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Medicine

Proton Therapy Lieferung und ihre klinische Anwendung in ausgewählten soliden Tumoren Malignome

Published: February 06, 2019
doi:
10.3791/58372
, , , , , , , , , ,
1Department of Radiation Oncology,University of Maryland School of Medicine, 2Department of Radiation Oncology,University of Maryland Medical Center, 3Department of Medicine,University of Maryland School of Medicine, University of Maryland Greenebaum Comprehensive Cancer Center

Summary

Die Grundlagen der Strahlung Planung und Bereitstellung für die Protonentherapie mit Prostata-Krebs als Modell werden vorgestellt. Die Anwendung dieser Grundsätze zu anderen ausgewählten Krankheit Seiten highlights wie Proton Strahlentherapie klinische Ergebnisse für Krebspatienten verbessern kann.

Abstract

Die Strahlentherapie ist eine häufig verwendete Modalität für die Behandlung von soliden Tumoren. Obwohl die Mechanismen der Zelle töten für alle Formen der Strahlung ähnlich sind, unterscheiden sich die in Vivo -Eigenschaften von Photon und Proton Balken stark und vielleicht ausgebeuteten, klinische Ergebnisse zu optimieren. Insbesondere verlieren Proton Partikel Energie in einer vorhersagbaren Weise, wie sie durch den Körper passieren. Diese Eigenschaft wird klinisch verwendet, um die Tiefe, bei denen der Protonenstrahl beendet ist und zur Grenze Strahlendosis jenseits der Zielregion zu steuern. Diese Strategie kann für wesentliche Senkung der Strahlendosis um normale Gewebe befindet sich gleich hinter einem Tumor Ziel ermöglichen. Der Abbau von Proton Energie im Körper bleibt jedoch sehr empfindlich auf dichte Gewebe. Infolgedessen können Änderungen in der Dichte Gewebe im Laufe der Behandlung deutlich Proton Dosimetrie ändern. Solche Änderungen können durch Veränderungen im Körpergewicht, Atmung oder Darm/Füllgas auftreten und möglicherweise in ungünstigen Dosis Ablagerung. In diesem Manuskript bieten wir eine detaillierte Methode für die Lieferung der Protonentherapie mit passiven Scatter und Bleistift Strahlschwenkung Techniken für Prostatakrebs. Obwohl die beschriebene Vorgehensweise bezieht sich direkt auf Patienten mit Prostatakrebs, kann die Methode angepasst und angewendet für die Behandlung nahezu aller soliden Tumoren. Unser Ziel ist es, Lesern ein besseres Verständnis der Proton Therapie Lieferung und Ergebnisse auszustatten, um die entsprechende Integration dieser Modalität während Krebstherapie zu erleichtern.

Introduction

Schätzungsweise 1,7 Millionen Personen in den Vereinigten Staaten mit Krebs im Jahr 2018, mit mehr als 600.000 erliegen der Krankheit1diagnostiziert werden. Aktuelle Behandlungsmöglichkeiten beinhalten Mono oder modality Therapie mit Operation, Strahlentherapie (RT) und systemische Behandlungen. In Bezug auf RT erhalten sie ein Viertel der neu diagnostizierten Patienten wie Teil ihrer ursprünglichen Krebstherapie und fast die Hälfte letztlich sie während ihrer Krankheit Kurs2,3 benötigen.

Das Aufkommen der RT stammt aus dem Jahre 1895 Wilhelm Conrad Röntgen Röntgen beim Arbeiten mit einer Kathodenstrahlröhre in seinem Labor an der Universität von Würzberg in Deutschland4 entdeckte. Nicht lange danach erhielten Patienten mit weit reichenden Krankheiten wie Lupus und Krebs Behandlungen mit Radiumstrahlen. Frühkomplikationen wurden schnell realisiert und wurden sogar von Pierre Curie in seinen Nobelpreis Vortrag5diskutiert. Da Strahlung Normal und Tumor Gewebe betrifft, müssen sorgfältig kontrollierte Dosen von Strahlung verwendet werden, um das therapeutische Verhältnis, definiert als die Wahrscheinlichkeit der Tumorkontrolle gegen die Wahrscheinlichkeit der inakzeptablen Toxizität zu maximieren. Mit schrittweise Fortschritte in der Technologie, sowie besseres Verständnis der Strahlenbiologie und Physik hat dieses therapeutischen Verhältnis mit der Zeit erheblich verbessert. Die Verwendung von RT hat Ergebnisse für verschiedene Krebsarten erheblich verbessert, wie durch seine Aufnahme in nationalen Richtlinien für Krebs-Therapie6,7,8,9wider. In einigen Fällen kann RT als alleinige Modalität für Therapie10verwendet werden, während bei anderen Krankheiten, es als Teil der Multimodalität Therapie für örtliche Krankheitskontrolle oder die Beseitigung der mikroskopischen Krankheit11verwendet werden kann. Obwohl häufig mit heilender Absicht verwendet, sind viele RT Patienten behandelten für die Linderung von Schmerzen oder andere Symptome, die von Tumor-induzierte Kompression, Invasion oder Zerstörung der normalen Gewebe in der Umgebung des Lok-Regional entwickeln oder weit verbreitet, metastasiertem Erkrankung.

