescica, retto, intestino crasso, piccole viscere, teste femorali, superficie esterna, fiducials, distanziale rettale, o endorettale palloncino.
3. Creare un contorno esterno aggiuntivo. Utilizzare lo strumento operazione booleana per includere il corpo, la tabella di trattamento e qualsiasi dispositivi di immobilizzazione. Dose di radiazioni sarà calcolati solo all'interno di questo contorno.
4. CTV1 contorno per includere la prostata, vescicole seminali e linfonodi coinvolti. Il CTV1 sarà prescritto 45.0 Gy (RBE).
5. CTV2 contorno per includere la prostata e vescicole seminali. Il CTV2 sarà prescritto una dose totale di 34,2 Gy (RBE).
6. Espandere CTV1 da 7 mm per creare pPTV1 e pPTV2 espandendo CTV2 da 7 mm in tutte le direzioni tranne 5 mm posteriormente.
7. Creare travi sul trattamento pianificazione sistema per pPTV1 e pPTV2. pPTV1 saranno mirati utilizzando un fascio singolo 180° PA mentre pPTV2 saranno mirati utilizzando travi laterali 90° e 270°.
8. Aggiungere blocchi per ogni fascio con un margine uniforme di 0,5 cm a volumi di pPTV1 e pPTV2.
9. Utilizzando il pulsante Seleziona dimensione di blocco il più piccolo possibile di dimensione di apertura fascio basato sulla dimensione di ciascun volume di pPTV. L'apertura del fascio è il ritaglio personalizzato di ottone che sarà allegato al muso del cavalletto per i bordi laterali di forma di ogni fascio di protoni.
10. Modello compensatore di cera appropriati necessari per modellare i margini distali e prossimali di ogni fascio di protoni selezionando i parametri di larghezza appropriata come segue.
    1. Immettere un valore di incertezza di gamma del 3,5% più altri 1-2 mm.
    2. Immettere la distanza di gap di aria appropriata tra il diaframma e il paziente.
    3. Liscio e striscio sulla forma di compensatore per il gradiente di dose desiderata.
    4. Impostare il isocenters per pPTV1 e pPTV2 nella stessa posizione con l'obiettivo di minimizzare la pazienti turni necessari per la consegna del fascio del protone.
11. Calcolare la dose utilizzando i parametri specificati nella procedura 3.10.1-3.10.4 per la pPTV1 e la pPTV2 piani di destinazione.
12. Rivedere i piani di trattamento pPTV1 e pPTV2 in modo indipendente e in somma per verificare che rispettino i vincoli di dose per carcinoma della prostata irradiazione istituito dalla prova RTOG 0126¹⁹ e descritto nella procedura 2.17.1-2.17.4.
13. Se si desidera non siano raggiunti obiettivi Remo e destinazione per la copertura di dose, regolare i parametri di blocco e compensatore in TPS come mostrato nei passaggi 3.8-3.10 fino a quando gli obiettivi sono raggiunti. Una volta che gli obiettivi sono raggiunti, ottenere l'approvazione del medico e procedere al passo 3.14.
14. Verificare l'esattezza del calcolo di dose nel piano approvato utilizzando un pacchetto di software di calcolo dose secondaria, indipendente.
15. Esaminare i risultati di misura, i risultati del calcolo e proprietà tecniche del piano con un fisico medico per garantire il controllo di qualità.
16. Ordinare i blocchi e compensatori dal fornitore appropriato.
17. QA i blocchi e compensatori ricevute dal fornitore.
18. Generare documenti di pianificazione del trattamento e loro approvazione tramite firme digitali la pianificazione dosimetrist, fisico e medico responsabile della supervisione.
19. Esportare tutti i trattamento dati per il sistema di erogazione di trattamento per il trattamento del paziente per la progettazione e procedere al punto 4.1.

