Name: Terapia protonowa i jej zastosowanie kliniczne w wybranych nowotworach złośliwych guzów litych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-02-06T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 34 s
Description: Poznaj zasady planowania i realizacji terapii protonowej w leczeniu raka prostaty. Dowiedz się, jak precyzyjne targetowanie minimalizuje uszkodzenie zdrowych tkanek i poprawia wyniki kliniczne pacjentów onkologicznych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

S.R. dziękuje za dotacje z Programu Spłaty Pożyczek NIH. A.H. otrzymał dofinansowanie od Bayer, Clovis, Constellation, Agensys, Sotio, Cerulean i Calithera.

A.H. posiada honoraria AstraZeneczki, Bayera i Novartisu. A.H. konsultował się z firmami Astrazeneca, Bristol-Myers Squibb i Bayer, a także był prelegentem Fundacji Francuskiej.

Planowanie i prowadzenie radioterapii w przypadku raka jest procesem wysoce zindywidualizowanym, dostosowanym do każdego pacjenta i jego konkretnego nowotworu. Nowoczesna radioterapia to interwencyjne obrazy CT sterowane obrazem, uzyskiwane podczas dostosowanej symulacji planowania radioterapii. Tomografia komputerowa jest obowiązkowa, ponieważ zawiera trójwymiarowe (3D) informacje anatomiczne o pacjencie, a także precyzyjne określenie ilościowe gęstości tkanek w różnych miejscach w ciele, które są wymagane do obliczenia dawki. Podczas obrazowania TK pacjent jest umieszczany na stole z napędem silnikowym. Zwykle stosuje się kilka urządzeń do mechanicznego unieruchamiania, aby ograniczyć ruchy pacjenta podczas obrazowania i podczas późniejszego dostarczania RT. W zależności od wymaganej precyzji, urządzenia te obejmują zarówno proste poduszki typu forma i siatki z tworzywa sztucznego, które dopasowują się do powierzchni pacjenta, a następnie twardnieją, aby ograniczyć ruch, jak i bardziej inwazyjne urządzenia, takie jak sztywne urządzenia czaszki, które są wiercone na miejscu. Często wymagana precyzja urządzenia do unieruchamiania jest podyktowana bliskością tkanki nowotworowej do pobliskich struktur krytycznych. Na przykład najbardziej inwazyjne urządzenie do unieruchamiania, aureola głowy wywiercona na miejscu, jest czasami używana, gdy do leczenia guza w pobliżu oczu lub nerwów wzrokowych potrzebna jest precyzja jednego milimetra, aby zminimalizować ryzyko ślepoty, która może wystąpić, gdy pacjent przejdzie do nieprawidłowej pozycji podczas leczenia.
Informacje z obrazowania CT są również wykorzystywane do optymalizacji wewnętrznej normalnej anatomii tkanek. Na przykład wzdęcie pęcherza moczowego jest często wykorzystywane w celu zminimalizowania narażenia pęcherza moczowego i jelita cienkiego na dawkę promieniowania prostaty, jak zaznaczono w powyższym protokole. Podobnie, jeśli żołądek jest wyraźnie rozdęty pokarmem podczas symulacji napromieniania górnej części brzucha (na przykład żołądka, wątroby, dystalnego przełyku), pacjent jest ponownie symulowany po umożliwieniu pokarmowi przejścia przez żołądek i przewód pokarmowy. Spowoduje to skurczenie żołądka i zmniejszenie ryzyka narażenia na promieniowanie podczas radioterapii guzów górnej części jamy brzusznej. W przypadkach, gdy sam żołądek lub pęcherz moczowy są celami promieniowania, mogą być celowo rozdęte lub opróżnione w celu optymalizacji dystrybucji dawki.
W niektórych przypadkach guz nie jest odpowiednio lub wiarygodnie uwidoczniony w tomografii komputerowej, ale może być dokładniej zidentyfikowany za pomocą rezonansu magnetycznego lub skanu PET. W takich przypadkach skany PET lub MRI są wykorzystywane jako uzupełnienie danych z tomografii komputerowej, ponieważ te ostatnie są nadal wymagane do obliczenia dawki. Osiąga się to poprzez rejestrację obrazów MRI i PET w obrazach CT w celu zaplanowania terapii. Skany MRI często zapewniają znacznie większy kontrast wizualny i wyższą rozdzielczość niż tomografia komputerowa, co może być korzystne w identyfikacji cienkich granic tkanek miękkich guza, takich jak te w mózgu lub wątrobie. PET zapewnia funkcjonalny wgląd w rozkład znakowanych radioaktywnie cząsteczek znacznikowych wstrzykniętych pacjentowi.
Niektóre guzy powstają w obszarach klatki piersiowej lub brzucha, gdzie mogą się znacznie przesuwać wraz z oddychaniem. Aby uwzględnić ten ruch w celu zapewnienia dokładności promieniowania, można użyć 4-wymiarowej tomografii komputerowej, rodzaju obrazowania CT w trybie filmowym, do uchwycenia anatomii pacjenta 3D, która zmienia się w czasie podczas oddychania. W przypadku niektórych celów klatki piersiowej i jamy brzusznej podczas terapii można zastosować pasy uciskowe lub inne środki łagodzące ruch, aby ograniczyć ruch i ograniczyć niepewność co do lokalizacji guza45.