Die grundlegenden Prinzipien hinter RT sind unkompliziert. Bei der Anwendung von Strahlung ist Energie in Zellen durch die Ionisation von Atomen hinterlegt. Diese Energie, produziert obwohl es möglicherweise die Temperatur einer bestrahlten Region von nur wenigen Microkelvin erhöhen freie Radikale, die direkt Schaden ausgesetzt Zellen mittels DNA-Schädigung12,13. Ein Großteil unseres Verständnisses von hochenergetischer Teilchenstrahlung und seine Wechselwirkung mit Materie stammt aus theoretischen und experimentellen Untersuchungen der kosmischen Strahlung und ihrer Wechselwirkungen in der oberen Atmosphäre in den frühen 20th Jahrhundert14durchgeführt. Hochenergetischer (MeV, GeV) geladenen Teilchen mit Materie in erster Linie über die elektromagnetische Kraft interagieren: Diese Partikel Durchgang durch Materie oder Gewebe, unelastischen Zusammenstöße mit orbital Elektronen führen zu Ionisation und Anregung der Ziel-Materie, und elastischen Kollisionen mit Atomkernen führen zu streuen oder Ablenkung von der Teilchenbahn. Darüber hinaus führen atomare Kollisionen und harte Stöße mit Elektronen zu einer Kaskade von Sekundärstrahlung, die die ionisierende Wirkung der Partikelstrahlung hinzufügt. Hochenergetische Teilchen durchqueren Angelegenheit so hinterlassen ein Gefolge von ionisierten Atome, Moleküle und freien Elektronen, die chemisch reaktive und können potenziell induzieren biologische Veränderungen oder Schäden auf Organismen diese ionisierenden Feldern ausgesetzt.

Eine langfristige Hauptziel der Strahlentherapie wurde wie Sie am besten lernen, nutzen Sie diese Felder in einer Weise, die menschliche Krankheit effektiv zu behandeln, wird ionisierende. Die ideale Form der Strahlung (z. B. Photon, Proton, Elektron oder Schwerionen) sollte klinisch ausreichende Ionisation im Krankheit Ziel zu therapeutischen anti-Tumor-Wirkung, während zur gleichen Zeit Ursache minimale Ionisation in der umgebenden normalen induzieren. Gewebe, nachteilige Auswirkungen zu minimieren. Welche Art von Strahlung für RT ausgewählt ist hängt zum Teil von der zu behandelnden Krankheit. Für Tumoren, die befinden sich tiefer in den Körper und können auch chirurgisch funktionsunfähig werden, gelten als Megavolt Photonen, Protonen und schweren Ionen optimale15,16. Für oberflächliche Krebsarten, wie diejenigen, die die Haut möglicherweise Elektron Therapie optimal und sogar vorzuziehen, Chirurgie für Cosmesis. Auf der anderen Seite liegt der Vorteil von Megavolt Photonen in ihrer Fähigkeit, tief in das Gewebe eindringen, während die Begrenzung der Schäden an der Haut. Im Fall von geladenen Teilchen wie Elektronen, Protonen oder schweren Ionen liegt ihr Hauptvorteil in ihren “stoppen” Eigenschaften; Das heißt, geladene Teilchen verlieren Energie kontinuierlich über die unelastischen Zusammenstöße, oben beschriebenen, und dieser Energieverlust ist sehr vorhersehbar auf die Millimeter-Skala. Daher kann ein geladenes Teilchenstrahl zu einem Patienten mit präzise Energien zur gewünschten tiefen geliefert werden. Darüber hinaus produzieren geladene Teilchen wenig bis gar keine Ausfahrt Dosis17. Im Gegensatz dazu weisen ungeladene Teilchen wie Photonen eine exponentielle Abnahme (Dämpfung) mit zunehmender Tiefe, führt oft zu einer erheblichen Ausfahrt-Dosis, die gesundes Gewebe distal zum Ziel beeinträchtigen könnten. Diese Konzepte sind in Abbildung 1, demonstriert, die die Strahlung Dosis (Ionisation) Eigenschaften der verschiedenen Arten von Strahlung verwendet klinisch zeigt. Eine zentrale Motivation für den Einsatz von Protonen oder Kohlenstoffionen statt Photonen für tiefere Tumor Ziele ist, dass es nur minimale Dosis Eintrag Dosis und in der Nähe von Null Ausgang Dosis über Zielgeweben. Tabelle 1 fasst einige der klinisch relevanten Merkmale des Photon und Proton Beams.