4. radiazioni trattamento consegna

1. Il primo giorno di trattamento, verificare che il piano di radiazione corrisponde ai parametri di piano nel sistema di trattamento.
2. Disporre la stanza di trattamento per riprodurre la configurazione paziente utilizzata durante la simulazione di CT. Assicurarsi che l'etichetta del cuscino di immobilizzazione corrisponda il paziente ID e quindi posto sul piano di trattamento con indicizzazione corretta. Posizionare il poggiatesta utilizzato alla simulazione a capo del tavolo.
3. Confermare con il paziente che hanno completato il processo di vescica piena e cambiato in un abito di trattamento.
4. Escort il paziente nella stanza di trattamento e lo tengono in posizione supina sul tavolo di trattamento con le mani giunte in tutto il petto e le gambe del cuscino di immobilizzazione.
   1. Inserire e gonfiare il palloncino endorettale se utilizzato durante la simulazione.
5. Elettronicamente e spostare la tabella di trattamento dalla posizione del carico verso il isocenter per allineare il paziente ai marchi che vengono inseriti durante la simulazione. Modificare la tabella per correggere eventuali errori grossolani in paziente posizionamento come la pece, rotazione e l'imbardata.
   1. Una volta che il paziente è correttamente allineato per i marchi di simulazione, completare la si sposta dalla posizione iniziale in quelle determinate durante il trattamento dosimetrico processo di pianificazione per allineare il paziente per il trattamento desiderato isocenter.
6. Eseguire ortogonale KV imaging per assicurare un corretto allineamento paziente interno ossa pelviche e marker fiduciali collocato precedentemente Urologia all'interno della prostata.
   1. Determinare se sono previste regolazioni posizionale base sovrapponendo le immagini acquisite KV sulle radiografie digitalmente ricostruite dalla pianificazione TAC di simulazione. Applicare spostamenti necessari per garantire l'allineamento.
   2. Se KV immagini dimostrano gas intestinali eccessive, chiedere al paziente di espellere l'aria mentre giaceva sul tavolo trattamento se possibile, quindi riallineare e ricreare l'immagine.
      1. Se il paziente è in grado di rilasciare sul tavolo trattamento, interrompere il trattamento e avere il paziente andare al bagno. Dopo il paziente torna dal bagno, riavviare il processo di recapito di protone da passo 4.3.
7. Una volta immagini KV accettabili sono acquisiti e confermati, un scansione CT (CBCT) a fascio conico è completato per valutare di riempimento della vescica/rettale. Applicare ulteriori regolazioni posizionamento paziente basate sulla scansione CBCT. Come con le correzioni posizionamento basato su formazione immagine di KV, le modifiche apportate utilizzando dati CBCT saranno inviate direttamente dalla console di imaging nella tabella di trattamento per applicazione automatizzata.
   1. Verificare tutte le correzioni del posizionale con il medico curante prima di iniziare il trattamento il primo giorno di terapia del protone.
8. Avviare la consegna di trattamento con verifica udibile tra due terapisti dell'angolo del cavalletto, unità monitor, numero di strati e macchie di scansione e muso posizione per ogni angolo di trattamento. Questi parametri vengono visualizzati sulla console trattamento e nei documenti di pianificazione firmati da dosimetria, fisica e il medico curante.
9. Dopo il trattamento, contrassegnare il trattamento isocenter per allineamento quotidiana e rimuovere i segni.
10. Ripetere i passaggi da 4.2-4.9 per tutte le frazioni di trattamento successivo.

Risultati

Dati disponibili suggeriscono un beneficio sostanziale con la terapia del protone per determinati cancri^20,21. PT può essere favorito per selezionare tumori pediatrici, tumori ricorrenti nelle regioni precedentemente irradiate o altri cancri dove il rischio di lesione del tessuto normale è alto con trattamento del fotone. Discutiamo qui di seguito, l'applicazione e il beneficio della terapia del protone per la prostata, al seno e medulloblastoma. Il nostro obiettivo è quello di fornire ai lettori con una migliore comprensione dell'applicazione della terapia del protone per i tumori comuni in uomini, donne e bambini.

Negli Stati Uniti, il cancro della prostata è il più comunemente diagnosticato malignità negli uomini e la seconda più comune causa di morte per cancro fra gli uomini. Circa 164.690 nuovi casi saranno diagnosticati nel 2018 e oltre 29.000 uomini moriranno della malattia. Pazienti con tumore della prostata non-metastatico sono ammissibili per le opzioni di trattamento, tra cui la sorveglianza attiva, prostatectomia radicale, la brachiterapia e radiazione esterna del fascio con fotoni o protoni²². Trattamento esatto le decisioni sono prese a seconda di anatomia del paziente, comorbilità, fase del tumore, preferenze del paziente e del giudizio medico.

Consegna di radiazione per carcinoma della prostata della fase iniziale è limitata alla ghiandola prostatica. Nel caso di carcinoma della prostata di rischio intermedio, le vescicole seminali prossimali sono mirate pure. Anche se stanno esplorande parziale terapie della prostata, ghiandola intera terapia rimane lo standard di cura. Obturator, nodi iliaci pre-sacrali, interni iliaci ed esterni sono spesso inclusi per i pazienti con malattia intermedia e ad alto rischio sfavorevole.

Prima del trattamento con radiazioni, pianificazione, fiducial marker può essere posizionato per consentire il trattamento di immagine-guida usando la formazione immagine pre-trattamento kilovoltage (cioè., radiografie standard)²³. Inoltre, un distanziatore di idrogel può essere inserito anche prima della simulazione di CT per creare un divario tra il retto e della prostata a ulteriore dose limite al rettale tessuti^24,25. Durante la pianificazione del trattamento, i pazienti dovrebbero essere simulati in posizione supina con bacino immobilizzato utilizzando un dispositivo di cuscino su misura. Un palloncino rettale può trovarsi alla simulazione di CT per limitare il movimento della prostata sia incertezza per il volume e la densità del rettale²⁶. Una vescica piena comodamente raccomanda di limitare la dose di piccole viscere e la porzione anteriore della vescica²⁷. Simulazione di MRI è anche consigliato per consentire più preciso bersaglio volume delineazione²⁶.