Po symulowaniu pacjenta pod kątem leczenia, opracowywany jest spersonalizowany plan leczenia z uwzględnieniem histologii nowotworu, lokalizacji guza i cech anatomicznych, które wpływają na optymalną konfigurację wiązek promieniowania, typów cząstek, energii i poziomów dawek dla każdego pacjenta. Dla każdego pacjenta zespół kliniczny wstępnie rozważa szereg podstawowych pytań w celu opracowania optymalnego planu leczenia. Jako punkt wyjścia należy wybrać najbardziej odpowiednią formę promieniowania. Dostępne opcje obejmują fotony, elektrony lub protony. Zwykle po tym następuje wybór kąta wiązki (kątów) dostarczania promieniowania. Większość aparatów RT jest wyposażona w zrobotyzowany stół do pozycjonowania pacjenta i obrotową suwnicę, które umożliwiają kierowanie wiązek RT w stronę pacjenta pod praktycznie dowolnym kątem. Decyzja polega na znalezieniu ścieżki, która najskuteczniej uderzy w cel z RT i najlepiej ominie nie-cele, które mogą znajdować się na drodze wybranych wiązek. W niektórych przypadkach kąty wiązki są określane przez sam system planowania po wprowadzeniu celów promieniowania dla guzów i normalnych tkanek. Proces ten jest określany jako "planowanie odwrotne" i często odbywa się w przypadku IMRT, który polega na modulowaniu intensywności wielu przychodzących wiązek promieniowania w sposób zależny od czasu, który zapewnia jednolitą dawkę docelową, ale może prowadzić do wysoce niejednorodnej dawki poza celem. Chociaż zarówno terapia fotonowa, jak i protonowa może być modulowana intensywnością, planowanie odwrotne jest wykorzystywane głównie w IMRT opartym na fotonach. Jeśli mają być stosowane stałe wiązki promieniowania, niestandardowe metalowe kolimatory mogą być wytwarzane tak, aby dopasować kształt wiązki promieniowania do kształtu guza.
Jeśli zostanie wybrana terapia protonowa, należy podjąć późniejszą decyzję dotyczącą zastosowania technik pasywnego rozpraszania lub PBS. W przypadku PBS wymagana jest dodatkowa decyzja dotycząca stosowania strategii MFO lub optymalizacji jednopolowej/jednopolowej dawki jednolitej (SFO/SFUD). W zabiegach MFO do leczenia guza podczas każdej frakcji wymaganych jest wiele wiązek, ponieważ każda wiązka jest skierowana tylko na część celu. Natomiast w przypadku planów SFO każda wiązka obejmuje cały cel. MFO jest często preferowane w przypadku guzów w pobliżu krytycznej struktury (np. Guz mózgu w pobliżu nerwu wzrokowego), gdzie różne kąty wiązki mogą być korzystne dla kształtowania dawki promieniowania. Strategie MFO zapewniają również, że wszystkie wiązki/punkty promieniowania nie "kończą zakresu" w tym samym obszarze, w którym dawka może być nieoczekiwanie wysoka z powodu efektu szczytu Bragga. Z drugiej strony, SFO jest preferowany w przypadku celów znajdujących się w pobliżu obszarów niepewności anatomicznej, takich jak prostata, która może się poruszać z powodu różnicowego wypełnienia pęcherza moczowego i odbytnicy. SFO zapewnia zwiększoną odporność na zmiany dawki spowodowane różnicami anatomicznymi.
Po ustaleniu podstawowej strategii planowania, następna faza planowania leczenia zazwyczaj obejmuje matematyczną optymalizację pól promieniowania. Energia, intensywność i rozkład przestrzenny (przestrzennie zmienny strumień) przychodzącego promieniowania są zazwyczaj parametrami swobodnymi w optymalizacji. Wraz z dużą reprezentacją matrycy 3D anatomii pacjenta za pomocą tomografii komputerowej, te swobodne zmienne prowadzą do bardzo dużego rozmiaru problemu i odpowiadających mu dużych matryc optymalizacyjnych (np. należy wziąć pod uwagę tysiące wartości CT i tysiące możliwych intensywności wiązki). Macierze te są ujęte w Funkcję Celu, która jest matematycznym sformułowaniem "celu planowania leczenia". Jak wspomniano powyżej, priorytetem są cele leczenia, aby po pierwsze osiągnąć przepisaną dawkę do celu, a po drugie, aby osiągnąć jak najniższą dawkę dla normalnych tkanek. Aby zminimalizować tę funkcję celu, wymagana jest duża moc obliczeniowa do szybkiego wykonywania obliczeń transportu RT, które wypełniają macierze, a metody optymalizacji numerycznej, takie jak algorytmy wyszukiwania gradientowego, są używane do szybkiego wyszukiwania lokalnych minimów w funkcji. Te minima odpowiadają optymalnym planom leczenia dla każdego pacjenta. Rola komputerów w planowaniu leczenia jest nie do przecenienia. Nowoczesna radioterapia i radiologia diagnostyczna nie byłyby możliwe bez postępu komputerowego ostatnich trzech dekad.
Ostatnim etapem jest przegląd zoptymalizowanego planu leczenia przez zespół medyczny (lekarza, dozymetrę i fizyka). W wielu przypadkach plan może być dalej dostosowywany lub ponownie optymalizowany z różnymi celami w celu poprawy ogólnej jakości. Gdy plan zostanie uznany za optymalny, parametry techniczne planu są przeglądane przez fizyka i przekazywane do maszyny dostarczającej leczenie.
W wielu przypadkach pacjent wraca na wiele frakcji zabiegowych (sesji), często co dzień powszedni przez kilka tygodni. Frakcjonowanie wielodniowe może nasilić ostre skutki uboczne wywołane promieniowaniem, ale może zmniejszyć potencjalne późne, poważniejsze skutki uboczne RT w porównaniu z leczeniem pojedynczą frakcją12. Podejścia wielofrakcyjne są optymalne w przypadku guzów, które szybko się dzielą lub nie są w stanie naprawić subletalnych uszkodzeń spowodowanych RT. Zależy to jednak od dokładnego miejsca leczenia i wrażliwości pobliskich normalnych tkanek. Ponieważ celem radioterapii jest podanie tego samego zabiegu podczas każdej frakcji, nawet kilka milimetrów ruchu lub niepewność w pozycji pacjenta może doprowadzić do pogorszenia planu leczenia terapii cząsteczkowej. Z tego powodu pokładowe systemy naprowadzania obrazu mają ogromne znaczenie podczas wielofrakcyjnego RT. W tym celu dostępne są kamery rentgenowskie, tomografia komputerowa wiązką stożkową lub optyczne, laserowe skanery powierzchniowe. Urządzenia te umożliwiają radioterapię sterowaną obrazem (IGRT) poprzez obrazowanie anatomicznych punktów orientacyjnych, celów nowotworowych lub zastępczych nieprzezroczystych radioaktywnie markerów powierniczych. Obrazy IGRT są porównywane z oryginalnymi skanami symulacyjnymi i w razie potrzeby dostosowywane przed każdą frakcją promieniowania.