Fortschritte auf dem Gebiet der Strahlentherapie, einschließlich der Protonentherapie, auf zwei großen Fronten aufgetreten: 1) den Bau von effizienten Teilchenbeschleunigern erzeugen energiereichen Strahlung, (MeV) wie Synchrotron und Zyklotron-Beschleuniger, und (2) die Entwicklung von anspruchsvollen Berechnungsmethoden, die Krankheit Bilddaten und Strahlung Transportrechnungen erlauben computersimulierte kombinieren “Behandlungsplanung.” Für die Behandlungsplanung, werden Patienten in der Regel Computertomographie (CT) Bildgebung unterzogen. Die CT-Bilder enthalten 3-dimensionale anatomischen Informationen der Patienten sowie präzise Quantifizierung der dichten Gewebe. Die CT-Bilder und Dichte Karten dienen dann in Computersimulationen, um die Bestrahlung zu planen: die Energie und Intensität des Strahlungsfeldes sind mathematisch optimiert für jeden Patienten. Eine Magnetresonanztomographie (MRT)-Scan oder eine Positronen-Emissions-Tomographie (PET)-Scan kann auch verwendet werden, um den CT-Daten zu ergänzen.

Im folgenden beschreiben wir Schritt für Schritt Überblick, wie Patienten durch ihre Strahlung Behandlungszyklus, gefolgt von der Beispiele für bestimmte Tumorarten behandelt mit Protonentherapie navigiert werden.