Trattamenti dovrebbero essere progettati per consegnare le dosi di 75,6-79,2 che GY alla prostata, con dosi di 45-50.4 Gy consigliato per copertura elettivo di nodale o diffusione della vescichetta seminale regioni a rischio di malattia microscopica⁹. Tutte le frazioni vengono consegnate una volta al giorno a 1,8-2 Gy per frazione. Per intermedi e ad alto rischio pazienti che ricevono una spinta di brachiterapia, la dose di radiazione esterna del fascio deve essere limitata a circa 45 Gy. La brachiterapia dosi di 110 Gy devono essere usate con impianti permanenti di tasso di dose bassa I-125. Con alte dosi di brachiterapia consegnata tramite cateteri, i regimi di Spinta comunemente usati includono 13 a 15 Gy x 1 frazione, frazioni Gy x 2 8 a 11,5, frazioni Gy x 3 5.5 a 6.5 e 4.0 alla 6.0 Gy x 4 frazioni⁹.

Dosimetria di pianificazione del trattamento è ottimizzato per limitare la dose per la vescica, retto e l'intestino. Dosimetrici comparazioni tra fotone-protone - versus terapia basano (cioè., IMRT contro tecniche di IMPT) hanno dimostrato con parsimonia migliorata delle dosi ai tessuti normali con il secondo approccio²⁸.

Mortalità specifici del cancro della prostata è inferiore al 2% a 10 anni per gli uomini con inizio fase malattia²² indipendentemente dal trattamento scelto. Con dose-intensificata RT, pazienti ad alto rischio mostrano anche una mortalità specifico di carcinoma della prostata basso del 5% a 9 anni²⁹. La mortalità rimane bassa in gran parte grazie alla disponibilità di terapie sistemiche che rimangono efficaci in metastatica. Risultati con la terapia del protone e IMRT rimangono eccellenti^30,31. Lo studio di PARTIQoL (NCT01617161) è uno studio randomizzato, in corso fra la terapia del fascio del protone (PBT) e IMRT per carcinoma della prostata a rischio basso e intermedio che speriamo che determinerà se una modalità è superiore rispetto agli altri.

Cancro al seno è il più comunemente diagnosticato malignità in donne e la seconda più comune causa di morte per cancro tra le donne degli Stati Uniti. Circa 268.670 nuovi casi saranno diagnosticati nel 2018, e 41.400 donne morirà di malattia¹. A differenza nel carcinoma della prostata, dove la maggior parte dei pazienti ricevono radiazioni come monoterapia, pazienti di cancro al seno ricevono radiazioni postoperatorio per ridurre il rischio di cancro recidiva¹¹. A seconda dell'entità della chirurgia necessaria, radiazione può essere mirati al seno restante dopo la mastectomia parziale del tumore o alla parete toracica dopo mastectomia^11,32. Linfonodi regionali nel axilla, supraclavicular e aree mammarie interne possono essere mirati se sono ritenuti a rischio per la diffusione del tumore.

Schemi di trattamento per i pazienti del seno in genere comportano trattamento una volta al giorno, cinque giorni alla settimana. Pazienti di stadio precoce sono generalmente trattati con convenzionalmente frazionata (1.8-2.0 Gy/frazione; 50 Gy totali) o regimi ipofrazionata (2.67 Gy/frazione; 40,05-42,56 Gy totale) per il petto intero^11,33. Pazienti con malattia più avanzata, ma localizzata sono trattati con frazionamento convenzionale a 50 Gy (1.8-2.0 Gy/frazione) per l'intera parete del seno o del torace e i linfonodi regionali. Queste dosi sono efficaci per la malattia infraclinica che può essere presente dopo l'intervento chirurgico.

Simulazione di CT per la radioterapia del cancro al seno viene normalmente completato nella posizione supina. A differenza del carcinoma della prostata, entrambe le braccia vengono rapite overhead per consentire l'esposizione del tessuto petto parete o al seno. Inoltre, un dispositivo personalizzato cullando e seno-board sono spesso utilizzate per immobilizzare il torace in posizione sollevata in modo che il manubrio sia parallelo alla tabella di trattamento. Questo assicura che il tessuto del seno non cada superiormente alla zona del collo.

L'esposizione a radiazioni al cuore durante il cancro al seno è associato con un rischio aumentato di malattia ischemica futura³⁴. Di conseguenza, tecniche per ridurre le dosi di cuore sono di fondamentale importanza. Un approccio è di impiegare hold respiro profondo-inspiratoria (DIBH) per aumentare lo spazio intratoracico e la distanza tra il cuore e la parete di cassa anteriore/del seno. Come il metodo implica, pazienti trattati con DIBH verranno sospeso il loro ciclo respiratorio e ricevere cure presso il punto massimo di ispirazione. Tuttavia, non tutti i pazienti sono in grado di tollerare le stive di respiro di durata sufficiente a permettere questa tecnica. In alcuni pazienti, una posizione prona può essere vantaggiosa e può consentire il tessuto del seno per appendere dal critici tessuti normali, compreso il cuore³⁵. Uno svantaggio di questo approccio è la limitazione che si pone sulla capacità di regioni di destinazione lymphatics. Terapia del protone può raggiungere notevole dose cardiaco con parsimonia senza la necessità di DIBH e tecniche incline^36,37.