Pomimo przewagi skończonego zakresu terapii protonowej, który ogranicza dawkę wyjściową, precyzja przewidywania zakresu zwykle obserwowana w planowaniu leczenia jest rzędu kilku milimetrów. Dokładna utrata energii w różnych tkankach pacjenta jest niepewna, po pierwsze, ponieważ dokładne składniki molekularne tkanki są niejednoznaczne, a po drugie, ponieważ anatomia pacjenta zmienia się w czasie, zarówno w krótkich skalach czasowych (np . oddychanie), jak i dłuższych (np. utrata masy ciała, zmniejszenie guza, normalne zmiany anatomiczne). Aby rozwiązać tę niepewność, do objętości docelowej dodaje się "margines dystalny", który jest dodatkowym marginesem normalnej tkanki tuż poza maksymalną głębokością guza. Taki margines zapewnia, że nawet przy niepewności w przewidywaniu zakresu, cała głębokość guza będzie traktowana z dużą pewnością. Niestety, normalny margines tkankowy może w rezultacie być narażony na pełną dawkę RT, co może potencjalnie prowadzić do znaczących skutków ubocznych RT w tej tkance. W przeciwieństwie do tego, ponieważ fotony nie zatrzymują się, ale raczej opuszczają cel, taki dystalny margines nie jest potrzebny, aby skompensować niepewność zakresu. Margines geometryczny jest nadal stosowany w terapii fotonowej w celu rozwiązania problemu niepewności położenia celu, ale fotony są znacznie mniej wrażliwe niż protony na dokładny stan tkanek pacjenta znajdujących się przed celem. W związku z tym wymagany margines może być czasami mniejszy dla fotonów niż protonów. Można to zrozumieć, biorąc pod uwagę, że protony podlegają ciągłym stratom energii w tkankach, co znacznie wpływa na położenie ich zasięgu, podczas gdy fotony są nienaładowane i swobodnie przemieszczają się w pustej przestrzeni między atomami i ich orbitalami, z wyjątkiem rzadkich zderzeń z elektronami lub jądrami. Duże różnice gęstości w tkankach, np. obiektach metalowych lub jamach powietrznych, nadal jednak wpływają na dawkę fotonów, a także na dawkę protonów, ale w mniejszym stopniu.
Ostatnia i istotna niepewność dotyczy skuteczności radiobiologicznej (RBE) różnych form promieniowania. RBE jest stosunkiem dawek dla typu promieniowania referencyjnego i typu promieniowania testowego, pod warunkiem, że oba rodzaje promieniowania wywołują ten sam efekt biologiczny. Im wyższy RBE, tym bardziej szkodliwe jest promieniowanie na jednostkę energii depozycji w tkance. Współczynnik RBE jest zdefiniowany w odniesieniu do promieniowania fotonowego. Pomimo tego prostego opisu, w rzeczywistości istnieje duża niepewność co do wartości RBE dla naładowanych cząstek, a nie dla fotonów. Różnice w przestrzennych rozkładach dawek między fotonami a cząstkami naładowanymi w skali mikrometrycznej i nanometrowej prowadzą do różnic w efekcie biologicznym, nawet jeśli dawki makroskopowe są identyczne. Można to zrozumieć, badając przestrzenne wzorce uszkodzeń DNA po ekspozycji na naładowane cząstki o różnych dawkach i różnych energiach kinetycznych. Różne energie kinetyczne oraz różne ładunki protonów (+1) i jonów węgla (+6) prowadzą do różnic w przenoszeniu energii na różnych głębokościach u pacjenta, podczas gdy w przypadku fotonów transfer energii jest porównywalnie niższy, a także bardziej jednorodny w całym ciele pacjenta. Chociaż teoretycznie jest to zrozumiałe, w społeczności onkologicznej zajmującej się radioterapią toczy się poważna debata na temat możliwości dokładnego przewidywania takich skutków biologicznych. W przypadku terapii jonami węgla nie ma zgody co do tego, jak najlepiej modelować te efekty biologiczne, chociaż panuje zgoda co do tego, że takie efekty muszą być modelowane, aby zapewnić terapię. W przypadku protonów większość ośrodków klinicznych planuje obecnie terapię bez wyraźnego modelowania efektów RBE, z wyjątkiem stosowania stałego współczynnika korekcyjnego 1,1, ale prawdopodobnie zmieni się to w najbliższej przyszłości, ponieważ nowe komercyjne systemy planowania leczenia zaczynają zawierać narzędzia oprogramowania do modelowania biologicznego do modelowania RBE terapii protonowej.
Wraz z zakończeniem randomizowanych badań, w tym RADCOMP, PARTIQoL i RTOG 1308, powinniśmy uzyskać bardziej konkretne odpowiedzi na pytanie, które formy promieniowania mogą być lepsze odpowiednio w przypadku raka piersi, prostaty i płuc. Planowane są podobne badania w innych miejscach chorobowych, które mogą pomóc w lepszym określeniu najlepszej metody leczenia tych typów nowotworów. Jednak istnieją już wystarczające dane, aby sugerować wyższość protonów w niektórych warunkach, szczególnie w populacji pediatrycznej, gdzie znaczne oszczędzanie normalnych tkanek może znacznie zmniejszyć zachorowalność na toksyczność, w tym wtórne nowotwory złośliwe.