Protocol

Das genaue Strahlung Therapie-Planung und Lieferung-Protokoll wird durch Krankheit Website variieren und kann sogar Individualisierung für jeden Patienten verlangen. Darüber hinaus erfordern die Prozedur auch Änderungen an institutionellen Präferenzen und Anlagenverfügbarkeit unterzubringen. Für die Zwecke dieser Diskussion skizzieren wir die Schritte, mit denen für Proton in einem typischen Prostatakrebs Fall planen, denn dies ist die häufigste Krebsart mit Protonentherapie bei US-Zentren18behandelt. Dieses Protokoll beschreibt Standard of Care klinische Verfahren und erfordert also keine institutionelle Genehmigung durch Humanforschung Ethikkommission. (1) Computer-Tomographie-Simulation für Strahlentherapie Die erweiterte Tischplatte in der Behandlung-Tabelle einfügen und sorgen dafür, dass es gesperrt ist. Legen Sie einen aufgeblasenen Immobilisierung Polster über die Tischplatte und Indizierung Bar für die Bein-Form auf der Ebene der das Knie des Patienten. Legen Sie eine solide Kopfstütze an der Spitze der Tabelle. Beginnen Sie mit F Größe Kopf, die meisten Patienten aufnimmt. Bestätigen, dass der Patient die volle Blase abgeschlossen wurde durch das Trinken von 16-24 Unzen Flüssigkeit 45 Minuten vor dem geplanten Scan. Dieser Schritt muss vor dem Schritt 1.12 abgeschlossen werden. Der Patient in CT Patient Registrierungssystem eintragen. Wählen Sie Prostata Scan Protokoll mit der Scheibendicke von 3 mm. Bestätigen, dass die Behandlung Zustimmung, Zustimmung Kontrast und Simulation bestellen vom behandelnden Arzt abgeschlossen wurden. Bitten Sie den Patienten in ein Kleid zu wechseln und entfernen alle Kleidung von der Taille nach unten. Bestätigen Sie die Patientenidentifikation durch mündlich überprüft wird, ob der Patient ist, Name, Datum der Geburt und Verfahren Website. Fotografieren Sie Gesicht des Patienten. Lassen Sie den Patienten auf dem Tisch sitzen und dann der Patient in Rückenlage, kopfüber Position unterstützen. Legen Sie die Beine des Patienten in die aufgeblasenen Immobilisierung Kissen und legen Sie der Patientin Arme auf der Brust durch ihre Finger interlacing, geben sie einen blauen Ring, oder Gurte um ihre Arme. Bestätigen Sie die Patientenpositionierung mit dem Lasersystem. Die dual Vakuumpumpe an der Düse des Kissens Immobilisierung anschließen. Legen Sie die Beine in die Immobilisierung Kissen, so dass der Schimmel wird die Seite der Beine umhüllen und auch eine Barriere zwischen den Beinen zu schaffen. Sicherzustellen Sie, dass die Immobilisierung Kissen unter das Becken und erstreckt sich über die Füße. Einfügen und Pumpen Ab endorektale Ballon wenn klinisch pro behandelnden Arzt angegeben. Führen Sie anterior-posterioren (AP) und lateral (LAT) Scout Kilovoltage Röntgenbilder (Topograms) zu bestätigen, dass Patientenpositionierung optimiert ist. Dazu gehören die Überprüfung der Geradheit im AP-Bild und rotatorischen Ausrichtung auf die seitlichen Bild. Verwenden Sie beide Bilder, um sicherzustellen, dass Darm Gas minimal ist. Positionierung sollte alle werden korrigiert und mit Re-imaging bestätigt. Wenn Darm Gas vorhanden und übermäßige ist, entschuldigen Sie den Patienten auf die Toilette und wiederholen Sie den Vorgang ab Schritt 1.15. Sobald der Patient in der gewünschten Position ist, entfernen Sie die Luft aus der Immobilisierung Kissen mit der Q-Fix dual Vakuumpumpe bilden eine solide Form um ihre Beine und Füße. Manuell einstellen Sie die Liege so, dass das Laser-Fadenkreuz auf der Ebene der Patienten Hüften und an der Mittellinie der Hüften und Bauch auf der Ebene des Hüftgelenks sind. Legen Sie die Fadenkreuz auf den Patienten, die mit einem Markierstift. Legen Sie die Lokalisierung-Marker auf das Fadenkreuz, einen Ausgangspunkt für die Prüfung Simulation während der Strahlung Anlieferung zu benennen. Satz