Terapia del protone è impiegata per le pazienti di cancro al seno e ha dimostrata di essere superiore a tecniche basate su photon riguardo agli effetti con parsimonia dose su strutture critiche come i polmoni e il cuore³⁸. Un fascio di matita di singolo campo piano (PBS) con un cambio di gamma di scansione può essere utilizzato per amministrare la radiazione del protone alla parete toracica e i nodi regionali. Possono essere impiegati anche a dispersione passiva approcci. Se più campi sono obbligatori al fine di trattare la parete toracica intero e i nodi regionali a causa di limitazioni di campo, campo corrispondenti tecniche deve essere impiegato. Una strategia è di impiegare corrispondenti supraclavicular e campi di parete toracica abbinati con un gap di pelle di 2-4 mm sotto la testa clavicular³⁹. I bordi del campo vengono spostati sopra una distanza di 1 cm in diversi momenti durante il corso di radiazione per ridurre al minimo i punti caldi e freddi.

Risultati clinici con radiazione del cancro al seno dimostrano una sopravvivenza totale del 50% per la malattia di fase iniziali¹¹ e 37% per i pazienti localmente avanzati al follow-up di 20 anni³². Dato il periodo di remissione lunga, minimizzazione di trattamento relative tossicità è di grande preoccupazione. Anche se la terapia del protone è previsto per ridurre i rischi di tossicità cardiaca, questa domanda viene esaminata nel processo in corso a RADCOMP Consortium (NCT02603341), che è randomizzazione delle donne con cancro al seno alla radioterapia fotone o protone.

Il cancro rimane la seconda più comune causa di morte nei bambini di età 1-14 negli Stati Uniti ed è superato solo da incidenti. Nel 2018, 10.590 bambini saranno diagnosticati con cancro e 1.180 morirà di loro malignità¹. Fra questo gruppo, 250-500 pazienti saranno diagnosticati con il medulloblastoma. L'età mediana alla diagnosi di medulloblastoma è 4-6 anni. Dato l'elevato rischio per il coinvolgimento di liquido cerebrospinale e la diffusione (30-40%), irradiazione craniospinale (CSI) è lo standard di cura in questi pazienti, con circa 80% di sopravvivenza con un trattamento appropriato.

I pazienti di medulloblastoma sono stratificati in gruppi standard-rischio e ad alto rischio basati sulla loro età, presenza di anaplasia o metastasi e la quantità di tumore residuo dopo resezione chirurgica. In entrambi i casi, il trattamento comprende la radiazione postoperatoria. RT per il medulloblastoma coinvolge CSI iniziale per una dose di 23,4-36 Gy. Dose supplementare è poi dato alla base del tumore per ottenere una dose di 55,8-50.4 Gy al tumore primario sito⁴⁰. Considerazioni sulla pianificazione di trattamento includono la limitazione delle dosi massime al tronco cerebrale e del midollo spinale di 54 Gy e 45 Gy, rispettivamente. CSI possono essere consegnati tramite terapia fotone o protone. Simulazione di CT ed il trattamento spesso richiede anestesia per garantire che i pazienti non si muovono durante trattamento⁴¹.

Dovuto le grandi zone mirate con radiazioni, risultato del tecniche di RT basati su fotone nell'esposizione sostanziale irradiazione a strutture toraciche e addominale anteriore al midollo spinale, compresi polmoni, cuore, intestino reni e seno. Queste regioni possono essere risparmiate dalle radiazioni in eccesso con proton terapia (Figura 3)⁴². PT basato CSI richiede due campi laterali leggermente obliqui per irradiare il cervello e la spina dorsale cervicale superiore, nonché uno o più raggi posteriore-anteriore mirati alle regioni cervicale, toracica, lombare e sacrale della spina dorsale inferiore. Più campi sono necessari in quanto la destinazione CTV per CSI include lo spazio intero del liquido cerebrospinale (CSF) che si estende dal vertice del cervello al canale spinale attraverso l'equina della coda a livello della giunzione vertebrale S2/S3 (Figura 3). La lunghezza della colonna vertebrale determina il numero totale di spinali campi necessari per il trattamento. Il bordo superiore del campo spinale superiore corrisponde al bordo inferiore dei campi cranici. Se il campo della colonna vertebrale non può coprire tutta la colonna vertebrale, un secondo campo spinale è abbinato al bordo inferiore del campo spinale superiore. Questo processo può essere ripetuto se un terzo campo è richiesto per i pazienti più alti. Per pazienti sotto l'età 15, bordo anteriore dei campi colonna vertebrale viene esteso per includere l'intero corpi vertebrali per garantire una dose omogenea alle ossa necessaria per prevenire le anomalie di crescita futura nello scheletro in via di sviluppo. Per quelli oltre 15 anni, il bordo del campo anteriore della spina dorsale è esteso 2-3 mm di là del canale spinale nella colonna vertebrale.

Sia a dispersione passiva e tecniche di PBS sono state utilizzate per CSI^42,43. Obiettivi specifici della terapia CSI includono la dose di radiazione omogenea per il liquido cerebrospinale (CSF) all'estremità inferiore del sac thecal (S2 o S3), dose piena al piatto cribriform e base anteriore del cranio, minimizzazione della dose di strutture ottiche, limitazione della tiroide a non più di 5% della dose di prescrizione e minimizzazione della dose per l' esofago⁴³.