Szacuje się, że w 2018 roku u 1,7 miliona osób w Stanach Zjednoczonych zostanie zdiagnozowany rak, z czego ponad 600 000 zapadnie na tę chorobę1. Obecne opcje leczenia obejmują terapię mono- lub multimodalną z wykorzystaniem chirurgii, radioterapii (RT) i leczenia ogólnoustrojowego. Jeśli chodzi o RT, jedna czwarta nowo zdiagnozowanych pacjentów otrzyma ją w ramach początkowej terapii przeciwnowotworowej, a prawie połowa ostatecznie będzie jej wymagać w trakcie trwania choroby2,3.
Pojawienie się RT datuje się na rok 1895, kiedy William Conrad Roentgen odkrył promieniowanie rentgenowskie podczas pracy z lampą katodową w swoim laboratorium na Uniwersytecie Würzberg w Niemczech4. Niedługo potem pacjenci z szeroko zakrojonymi chorobami, takimi jak toczeń i rak, otrzymywali leczenie za pomocą promieni radu. Szybko zdano sobie sprawę z początkowych komplikacji, o których nawet mówił Pierre Curie w swoim wykładzie z okazji Nagrody Nobla5. Ponieważ promieniowanie wpływa zarówno na tkanki normalne, jak i nowotworowe, należy stosować starannie kontrolowane dawki promieniowania, aby zmaksymalizować współczynnik terapeutyczny, zdefiniowany jako prawdopodobieństwo kontroli guza w porównaniu z prawdopodobieństwem niedopuszczalnej toksyczności. Wraz ze stopniowym postępem technologicznym, a także lepszym zrozumieniem radiobiologii i fizyki, ten współczynnik terapeutyczny znacznie się poprawił z czasem. Zastosowanie RT znacznie poprawiło wyniki w przypadku kilku nowotworów, co znalazło odzwierciedlenie w włączeniu go do krajowych wytycznych dotyczących terapii przeciwnowotworowej6,7,8,9. W niektórych przypadkach RT może być używany jako jedyna metoda terapii10, podczas gdy w innych chorobach może być używany jako część terapii multimodalnej do miejscowej kontroli choroby lub eliminacji choroby mikroskopowej11. Chociaż często stosuje się ją z zamiarem wyleczenia, wielu pacjentów z RT jest leczonych w celu złagodzenia bólu lub innych objawów, które rozwijają się w wyniku ucisku, inwazji lub zniszczenia normalnych tkanek wywołanych przez guz w warunkach choroby lokoregionalnej lub rozległej choroby z przerzutami.
Podstawowe zasady stojące za RT są proste. Dzięki zastosowaniu promieniowania energia jest deponowana w komórkach poprzez jonizację atomów. Energia ta, choć może podnieść temperaturę napromieniowanego obszaru tylko o kilka mikrokelwinów, wytwarza wolne rodniki, które mogą bezpośrednio uszkadzać odsłonięte komórki poprzez uszkodzenie DNA12,13. Znaczna część naszej wiedzy na temat promieniowania wysokoenergetycznych cząstek i jego interakcji z materią pochodzi z teoretycznych i eksperymentalnych badań promieni kosmicznych i ich oddziaływań w górnych warstwach atmosfery, przeprowadzonych na początku XX wieku14. Cząstki naładowane o wysokiej energii (MeV do GeV) oddziałują z materią głównie za pośrednictwem siły elektromagnetycznej: gdy cząstki te przechodzą przez materię lub tkankę, nieelastyczne zderzenia z orbitującymi elektronami prowadzą do jonizacji i wzbudzenia materii docelowej, a sprężyste zderzenia z jądrami atomowymi prowadzą do rozproszenia lub odchylenia toru cząstki. Ponadto zderzenia jądrowe i twarde zderzenia z elektronami prowadzą do kaskady promieniowania wtórnego, które zwiększa jonizujący efekt promieniowania cząsteczkowego. Wysokoenergetyczne cząstki przechodzące przez materię pozostawiają po sobie ślad zjonizowanych atomów, molekuł i wolnych elektronów, które są chemicznie reaktywne i mogą potencjalnie indukować zmiany biologiczne lub uszkodzenia organizmów narażonych na te pola jonizujące.
Głównym długoterminowym celem radioterapii było nauczenie się, jak najlepiej wykorzystać te pola jonizujące w sposób, który skutecznie leczy ludzkie choroby. Z klinicznego punktu widzenia idealna forma promieniowania (taka jak foton, proton, elektron lub ciężki jon) powinna indukować wystarczającą jonizację w celu chorobowym, aby zapewnić terapeutyczny efekt przeciwnowotworowy, jednocześnie powodując minimalną jonizację w otaczających normalnych tkankach, aby zminimalizować szkodliwe skutki. To, który rodzaj promieniowania zostanie wybrany do RT, zależy częściowo od leczonej choroby. W przypadku guzów, które znajdują się głębiej w ciele i mogą być również chirurgicznie nieoperacyjne, megawoltowe fotony, protony i ciężkie jony są uważane za optymalne15,16. W przypadku nowotworów powierzchownych, takich jak te obejmujące skórę, terapia elektronowa może być optymalna, a nawet lepsza niż operacja kosmetyczna. Z drugiej strony zaletą fotonów megawoltowych jest ich zdolność do wnikania w głąb tkanki przy jednoczesnym ograniczeniu uszkodzeń skóry. W przypadku naładowanych cząstek, takich jak elektrony, protony lub ciężkie jony, ich podstawowa zaleta polega na ich charakterystyce "zatrzymywania"; Oznacza to, że naładowane cząstki tracą energię w sposób ciągły poprzez nieelastyczne zderzenia opisane powyżej, a ta utrata energii jest wysoce przewidywalna w skali milimetrowej. W związku z tym wiązka naładowanych cząstek może być dostarczona do pacjenta z precyzyjnymi energiami na żądaną głębokość. Co więcej, naładowane cząstki wytwarzają niewielką lub żadną dawkę wyjściową17. Natomiast nienaładowane cząstki, takie jak fotony, wykazują wykładniczy spadek (tłumienie) wraz ze wzrostem głębokości, co często prowadzi do znacznej dawki wyjściowej, która może zagrozić zdrowym tkankom dystalnie do celu. Koncepcje te są pokazane w Rysunek 1, który pokazuje właściwości dawki promieniowania (jonizacji) różnych rodzajów promieniowania stosowanych klinicznie. Główną motywacją do stosowania protonów lub jonów węgla zamiast fotonów do głębszych celów nowotworowych jest to, że dawka wejściowa dawki jest minimalna, a dawka wyjściowa bliska zeru poza tkankami docelowymi. Tabela 1 podsumowuje niektóre z klinicznie istotnych cech wiązek fotonów i protonów.
Postępy w dziedzinie radioterapii, w tym terapii protonowej, nastąpiły na dwóch głównych frontach: 1) budowa wydajnych akceleratorów cząstek zdolnych do wytwarzania promieniowania o wysokiej energii (MeV), takich jak akceleratory synchrotronowe i cyklotronowe, oraz 2) rozwój zaawansowanych metod obliczeniowych, które łączą dane obrazowania chorób i obliczenia transportu promieniowania, aby umożliwić symulowane komputerowo "planowanie leczenia". Do planowania leczenia, pacjenci zazwyczaj poddawani są obrazowaniu tomografii komputerowej (CT). Obrazy TK zawierają trójwymiarowe informacje anatomiczne o pacjencie, a także precyzyjne określenie ilościowe gęstości tkanek. Obrazy tomografii komputerowej i mapy gęstości są następnie wykorzystywane w symulacjach komputerowych do planowania radioterapii: zarówno energia, jak i intensywność pola promieniowania są matematycznie zoptymalizowane dla każdego pacjenta. Badanie rezonansem magnetycznym (MRI) lub pozytonowa tomografia emisyjna (PET) mogą być również wykorzystane do uzupełnienia danych TK.
Poniżej opisujemy krok po kroku, jak pacjenci przechodzą przez przebieg radioterapii, a następnie przykłady niektórych typów nowotworów leczonych terapią protonową.