CT Scan-Parameter auf die Becken-Region von der L3 Wirbelsäule auf die Mitte des Femur. Scannen Sie den Patienten über die Prostata Scan-Protokoll. Bestätigen Sie, dass der Scan für die Behandlungsplanung akzeptabel ist. Die Blase sollte voll sein sollten, und das Rektum minimal Luft oder Hocker. Exportieren der digitalen Scan-Datei in die Behandlung Planungssoftware und Dosimetrie zu benachrichtigen. Beschriften Sie die geduldigen Immobilisierung Kissen mit der Patienten-ID, behandelnden Arzt Namen und Setup Anweisungen vor der Lagerung für eine spätere Verwendung während der Therapie. Fahren Sie mit Schritt 2.1, wenn der Patient Pencil Beam Protonentherapie unterzogen wird. Fahren Sie mit Schritt 3.1, wenn der Patient passiv Scatter Protonentherapie erhalten. 2. Strahlentherapie Planung mit Pencil Beam Therapie Die Planungssoftware (TPS) Behandlung importieren Sie der CT-Simulation-Daten. Ungleichbehandlung Planungssystem Konturierung Werkzeuge definieren alle relevanten geometrischen Volumina auf erworbene CT-Bilder zu verwenden. Diese Strukturen sind die Blase, Rektum, Dickdarm, Dünndarm, Femurköpfen, äußere Körperoberfläche, Fiducials, rektale Abstandhalter und/oder endorektale Ballon. Erstellen Sie eine zusätzliche externe Kontur, die den Körper, den Behandlungstisch und Immobilisierung Geräte umfasst. Strahlendosis wird nur innerhalb dieser Kontur berechnet. Kontur der ersten klinischen Zielvolumen (CTV1), die Prostata, die Samenbläschen und beteiligten Lymphknoten aufzunehmen. Die CTV1 werden 45,0 Gy (RBE) vorgeschrieben. Das CTV1 Volumen wird das Erscheinungsbild einer u-förmigen Struktur auf axialen Bilder haben. Kleiner Darm, Rektum und Blase normale Gewebe befinden sich innerhalb der u-förmigen Zielvolumen. Kontur der zweiten klinischen Zielvolumen (CTV2), die Prostata und Samenbläschen aufzunehmen. Die CTV2 wird eine Gesamtdosis von 34,2 Gy (RBE) verordnet werden. Wählen Sie drei Balken in Gantry Winkeln von 90, 180 und 270 Grad für die Behandlung des CTV1 Bandes. Wählen Sie nur die 90 und 270 Grad Strahl Winkel für CTV2 Behandlung. Entwerfen Sie zwei geometrische blockierende Strukturen (Vermeidung Bände). Erstellen Sie einen “mittleren Block” Vermeidung Datenträger umfasst die normalen Gewebe innerhalb des u-förmigen CTV1 Volumens. Block der minderwertigen Aspekt des Balkens unterhalb der Ebene des oberen Teils der Prostata mit einem “Rektum-Block” Posterior-anterior (180 Grad). Erstellen Sie eine isotrope 7 mm Erweiterung des CTV1 um ein Proton Planung Zielvolumen, benannt pPTV1 zu bilden. Verwenden Sie die pPTV1, einem Ort Platzierungsvolumen festzulegen, die solche, die das Proton Bragg Spitzen (auch bezeichnet als Proton “Spots”) durch die Planung Optimierer zur Abdeckung der CTV1 positioniert sind. Wie in Schritt 2.6 erstellen Sie eine ähnliche Erweiterung des Volumens CTV2 pPTV2 bilden, sondern 8 mm Expansion in der links-rechts-Achse und 5-mm-Erweiterungen in der anterior-posterioren und Superior-minderwertige Richtungen. Um robuste Optimierung zu aktivieren, eine Funktion, die für Setup Unsicherheiten, Bereich Unsicherheiten und die Variable Gasfüllung des Darms, kann entfallen zwei künstliche (“überschriebenen”) CT-Datensätzen erstellen: der erste betrifft den gesamten Dünndarm, Dickdarm, und Rektum überschrieben, die Dichte der Luft, und die zweite hat diese Volumes überschrieben, die Dichte des Muskels. Erstellen Sie vor der Optimierung einen neuen Behandlungsplan für die CTV1. Benennen Sie die Proton Behandlung Maschine für die Planung verwendet werden, ordnen Sie die verordnete Dosis und Fraktionierung von 45 Gy (RBE) in 25 Fraktionen und definieren das primäre Ziel der CTV1 zu sein. Weisen Sie 100 % der verschriebenen Dosis mindestens 98 % des CTV1 mit allen 3 Balken (rechts seitlich, links, lateral und Posterior-anterior) abdecken. Erstellen