Pianificazione del trattamento di dispersione passiva comincia tipicamente con la creazione di campi craniche. Compensatori di gamma con l'editing manuale sono spesso necessaria per creare una distribuzione omogenea della dose nel cervello, limitando la dose per gli occhi e la coclea. Per i campi spinali, compensatori sono ispessiti a livello della tiroide per ridurre al minimo la dose. Particolare attenzione è rivolta quindi alle giunzioni di campo tra i campi cranici e spinali e tra più campi spinali quando richiesto. La zona di giunzione è definita come la lunghezza di 1,25-1,5 cm, dove i campi sono adiacenti. La giunzione è spostata in direzione craniale o caudale settimanale di impedire lo sviluppo delle zone di dose di caldo o freddo. Idealmente, dose varianza è compresa tra il 95-108% della dose di prescrizione. Campo ponderazione, modifiche di apertura e compensatore modifiche vengono tutti utilizzate per raggiungere questo obiettivo⁴³.

I ricercatori a M.D. Anderson Cancer Center hanno sviluppato una strategia graduale per CSI pianificazione⁴². Questo approccio comporta lo sviluppo di un piano MFO per trattare i campi cranica e inferiore della colonna vertebrale, seguiti dalla creazione di un piano SFO per spina dorsale toracica. Gradienti di dose sono utilizzate alle zone di giunzione. Il piano SFO viene copiato nel piano del MFO iniziale di sviluppare un piano MFO finale, composito. Le giunzioni della colonna vertebrale sono spostate una volta di 2 cm sopra un corso di 4 settimane di trattamento. In confronto a dispersione passiva CSI, PBS basato CSI offre notevoli riduzioni della dose di radiazioni per le lenti, coclea e ghiandole parotidi, ma al costo di tiroide aumentata dose⁴².

I pazienti di medulloblastoma possono aspettarsi i tassi di sopravvivenza libera di evento di 60-80% a seconda del rischio strata⁴⁴. Data la grande area di tessuto irradiato con CSI e la natura sensibile dei pazienti pediatrici, rischi di effetti collaterali a lungo termine sono considerevoli e comprendono le malignità secondarie, compromissione neurocognitiva, malattia cardiaca, disfunzione pituitaria, perdita dell'udito , infertilità, l'ipotiroidismo, vasculopathy, secchezza degli occhi, la formazione della cataratta, perdita di visione e necrosi/myelitis di radiazione. Di conseguenza, basati su protone CSI può offrire un beneficio sostanziale per molti pazienti.

Figura 1: curve di dose di profondità per la radioterapia. Distribuzioni di dose in funzione della profondità in acqua indicata per vari fasci di radiazioni clinica. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: confronto tra protone e fotone radiazione seno. Per cento della dose distribuzione per un paziente con cancro della mammella localmente avanzato che ricevono la radioterapia con protoni (C, D) o IMRT (A, B) e dimostrando la riduzione della dose di radiazione sostanziale al cuore e polmoni con protoni. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: confronto tra protone e fotone radiazione di craniospinal. Per cento della dose distribuzione per un paziente con il medulloblastoma ricevere irradiazione craniospinale utilizzando una dose di protoni (A) o IMRT (B) e dimostrando notevole radiazione riduzione alle regioni intra-toraciche ed intra-addominale con protoni. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

	Fotone	Protone
Tipo di particelle	Bosone	Fermione composito
Extra [C]	0	+1.602 x 10-19
Massa [kg]	0	1.672 x 10-27
Spin	1	1/2
Energy† [MeV]	0.1 - 25	10 - 250
Fonti comuni	Acceleratore lineare, Co-60 radioisotopi, tubo di raggi x	Ciclotrone o sincrotrone Accelerator
Metodi di consegna	Collimato solide travi, collimatori Multileaf, modulazione di intensità, archi	Scattering passivo, lettura magnetica
† Gamma di energia in genere utilizzato per il trattamento di tumori umani

Tabella 1: Confronto tra protone e fotone di radiazione.

Discussione

Pianificazione del trattamento di radiazione e la consegna per il cancro è un processo altamente personalizzato personalizzato per ogni singolo paziente e il suo cancro particolare. Radioterapia moderna è un'immagine-guida basata su intervento CT immagini ottenute durante una radiazione su misura progettazione simulazione. Formazione immagine di CT è obbligatoria poiché contiene 3-dimensionale (3D) di informazioni anatomiche sul paziente così come precisa quantificazione delle densità dei tessuti alle posizioni differenti all'interno del corpo che sono necessari per il calcolo della dose. Durante la formazione immagine di CT, il paziente viene posizionato su una tavola motorizzata. Diversi dispositivi di immobilizzazione meccanica in genere sono impiegati per limitare il movimento del paziente durante la formazione immagine e durante la successiva consegna di RT. A seconda della precisione richiesta, questi dispositivi variano da semplice stampo-tipo cuscini e maglie in plastica, che sono conformi alla superficie del paziente e quindi induriscono per limitare il movimento, a più dispositivi invasivi come skull rigido dispositivi che vengono praticati in luogo. Spesso, la precisione richiesta del dispositivo di immobilizzazione è dettata dalla vicinanza del tessuto del tumore alle strutture critiche vicine. Ad esempio, il dispositivo di immobilizzazione più invasivo, un alone di testa forato in luogo, è a volte utilizzato quando precisione millimetrica singolo è necessaria per trattare un tumore vicino agli occhi o nervi ottici per minimizzare il rischio di cecità che possono verificarsi dal paziente in movimento in una posizione scorretta durante il trattamento.