<table><tbody><tr><td>Cyklotron z wiązką protonów i system dostarczania bramowy</td><td>Varian</td><td>N/A</td><td>Pozwala na generowanie i dostarczanie protonów do radioterapii</td></tr><tr><td>kVUE One Proton Couch Top</td><td>Qfix</td><td>RT-4551KV-03</td><td>Umożliwia umieszczenie pacjenta w symulatorze tomografii komputerowej do radioterapii</td></tr> z <tr><td>możliwością skanowania 4D</td><td>GE</td><td>N/A</td><td>Umożliwia symulację CT do planowania promieniowania</td></tr><tr><td>100" x 70" Qfix VacQfix Poduszka</td><td>Qfix</td><td>RT-4517-10070F30</td><td>Unieruchamia pacjenta w celu bardziej precyzyjnego dostarczania promieniowania</td></tr><tr><td>Pianka Timo Podparcie głowy</td><td>Qfix</td><td>RT-4490-F</td><td>Zapewnia minimalizację ruchów głowy podczas radioterapii</td></tr><tr><td>3 Markery lokalizacji CT</td><td>Beekley Medical</td><td>REF 211</td><td>Zapewnia zgodność markerów zewnętrznych i wewnętrznej anatomii pacjenta na podstawie symulacji CT</td></tr><tr><td>VacQfix Indexer</td><td>Qfix</td><td>RT-4517-IND01</td><td>Zapewnia, że umieszczenie poduszki VacQfix jest powtarzalne dla każdego leczenia radioterapią</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do planowania radioterapii</td><td>Raystation</td><td>N/A</td><td>Pozwala na spersonalizowane planowanie radioterapii dla każdego guza z solidną optymalizacją i optymalizacją wielokryterialną</td></tr><tr><td>Kompensator zasięgu protonów</td><td>. Dziesiętny</td><td>RC-AC 1018</td><td>Dostosowuje zakres wiązki protonów, aby uzyskać dystalną zgodność dawki</td></tr><tr><td>Proton Beam Aperture</td><td>. Dziesiętny</td><td>AP-BR 1800</td><td>Kształtuje obszar leczenia wiązką protonów</td></tr><tr><td>Przesuwnik zakresu protonów</td><td>. Dziesiętny</td><td>RS-AC 1018</td><td>Reguluje głębokość penetracji tkanki wiązki protonów</td></tr><tr><td>Balon dorektalny</td><td>Radiadyne</td><td>ILG-90F</td><td>Zapewnia równomierne wypełnienie odbytnicy i ułożenie prostaty</td></tr></tbody></table>