Sie ein weiterer Behandlungsplan für die CTV2 mit 2 Strahl Sätze. Erstens weisen Sie 18 Gy (RBE) in 10 Fraktionen, die CTV2 mit nur der linken seitlichen Strahl geliefert werden, und 16,2 Gy (RBE) 9 Fraktionen zu den CTV2 nur den rechten seitlichen Balken mit ausgeliefert werden. Weisen Sie 100 % der verschriebenen Dosis um 100 % des CTV2 zu decken. Bereiten Sie für die Optimierung des CTV1 Plans Weisen Sie die Mitte Blockstruktur als einen Bereich Spielraum für die seitlichen Balken und die Rektum-Block-Struktur als einen Bereich Spielraum für den horizontalen Balken. Starten Sie die Optimierung mit Automatik (Standard) Einstellungen für Energie Lagenabstand, vor Ort Abstand und Zielmarge. Geben Sie eine maximale Anzahl von Iterationen von 40, eine maximale Anzahl von Optimierungen vor “vor Ort-Filterung” von 10 und einem spot Mindestgewicht 1,5 Monitor Einheiten. Vor Ort Filtern entfernt Proton Flecken mit weniger als 1,5 Monitor Einheiten, da gibt es eine technische Untergrenze für die Anzahl der Protonen, die durch die Behandlung-Maschine geliefert werden können. Legen Sie in der ersten Runde der Optimierung für die CTV1 das Ziel als pPTV1, das Raster der Proton-spot-Positionen zu etablieren. Die angegebenen Ziele sind 45,5 Gy (RBE) (Gewicht = 100), die pPTV1 und eine Dosis Falloff von 45 bis 0 Gy (RBE) innerhalb einer Entfernung von 1 cm (Gewicht = 2). Beginnen Sie eine zweite Runde der Optimierung für CTV1, indem Sie die oben genannten pPTV1 Ziele löschen. Fortsetzen Sie Optimierung mit der neuen Ziele und objektive Gewichte. Geben Sie diese Parameter wie folgt, um eine Intensität moduliert Plan, auch bekannt als Multi-Feld Optimierung (MFO) zu entwickeln. Für den externen Datenträger gesetzt eine Dosis Abnahme von 45 bis 0 Gy (RBE) innerhalb einer Entfernung von 1 cm und mit einem Gewicht von 2. Für das CTV1 Volumen eine minimale Dosis von 45 Gy (RBE) mit einem Gewicht von 100 gesetzt. Stellen Sie für das CTV1 Volumen eine einheitliche Dosis von 45,5 Gy (RBE) und einem Gewicht von 100. Legen Sie dieses Ziel als robust. Legen Sie für das pPTV1 Volumen die maximale Dosis bei 46 Gy (RBE) mit einem Gewicht von 100 und dieses Ziel als robust. Für das Rektum-Volume set eine maximale Dosis von 45,8 Gy (RBE) mit einem Gewicht von 50. Legen Sie dieses Ziel als robust. Für das Volumen der Blase eine maximale Dosis von 45,8 Gy (RBE) mit einem Gewicht von 50 festgelegt. Legen Sie dieses Ziel als robust. Legen Sie für den Dünndarm eine maximale Dosis von 45,8 Gy (RBE) mit einem Gewicht von 50. Legen Sie dieses Ziel als robust. Für den Dickdarm eine maximale Dosis von 45,8 Gy (RBE) mit einem Gewicht von 50 festgelegt. Legen Sie dieses Ziel als robust. Neben der spezifischen Ziele weisen Sie Robustheit Einstellungen um 5 mm positionellen Verschiebungen, 3,5 % Reichweite Unsicherheit zu mildern und integrieren Sie die künstliche (“überschriebenen”) CT-Daten genannten Adresse Darm Gas Variabilität zu. Gelten Sie diese Robustheit Einstellungen nur für diese Ziele als “robust” oben angegeben. Füllen Sie die Optimierung für den CTV1 Plan und überprüfen Sie die resultierenden optimierte Plan um sicherzustellen, dass die Verschreibung, die Ziele erreicht worden sind. Bereiten Sie für die Optimierung des CTV2 Plans Füllen Sie die erste Optimierung für den CTV2 Plan mit den pPTV2, um einem Ort Platzierung Raster wie der CTV1-Plan zu erreichen. Löschen Sie die pPTV2 Ziele zu und wieder die Optimierung mit neuen Zielen (Prozentsätze sind in Bezug auf das Rezept für die CTV2). Optimieren Sie für den CTV2 Plan diese Ziele für den linken und rechten Träger individuell. Dies bezeichnet man als einzigen Bereich Optimierung (SFO) und die Ziele für die einzelnen Balken sind wie folgt. Eine Dosis Abnahme von 34,2 Gy (RBE) soll für den externen Datenträger 0 Gy (RBE) in