Informazioni sulle immagini di CT è anche utilizzato per ottimizzare anatomia interna del tessuto normale. Ad esempio, la distensione della vescica è spesso utilizzata per ridurre al minimo l'esposizione dose di piccole viscere da irradiazione della prostata come indicato nel protocollo di cui sopra e della vescica. Allo stesso modo, se lo stomaco è dilatato in particolare con il cibo durante la simulazione per irradiazione addominale superiore (per esempio, gastrico, fegato, esofago distale), quindi il paziente è ri-simulato dopo permettendo il cibo passare attraverso lo stomaco e il tratto intestinale . Questo ridurre lo stomaco e ridurre la probabilità di esposizione a radiazioni durante la radioterapia dei tumori addominali superiori. In casi dove lo stomaco o vescica stessi sono obiettivi di radiazione, possono essere intenzionalmente dilatati o svuotati per ottimizzare la distribuzione della dose.

In alcuni casi, un tumore non è adeguatamente o attendibilmente visualizzato sul CT ma può essere identificato più accuratamente da una risonanza magnetica o una scansione PET. In tali casi, le scansioni PET o risonanza magnetica vengono utilizzate per integrare i dati CT poiché quest'ultimo è ancora necessario per il calcolo della dose. Questo è ottenuto tramite la registrazione di immagini MRI e PET per le immagini di CT per la pianificazione della terapia. Le esplorazioni di MRI forniscono spesso molto maggiore contrasto visivo e risoluzione superiore a CT, che può essere utile per identificare i confini sottili, molli di un tumore come quelli nel cervello o nel fegato. PET fornisce una vista funzionale della distribuzione delle molecole di tracciante radioattivo etichettato iniettato nel paziente.

Alcuni tumori presentano nelle zone del torace o dell'addome dove possono muoversi in modo significativo con la respirazione. Al fine di tenere conto di questo movimento garantire l'accuratezza di radiazione, un CT 4-dimensionale, un tipo di formazione immagine di CT "modalità film", può essere utilizzato per acquisire l'anatomia del paziente 3D come cambia nel tempo durante la respirazione. Per alcune destinazioni, toraciche e addominale, cinghie di compressione o di altri mezzi di mitigazione di movimento possono essere utilizzati durante la terapia per limitare movimento e limitare l'incertezza per quanto riguarda il tumore posizione⁴⁵.

Una volta che il paziente è simulato per trattamento, tenendo in considerazione l'istologia del tumore, localizzazione del tumore e caratteristiche anatomiche, che influenzano la configurazione ottimale di fasci di radiazioni, tipi di particelle, energie, è sviluppato un piano di trattamento personalizzato e i livelli di dose per ogni singolo paziente. Per ogni paziente, un numero di domande di base è considerato inizialmente dal team clinici per sviluppare un piano di trattamento ottimale. Come punto di partenza, la forma più appropriata di radiazione deve essere selezionata. Opzioni includono fotoni, elettroni o protoni. Questo è in genere seguito dalla selezione dell'angolo di fascio per la consegna di radiazione. Maggior parte delle macchine RT includono un paziente robot posizionamento tabella e un gantry rotante che consentono RT travi di essere diretto nel corpo del paziente da praticamente qualsiasi angolazione. La decisione consiste nel trovare il percorso che più efficacemente colpisce il bersaglio con RT e meglio evita non bersaglio che può essere nel percorso di travi selezionate. In alcuni casi, angoli d'apertura è determinati dal sistema di pianificazione stesso dopo l'immissione in obiettivi di radiazione per i tumori e tessuti normali. Questo processo è chiamato "progettazione inversa" e avviene spesso nel caso di IMRT, che coinvolge modulando l'intensità del multiplo, fasci di radiazione in arrivo in un modo dipendente dal tempo che fornisce una dose di obiettivo uniforme ma può condurre alla dose altamente non uniforme di fuori. Anche se la terapia sia fotone o protone può essere intensità modulata, inversa di pianificazione viene utilizzata in gran parte in fotone basato solo IMRT. Se fasci di radiazioni solidi devono essere usati, collimatori metallo personalizzati possono essere fabbricati per abbinare la forma del fascio di radiazione con la forma del tumore.

Se è selezionata la terapia del protone, una successiva decisione ha bisogno di essere fatto per quanto riguarda l'uso di dispersione passiva o tecniche di PBS. Nel caso di PBS, una decisione supplementare è richiesta per quanto riguarda l'uso di MFO o strategie di campo singolo campo di ottimizzazione/single dose uniforme (SFO/SFUD). Nei trattamenti di MFO, fasci multipli sono necessari per trattare un tumore durante ogni frazione, poiché ogni fascio è destinato solo una porzione del bersaglio. Al contrario, per i piani di SFO, ogni trave copre l'intera destinazione. MFO è spesso favorita per i tumori vicino una struttura critica (ad es., tumore al cervello vicino al nervo ottico) dove una varietà di angoli del fascio può essere vantaggiosa per scolpire la dose di radiazioni. Strategie di MFO inoltre assicurano che tutte le travi/macchie di radiazione non "gamma" nella stessa area dove la dose potrebbe essere inaspettatamente elevato a causa dell'effetto di picco di Bragg. D'altra parte, SFO è favorito per le destinazioni vicino a aree di incertezza anatomica, come la prostata che può muoversi a causa della vescica differenziale e riempimento rettale. SFO fornisce maggiore robustezza contro variazioni di dose a causa della variabilità anatomica.