terapia protonowa i jej zastosowanie kliniczne w wybranych nowotworach złośliwych guzów litych

Proton Therapy Delivery and Its Clinical Application in Select Solid Tumor Malignancies

Radioterapia jest często stosowaną metodą leczenia nowotworów litych. Chociaż mechanizmy zabijania komórek są podobne dla wszystkich form promieniowania, właściwości in vivo wiązek fotonów i protonów różnią się znacznie i mogą być wykorzystane do optymalizacji wyników klinicznych. W szczególności cząstki protonów tracą energię w przewidywalny sposób, gdy przechodzą przez ciało. Właściwość ta jest wykorzystywana klinicznie do kontrolowania głębokości, na której wiązka protonów jest przerywana, oraz do ograniczania dawki promieniowania poza obszar docelowy. Strategia ta może pozwolić na znaczne zmniejszenie dawki promieniowania do normalnych tkanek znajdujących się tuż za celem guza. Jednak degradacja energii protonów w organizmie pozostaje bardzo wrażliwa na gęstość tkanek. W związku z tym wszelkie zmiany gęstości tkanek w trakcie leczenia mogą istotnie wpływać na dozymetrię protonów. Takie zmiany mogą wystąpić w wyniku zmian masy ciała, oddychania lub wypełnienia/gazów jelit i mogą powodować niekorzystne odkładanie dawki. W tym manuskrypcie przedstawiamy szczegółową metodę prowadzenia terapii protonowej przy użyciu technik skanowania zarówno pasywnego rozproszenia, jak i wiązki ołówkowej w przypadku raka prostaty. Chociaż opisana procedura dotyczy bezpośrednio pacjentów z rakiem prostaty, metoda ta może być zaadaptowana i stosowana w leczeniu praktycznie wszystkich guzów litych. Naszym celem jest wyposażenie czytelników w lepsze zrozumienie dostarczania terapii protonowej i jej wyników, aby ułatwić odpowiednią integrację tej modalności podczas terapii przeciwnowotworowej.

Przedstawiono podstawy planowania i dostarczania radioterapii protonowej na przykładzie raka prostaty. Zastosowanie tych zasad do innych wybranych miejsc chorobowych pokazuje, w jaki sposób radioterapia protonowa może poprawić wyniki kliniczne u pacjentów z rakiem.

Terapia protonowa i jej zastosowanie kliniczne w wybranych nowotworach złośliwych guzów litych

Radiation therapy is a frequently used modality for the treatment of solid cancers. Although the mechanisms of cell kill are similar for all forms of ...