einem Abstand von 5 mm und einem Gewicht von 2. Für die CTV2 Lautstärke, eine Mindestdosis von 34.37 Gy (RBE) mit einem Gewicht von 120. Für die CTV2 Lautstärke, eine einheitliche Dosis von 34.54 Gy (RBE) mit einem Gewicht von 100. Legen Sie dieses Ziel als robust. Für die pPTV2 Lautstärke, eine maximale Dosis von 34,88 Gy (RBE) mit einem Gewicht von 100. Legen Sie dieses Ziel als robust. Verwenden Sie die gleiche Robustheit Einstellungen zur Optimierung. Füllen Sie die Optimierung getrennt für den linken und rechten seitlichen Balken 2 Plan Strahl Sätze erstellen. Dies ermöglicht der Lieferung von Strahlung auf CTV2 entweder mit der linken oder rechten seitlichen Balken. Dies steht im Gegensatz zu CTV1 Dosisabgabe, wonach alle 3 Balken (RL, LL und PA) für jede Behandlung verwendet werden. Überprüfen Sie die CTV1 und CTV2 Behandlungspläne, unabhängig und in Summe um sicherzustellen, dass sie die Dosis Einschränkungen für Prostatakrebs Bestrahlung der RTOG 0126 Testversion19festgelegten erfüllen. Das Volumen der Blase stellen Sie sicher, dass der Anteil des Gewebes erhalten 80 Gy unter 15 ist %, der Anteil erhalten 75 Gy unter 25 liegt % erhalten 70 Gy unter 35 ist % und der Anteil erhalten 65 Gy weniger als 50 ist %. Sicherzustellen Sie für die rektale Volumen, dass der Anteil des Gewebes erhalten 75 Gy unter 15 liegt %, der Anteil erhalten 70 Gy unter 25 liegt % erhalten 65 Gy weniger als 35 beträgt % und der Prozentsatz erhalten 60 Gy unter 50 ist %. Sicherstellen Sie für das Volumen des Penis Birne, dass die mittlere Dosis unter 52,5 Gy. Sicherzustellen Sie für die CTV1 und CTV2 Zielvolumen, dass mindestens 95 % der beiden Bände die verschriebene Dosis erhalten. Wenn die Pläne und Dosisverteilungen anerkannte Dosis Einschränkung Leitlinien und Robustheit erfüllen, Arzt Genehmigung einholen und die Pläne in der Behandlung-Delivery-System exportieren. Maßnahme, um die Genauigkeit der geplanten Dosis mit Ionisationskammer Arrays, eine Art von Strahlungsdetektor zu bestätigen. Überprüfen Sie die Richtigkeit der Dosis-Berechnung mit einer sekundären, unabhängige Dosis Berechnungssoftware. Überprüfen Sie die Messergebnisse, Berechnungsergebnisse und technischen Eigenschaften des Plans mit einem Medizin-Physiker zur Qualitätssicherung. Die Behandlung Planungsunterlagen zu generieren und durch die Planung Dosimetrist, Physiker und betreuenden Arzt genehmigen. Exportieren Sie alle Daten zu der Behandlung-Delivery-System für die Behandlung von Patienten zur Behandlungsplanung und überspringen Sie Schritt 4.1 für Proton Therapie Lieferung. (3) Strahlung Behandlungsplanung für Passive Punkt- oder Uniform Protonentherapie Scannen: Die Bestrahlung Planungssystem importieren Sie CT-Simulation-Daten. Alle relevanten geometrischen Volumina auf der Grundlage erworbener CT Bilder Kontur. Diese Strukturen sind die Blase, Rektum, Dickdarm, Dünndarm, Femurköpfen, äußere Körperoberfläche, Fiducials, rektale Abstandhalter und/oder endorektale Ballon. Erstellen Sie eine zusätzliche äußere Kontur. Verwenden Sie die Boolesche Operation, um den Körper, den Behandlungstisch und Immobilisierung Geräte enthalten. Strahlendosis wird nur innerhalb dieser Kontur berechnet. Kontur CTV1 der Prostata, die Samenbläschen und die beteiligten Lymphknoten enthalten. Die CTV1 werden 45,0 Gy (RBE) vorgeschrieben. Kontur CTV2 um die Prostata und Samenbläschen. Die CTV2 wird eine Gesamtdosis von 34,2 Gy (RBE) verordnet werden. Erweitern Sie CTV1, 7 mm pPTV1 erstellen und pPTV2 von CTV2 von 7 mm in alle Richtungen außer 5 mm nach hinten erweitert. Erstellen Sie Balken auf die Behandlungsplanung System auf pPTV1 und pPTV2. pPTV1 wird gezielt mit einem einzigen 180° PA-Strahl, während pPTV2 mit 90° und 270° seitlichen Balken betroffen sein werden. PPTV1 und pPTV2 Bände Blöcke für jeden Strahl mit