Una volta che la strategia di pianificazione di base è deciso, la successiva fase di pianificazione del trattamento coinvolge tipicamente ottimizzazione matematica dei campi elettromagnetici di radiazione. L'energia, intensità e distribuzione spaziale (spazialmente variabili flusso) della radiazione in arrivo sono parametri in genere liberi nell'ottimizzazione. Insieme con la rappresentazione di grande matrix 3D dell'anatomia paziente dal CT, queste variabili libere portano ad una dimensione molto grande problema e corrispondente ottimizzazione grandi matrici (ad es., migliaia di valori CT e migliaia di possibile fascio intensità deve essere considerato). Queste matrici sono incorniciate in una funzione di obiettivo, che è una formulazione matematica del "obiettivo della pianificazione del trattamento". Come accennato in precedenza, gli obiettivi del trattamento sono le priorità per raggiungere prima la dose prescritta di destinazione, e in secondo luogo, per raggiungere più basso di una dose come è possibile ai tessuti normali. Per ridurre al minimo questa funzione obiettivo, elevata potenza di calcolo è desiderato per eseguire rapidamente calcoli di trasporto RT che popolano le matrici, e metodi di ottimizzazione numerica, come algoritmi di gradiente-ricerca, vengono utilizzati per cercare rapidamente i minimi locali in la funzione. Questi minimi corrispondono ai piani di trattamento ottimale per ogni paziente unico. Il ruolo del computer nella pianificazione del trattamento non può essere sopravvalutato. Radiologia diagnostica e radioterapia moderna non sarebbe possibile senza i progressi di computer degli ultimi tre decenni.

Come una fase finale, il piano di trattamento ottimizzato è esaminato dall'equipe medica (medico, dosimetrist e fisico). In molti casi, il piano può essere adattato ulteriormente o ri-ottimizzato con differenti obiettivi per migliorare la qualità complessiva. Una volta che il piano è risultato ottimale, i parametri tecnici del piano sono rivisto da un fisico e trasferiti nella macchina di consegna di trattamento.

In molti casi, il paziente ritorna per frazioni multiple di trattamento (sessioni), spesso ogni giorno della settimana per diverse settimane. Frazionamento di multi-giorno può intensificare gli effetti collaterali indotti da radiazioni acuti, ma può ridurre la potenziale ritardo, più gravi effetti collaterali di RT rispetto a trattamento singolo-frazione¹². Multi-frazione approcci sono ottimali per i tumori che si dividono rapidamente o in grado di riparare danni subletali di RT. Tuttavia, questo dipende dal sito di trattamento esatto e la sensibilità dei tessuti normali nelle vicinanze. Poiché l'obiettivo della consegna di trattamento di radiazione è di amministrare lo stesso trattamento durante ogni frazione, anche di pochi millimetri di movimento o incertezza nella posizione paziente possono causare la degradazione del piano di trattamento di terapia della particella. Per questo motivo, Consiglio di immagine a bordo sistemi sono di fondamentale importanza durante multifraction dispositivi di imaging a raggi x RT., cone beam CT scansioni o ottico, scansione laser imager di superficie sono tutti disponibili per questo scopo. Questi dispositivi consentono la radioterapia guidata da immagini (IGRT) attraverso l'imaging dei reperi anatomici, obiettivi di tumore o surrogato radio-opaco fiducial marker. Le immagini IGRT sono rispetto alle esplorazioni simulazione originale e regolate come necessario prima di ogni frazione della radiazione.

Nonostante il vantaggio della gamma limitata di terapia del protone, che limita la dose di uscita, la precisione della previsione di gamma vedute tipicamente nella pianificazione del trattamento è dell'ordine di pochi millimetri. La perdita di energia esatta in diversi tessuti paziente è incerta, in primo luogo, poiché i componenti molecolari esatti del tessuto sono ambigui, e, in secondo luogo, poiché l'anatomia del paziente cambia nel tempo, sia sopra a breve periodi di tempo (ad es., respirazione) e tempi più lunghi (ad es., perdita di peso, restringimento del tumore, modifiche di anatomia normale). Per affrontare questa incertezza, un "margine distale" viene aggiunto il volume di destinazione che è un margine di tessuto normale appena oltre la profondità massima del tumore. Tale margine garantisce che anche con le incertezze nella previsione della gamma, la profondità di intero tumore sarà trattata con elevata fiducia. Purtroppo, il margine di tessuto normale di conseguenza possa essere esposti per l'intera dose di RT, che può potenzialmente portare a significativi effetti collaterali RT in quel tessuto. Al contrario, come fotoni non smettere ma piuttosto uscire il bersaglio, tale margine distale non è necessaria per compensare l'incertezza di gamma. Un margine geometrico è ancora utilizzato nella terapia del fotone per risolvere le incertezze posizionali del bersaglio, ma i fotoni sono molto meno sensibili di protoni per il preciso stato paziente tessuti a Monte del bersaglio. Pertanto, il margine necessario a volte può essere più piccolo per fotoni di protoni. Questo può essere compreso considerando che protoni subiscono la perdita di energia continuo nei tessuti che influenzano notevolmente la posizione della loro gamma, considerando che i fotoni sono uncharged e viaggiano liberamente nello spazio vuoto tra atomi e loro orbitali, ad eccezione di rari collisioni con gli elettroni o i nuclei. Differenze di densità grandi nel tessuto, ad es., oggetti metallici o cavità d'aria, tuttavia, ancora influenza dose fotone così come dose di protoni, ma per un ordine di grandezza inferiore.