Ważne jest, aby zrozumieć potencjał i ewoluującą rolę radioterapii protonowej w leczeniu niektórych nowotworów w porównaniu z bardziej tradycyjną radioterapią fotonową. Ważnym wyzwaniem jest zidentyfikowanie i zrozumienie stanów chorobowych nowotworu, które mogą być szczególnie odpowiednie i korzystne dla radioterapii protonowej. Podobnie jak w przypadku innych form radioterapii wiązką zewnętrzną, terapia protonowa jest dostarczana w sposób nieinwazyjny, przy użyciu zewnętrznego urządzenia robotycznego, które porusza się wokół pacjenta.Miejsce, w którym wiązka terapii protonowej kończy się w ciele, może być kontrolowane z dużą precyzją. Dzięki temu idealnie nadaje się do guzów sąsiadujących z krytycznymi zdrowymi narządami. Przed rozpoczęciem symulacji włóż przedłużony blat stołu do stołu zabiegowego i upewnij się, że jest zablokowany.Umieść napompowaną poduszkę unieruchamiającą na blacie stołu i listwę indeksującą do formy nogi na tym poziomie kolana pacjenta. Umieść solidny zagłówek na górze stołu i potwierdź, że pacjent zakończył pełny proces pęcherza, pijąc od 16 do 24 uncji płynu na 45 minut przed planowanym czasem skanowania. Po zarejestrowaniu pacjenta w tomografii komputerowej, czyli Systemie Rejestracji Pacjenta CT, należy wybrać protokół skanowania prostaty z plastrem o grubości trzech milimetrów.Poproś pacjenta, aby usiadł na stole i pomógł mu ustawić się w pozycji leżącej, głową do przodu. Umieść nogi pacjenta w napompowanej poduszce unieruchamiającej, tak aby forma owinęła boki nóg i stworzyła barierę między nogami i ułożyła ręce pacjenta na klatce piersiowej. Potwierdź wyrównanie pacjenta z systemem laserowym i podłącz podwójną pompę próżniową do dyszy poduszki unieruchamiającej.Gdy pacjent znajdzie się w możliwej do utrzymania pozycji, użyj podwójnej pompy próżniowej Qfix, aby usunąć powietrze z poduszki unieruchamiającej, aby utworzyć solidną formę wokół nóg i stóp. Ręcznie wyreguluj stół zabiegowy tak, aby krzyż celowniczy lasera znajdował się na poziomie bioder oraz na linii środkowej bioder i brzucha na poziomie stawu biodrowego. Użyj pisaka do znakowania, aby wskazać położenie krzyża nitkowego i umieść znaczniki lokalizacji na znakach, aby wyznaczyć punkt początkowy dla symulacji weryfikacyjnej podczas dostarczania promieniowania.Ustaw odpowiednie parametry tomografii komputerowej, aby objąć obszar miednicy od kręgosłupa L3 do środkowej części kości udowej. Następnie zeskanuj pacjenta za pomocą protokołu skanowania prostaty i wyeksportuj plik skanu cyfrowego do oprogramowania do planowania leczenia przed powiadomieniem o symetrii. Do planowania radioterapii należy użyć narzędzi konturowych systemu planowania leczenia, aby zdefiniować wszystkie istotne objętości geometryczne na podstawie uzyskanych obrazów CT.Konturuj pierwszą kliniczną objętość docelową lub CTV1, aby objąć prostatę, pęcherzyki nasienne i zaangażowane węzły chłonne. CTV1 zostanie przepisany na 45 odcieni szarości i będzie miał wygląd struktury w kształcie litery U na obrazach osiowych. Normalne tkanki jelita cienkiego, odbytnicy i pęcherza moczowego będą znajdować się w docelowej objętości w kształcie litery U.Konturuj CTV2 tak, aby obejmował prostatę i pęcherzyki nasienne. Pacjentowi CTV2 zostanie przepisana całkowita dawka 34,2 grejów. Wybierz trzy wiązki o kątach portalowych 90, 180 i 270 stopni do obróbki objętości CTV1.I wybierz tylko kąty wiązki 90 i 270 stopni dla zabiegu CTV2. Pomiar w celu potwierdzenia dokładności planowanej dawki przy użyciu układów komór jonizacyjnych oraz w celu sprawdzenia dokładności obliczenia dawki przy użyciu wtórnego niezależnego oprogramowania do obliczania dawki. Jeśli plany i rozkłady dawek są zgodne z przyjętymi wytycznymi dotyczącymi ograniczenia dawki i są solidne, należy uzyskać zgodę lekarza przed wyeksportowaniem wszystkich danych dotyczących planowania leczenia do systemu dostarczania leczenia dla pacjenta.W dniu zabiegu należy zaaranżować salę zabiegową w taki sposób, aby odtworzyła konfigurację pacjenta używaną podczas symulacji tomografii komputerowej. Upewnij się, że etykieta poduszki unieruchamiającej jest zgodna z identyfikatorem pacjenta i umieść poduszkę na stole zabiegowym z prawidłowym indeksowaniem i odpowiednim zagłówkiem u wezgłowia stołu. Upewnij się, że pacjent zakończył pełny proces pęcherza moczowego i odprowadź pacjenta do gabinetu zabiegowego.Pomóż pacjentowi ułożyć się w pozycji leżącej na stole zabiegowym z rękami splecionymi na klatce piersiowej i nogami w poduszce unieruchamiającej. Elektronicznie przesuń stół zabiegowy z pozycji obciążenia w kierunku izocentrum, aby wyrównać pacjenta ze znakami, które zostały umieszczone podczas symulacji. Regulacja stołu w celu skorygowania wszelkich rażących błędów w ustawieniu pacjenta, jeśli to konieczne.Gdy pacjent jest już prawidłowo ustawiony do znaczników symulacyjnych, należy wykonać przesunięcia od pozycji początkowej do pozycji określonej podczas procesu planowania leczenia dozymetrycznego, aby ustawić pacjenta w pożądanym izocentrum leczenia. Wykonaj ortogonalne obrazowanie kilonapięciowe, aby zapewnić prawidłowe wewnętrzne wyrównanie pacjenta do kości miednicy i markerów odniesienia wcześniej umieszczonych przez urologię w obrębie prostaty. Nałóż uzyskane obrazy kilonapięciowe na cyfrowo zrekonstruowane zdjęcia rentgenowskie z planowanego skanu symulacyjnego TK, aby określić, czy wymagane są korekty położenia, i zastosować wszelkie niezbędne przesunięcia, aby zapewnić wyrównanie.Jeśli obrazy kilowoltowe wykazują nadmierną ilość gazów jelitowych, poproś pacjenta, aby w miarę możliwości wydalił powietrze leżąc na stole zabiegowym i ponownie wyrównał i ponownie obrazował. Po uzyskaniu i potwierdzeniu akceptowalnych obrazów kilonapięciowych należy wykonać tomografię komputerową wiązką stożkową w celu oceny wypełnienia pęcherza moczowego i odbytnicy, stosując w razie potrzeby dodatkowe korekty ułożenia pacjenta na podstawie skanu. Następnie rozpocznij leczenie z dźwiękową weryfikacją między dwoma terapeutami kąta gantry, jednostek monitora, liczby punktów i warstw skanowania oraz pozycji śniegu dla każdego kąta zabiegu, oznaczając izocentrum leczenia w celu codziennego wyrównania i usunięcia śladów po zabiegu.Ze względu na duże obszary, na które ukierunkowane jest promieniowanie raka piersi, techniki leczenia promieniowaniem opartym na fotonach powodują znaczne narażenie na promieniowanie struktur klatki piersiowej, w tym płuc, serca i piersi po przeciwnej stronie. Obszary te można oszczędzić przed nadmiarem promieniowania za pomocą terapii protonowej. Do napromieniania czaszkowo-rdzeniowego opartego na terapii fotonowej wymagane jest wiele pól napromieniania.Ponieważ docelowa CTV dla napromieniania czaszkowo-rdzeniowego obejmuje całą przestrzeń płynu mózgowo-rdzeniowego, rozciągającą się od wierzchołka mózgu do kanału kręgowego, przez ogon koński na poziomie połączenia kręgowego S2, S3. Korzyścią ze stosowania terapii protonowej w leczeniu czaszkowo-rdzeniowym jest to, że terapia znacznie ogranicza dawkę promieniowania do struktur klatki piersiowej jamy brzusznej przed rdzeniem kręgowym, w porównaniu z obszarem dawki doświadczanej w przypadku terapii opartej na fotonach, w tym samym czasie leczenia nowotworu. Ważne jest, aby każdy pacjent był umieszczony w wygodnej pozycji podczas symulacji TK.Dzięki temu ta sama pozycja może być odtworzona dla każdej sesji naświetlania. Terapię protonową można znacznie ulepszyć, wykorzystując unikalne właściwości radiobiologiczne protonów, takie jak zmiany w liniowym przenoszeniu energii lub łączenie protonów z innymi metodami leczenia. Wyzwania obejmują wybór pacjentów, którzy odnieśliby największe korzyści z terapii protonowej oraz sposób wykorzystania protonów do zapewnienia czterokolumnowego leczenia raka prostaty oszczędzającego nerwy.

proton-therapy-delivery-its-clinical-application-select-solid-tumor

Research

JoVE Journal

Medicine

Medycyna

Stereotaktyczna radioterapia ciała (SBRT) polega na ablacyjnym napromieniowaniu celów nowotworowych opornych na chemioterapię lub konwencjonalne leczenie radiacyjne, z wykorzystaniem naprowadzania obrazowego. System SBRT Cyberknife z ramieniem robotycznym, dzięki zaawansowanej lokalizacji celu, dostarcza hipofrakcjonowane dawki promieniowania zdolne do sterylizacji ognisk nowotworowych. Niniejszy artykuł omówi nowe role terapeutyczne SBRT w leczeniu nowotworów ginekologicznych.