Un'incertezza finale e importante riguarda l'efficacia radiobiologica (RBE) delle forme differenti di radiazione. Il RBE è il rapporto di dosi, da un tipo di radiazione di riferimento e un tipo di radiazione di test, a condizione che entrambi i tipi di radiazioni producono lo stesso effetto biologico. Più alto il RBE, più danneggiare la radiazione per unità di deposizione di energia nel tessuto. Il rapporto di RBE è definito in riferimento alla radiazione del fotone. Nonostante questa semplice descrizione, c'è effettivamente grande incertezza per quanto riguarda i valori di RBE per particelle cariche in contrasto con fotoni. Differenze nelle distribuzioni spaziali dose tra fotoni e particelle cariche su scala micrometrica e nanometrica portano a differenze nell'effetto biologico, anche quando le dosi macroscopiche sono identiche. Questo può essere compreso esaminando i modelli spaziali di danno del DNA dopo esposizione a particelle cariche alle dosi differenti e differenti energie cinetiche. Diverse energie cinetiche e oneri diversi di protoni (+ 1) e ioni carbonio (+ 6) portano a differenze nel trasferimento di energia a diverse profondità nel paziente, considerando che per i fotoni, il trasferimento di energia è in modo paragonabile più basso e anche più omogenea in tutta il paziente. Anche se teoricamente compreso, c'è un significativo dibattito nella comunità di oncologia di radiazione per quanto riguarda la capacità di prevedere con precisione tali effetti biologici. Per la terapia di ioni carbonio, c'è una mancanza di consenso sul modo migliore per modellare questi effetti biologici, anche se c'è accordo che tali effetti devono essere modellati per fornire la terapia. Per i protoni, centri più clinici attualmente piano terapia senza modellazione esplicita di effetti di RBE, ad eccezione di utilizzando un fattore di correzione costante pari a 1,1, ma questo è destinato a cambiare nel prossimo futuro come nuovi sistemi di pianificazione del trattamento commerciale stanno cominciando a biologico di includere software strumenti per modellare la RBE di terapia del protone di modellazione.

Con il completamento delle prove randomizzate, tra cui RADCOMP, PARTIQoL e RTOG 1308, dovremmo avere risposte più concrete su quale forme di radiazione possono essere superiore per il seno, prostata e cancro del polmone, rispettivamente. Studi simili sono previsti anche per altri siti di malattia che possono aiutare a identificare meglio le migliori modalità di trattamento per questi tipi di tumore. Tuttavia, c'è già dati sufficienti per suggerire la superiorità di protoni in determinate regolazioni, particolarmente nella popolazione pediatrica, dove sostanza tessuto normale con parsimonia può notevolmente ridurre morbosità da tossicità, tra cui secondario malignità.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Sistema di rilascio di ciclotrone e gantry a fascio protonico	Varian	N/A	Consente la generazione e l'erogazione di protoni per la radioterapia
kVUE One Proton Couch Top	Qfix	RT-4551KV-03	Consente il posizionamento del paziente per
simulatore TC di radioterapia con capacità di scansione 4D	GE	N/A	Permette la simulazione CT per la pianificazione delle radiazioni
100" x 70" Qfix VacQfix Cuscino	Qfix	RT-4517-10070F30	Immobilizza il paziente per un'erogazione più precisa delle radiazioni
Supporto per la testa in schiuma Timo	Qfix	RT-4490-F	Assicura la minimizzazione del movimento della testa durante la radioterapia
3 localizzatori CT Marcatori di localizzazione	Beekley Medical	REF 211	Assicura la concordanza dei marcatori esterni e dell'anatomia interna del paziente dalla simulazione TC
VacQfix Indexer	Qfix	RT-4517-IND01	Assicura che il posizionamento del cuscino VacQfix sia riproducibile per ogni trattamento di irradiazione
Software di pianificazione del trattamento delle radiazioni	Raystation	N/A	Consente una pianificazione personalizzata delle radiazioni per ogni tumore con una robusta ottimizzazione e un'ottimizzazione multicriterio
Proton Range Compensator.	Decimale	RC-AC 1018	Regola la gamma del fascio di protoni per ottenere la conformità della dose distale
Apertura del fascio di protoni	. Decimale	AP-BR 1800	Modella l'area di trattamento del fascio di protoni
Proton Range Shifter	. Decimale	RS-AC 1018	Regola la penetrazione in profondità del tessuto a fascio di protoni
Palloncino endorettale	Radiadyne	ILG-90F	Assicura un riempimento rettale uniforme e il posizionamento della prostata