Radiochirurgia stereotaktyczna w leczeniu nowotworów ginekologicznych

Ten film opisuje technikę precelowanej radioimmunoterapii lub PRIT, w której do leczenia nowotworów podaje się immunokoniugaty, a następnie radioligandy. Ta radioimmunoterapia zmniejsza dawki promieniowania do zdrowych tkanek i wykorzystuje radionuklidy o bardzo krótkim okresie półtrwania, niezgodne z wektorami opartymi na przeciwciałach.

Radioimmunoterapia pretargetowana: metoda celowanego dostarczania terapeutycznych radionuklidów do nowotworów

Stereotaktyczna ablacyjna radioterapia ciała (SBRT) polega na precyzyjnym dostarczaniu wysokich dawek promieniowania do celów nowotworowych. Nowatorska platforma SBRT oferuje pierwszy w swoim rodzaju akcelerator promieniowania z gimbalem zamontowany w obrotowej suwnicy O-ring, zdolną do dynamicznego śledzenia guza pod kontrolą obrazu. Tutaj opisujemy dynamiczne śledzenie guza dla celów płucnych.

Dynamiczne śledzenie guza płuc w stereotaktycznej radioterapii aflacyjnej ciała

W przeszłości, napromienianie małych zwierząt było zazwyczaj wykonywane bez możliwości celowania w dobrze zdefiniowaną objętość guza. Celem było naśladowanie leczenia glejaka u ludzi u szczurów. Korzystając z platformy do napromieniania małych zwierząt, przeprowadziliśmy konforemne napromienianie 3D pod kontrolą MRI ze zwiększeniem podobjętości na podstawie PET w warunkach przedklinicznych.

Napromienianie pod kontrolą PET i MRI szczurzego modelu glejaka przy użyciu mikropromiennika

Stereotaktyczna radioterapia ciała (SBRT) wymaga rygorystycznej dokładności i precyzji do dostarczania wysokich dawek promieniowania na frakcję do małych objętości leczenia, aby poprawić kontrolę guza i jednocześnie zmniejszyć toksyczność. W niniejszym artykule przedstawiamy nieinwazyjny i klinicznie wygodny protokół zarządzania ruchami oddechowymi dla SBRT w przypadku przerzutów do wątroby.

Leczenie przerzutów do wątroby metodą wewnętrznej objętości docelowej w stereotaktycznej radioterapii ciała

Badania nad strategiami leczenia pluripotencjalnych potworniaków pochodzących z komórek macierzystych są ważne dla klinicznego przełożenia terapii komórkami macierzystymi. W tym miejscu opisujemy protokół, aby najpierw wygenerować potworniaki pochodzące z komórek macierzystych u myszy, a następnie selektywnie celować i leczyć te nowotwory in vivo za pomocą napromieniacza dla małych zwierząt.

Celowane i selektywne leczenie pluripotencjalnych potworniaków pochodzących z komórek macierzystych z wykorzystaniem promieniowania wiązki zewnętrznej w modelu małego zwierzęcia

Ten protokół opisuje syntezę i charakterystykę przeciwciała modyfikowanego trans-cyklooctenem (TCO) oraz 177znakowanego Lu radioligandu tetrazyny (Tz) do radioterapii pretargetowanej (PRIT). Ponadto szczegółowo opisano zastosowanie tych dwóch konstruktów w badaniach biodystrybucji in vivo i terapii podłużnej w mysim modelu raka jelita grubego.

Precelowana radioimmunoterapia oparta na odwróconej reakcji Dielsa-Aldera na odwrócone zapotrzebowanie elektronowe

Ta metoda szacuje pochłoniętą dawkę różnych struktur do terapii receptorami peptydowymi-radionuklidami (PRRT) z możliwością uniknięcia nakładania się narządów na projekcjach 2D. Seryjne obrazy płaskie całego ciała pozwalają na oszacowanie średnich dawek pochłoniętych w całym ciele, podczas gdy podejście hybrydowe, łączące obrazy płaskie i obraz 3D-SPECT/CT, przezwycięża ograniczenia związane z nakładaniem się struktur.

Protokół dozymetrii całego ciała w terapii radionuklidami peptydowo-receptorowymi (PRRT): obrazy planarne 2D i hybrydowe metody obrazowania 2D+3D SPECT/CT

Dozymetria promieniowania dostarcza techniki zwiększającej dokładność eksperymentów przedklinicznych i zapewniającej, że dostarczane dawki promieniowania są ściśle związane z parametrami klinicznymi. Protokół ten opisuje kroki, które należy podjąć w każdej fazie podczas przedklinicznych eksperymentów radiacyjnych, aby zapewnić prawidłowy projekt eksperymentu.

Uruchomienie promiennika i dozymetria do oceny parametrów α i β LQ, schematu dawkowania promieniowania oraz depozycji dawki in vivo

Tutaj prezentujemy protokół do przeprowadzenia przedklinicznej radioterapii opartej na pozytonowej tomografii emisyjnej w modelu glejaka szczurzego przy użyciu opracowanych przez nas algorytmów w celu optymalizacji dokładności i wydajności.

Radioterapia oparta na pozytonowej tomografii emisyjnej w modelu szczura glejaka przy użyciu platformy badawczej promieniowania małych zwierząt

Farmakologiczne celowanie w kanały jonowe jest obiecującym podejściem do leczenia guzów litych. Podano szczegółowe protokoły charakteryzujące funkcję kanałów jonowych w komórkach nowotworowych i oznaczające wpływ modulatorów kanałów jonowych na żywotność raka.

Badania przesiewowe kanałów jonowych w komórkach nowotworowych

Poznaj zasady planowania i realizacji terapii protonowej w leczeniu raka prostaty. Dowiedz się, jak precyzyjne targetowanie minimalizuje uszkodzenie zdrowych tkanek i poprawia wyniki kliniczne pacjentów onkologicznych.

Terapia protonowa i jej zastosowanie kliniczne w wybranych nowotworach złośliwych guzów litych

Przeglądaj więcej filmów