einem einheitlichen Rand von 0,5 cm hinzufügen. Die Verwendung von Block Größe Select Strahl Blende Größe kleinstmöglichen auf der Größe eines jeden Bandes pPTV basieren. Die Strahl-Blende ist die Messing benutzerdefinierte Ausschnitt die Gantry Schnauzenspitze zum Form Seitenkanten des jeden Protonenstrahl angebracht wird. Modellieren Sie geeignete Wachs Kompensator erforderlich, um die distalen und proximalen Rand jedes Protonenstrahl durch Auswahl der entsprechenden Strahlparameter wie folgt gestalten. Eingabewert eine Reihe Unsicherheit von 3.5 % plus zusätzliche 1-2 mm. Geben Sie die entsprechenden Luft Abstand zwischen Blende und Patient. Glatt und die Kompensator Form auf die gewünschte Dosis Farbverlauf zu schmieren. Legen Sie die Isocenters für pPTV1 und pPTV2 an die gleiche Stelle mit dem Ziel der Minimierung von Patienten Verschiebungen bei Proton Strahl Lieferung notwendig. Berechnen Sie die Dosis in Schritten 3.10.1-3.10.4 für die pPTV1 und pPTV2-Ziel-Pläne eingegebenen Parameter verwenden. Überprüfen Sie die pPTV1 und pPTV2 Behandlungspläne, unabhängig und in Summe um sicherzustellen, dass sie die Dosis Einschränkungen für Prostatakrebs Bestrahlung durch die RTOG 0126 Testversion19 und beschriebenen Schritte 2.17.1-2.17.4 erfüllen. Wenn gewünscht, Ruder und Ziel Ziele für Dosis Abdeckung nicht erreicht werden, dann passen Sie Block und Kompensator Parameter in die TPS wie gezeigt in Schritten 3,8-3.10 bis die Ziele erreicht werden. Sobald die Ziele erreicht sind, holen Sie der Genehmigung für Arzt ein und fahren Sie mit Schritt 3.14. Überprüfen Sie die Richtigkeit der Berechnung der Dosis in den genehmigten Plan mit einer sekundären, unabhängige Dosis Berechnung Software. Überprüfen Sie die Messergebnisse, Berechnungsergebnisse und technischen Eigenschaften des Plans mit einem Medizin-Physiker zur Qualitätssicherung. Bestellen Sie die Blöcke und Kompensatoren vom entsprechenden Hersteller. QA-Blöcke und Kompensatoren vom Kreditor erhalten. Behandlung Planungsunterlagen zu generieren und über digitale Signaturen von der Planung Dosimetrist, Physiker und betreuenden Arzt zu genehmigen. Exportieren Sie alle Daten zu der Behandlung-Delivery-System für die Behandlung von Patienten zur Behandlungsplanung und fahren Sie mit Schritt 4.1. (4) Strahlung Behandlung Lieferung Am ersten Tag der Behandlung überprüfen Sie, um sicherzustellen, dass die Strahlung Plan den Plan-Parametern in der Aufbereitungsanlage entspricht. Ordnen Sie den Behandlungsraum, das Patienten-Setup verwendet während der CT-Simulation zu reproduzieren. Sicherstellen, dass die Immobilisierung Kissen Label der Patient entspricht ID und legen Sie dann auf dem Behandlungstisch mit korrekte Indizierung. Legen Sie die Kopfstütze an Simulation an der Spitze der Tabelle verwendet. Bestätigen Sie mit dem Patienten, dass sie die volle Blase abgeschlossen haben und in einer Behandlung Kleid geändert. Begleiten Sie den Patienten in den Behandlungsraum und legen Sie ihn in Rückenlage auf der Behandlungsliege mit Hände auf die Brust und Beine in die Immobilisierung Kissen. Einfügen Sie und Blasen Sie endorektale Ballon auf, wenn während der Simulation verwendet. Elektronisch bewegen die Liege von der Lastposition gegenüber dem Isozentrum des Patienten zu den Markierungen ausrichten, die sich während der Simulation befinden. Passen Sie die Tabelle, um grobe Fehler in Patientenlagerung wie Tonhöhe, Drehung zu korrigieren und gieren. Sobald der Patient die Simulation Marken richtig ausgerichtet ist, füllen Sie die Verschiebungen von der Startposition aus denen bestimmt während der dosimetrischen Behandlung Planungsprozess, den Patienten die gewünschte Behandlung Isozentrum auszurichten. Führen Sie orthogonal KV imaging um zu richtigen internen Patientenpositionierung Beckenknochen und Kugelmarker zuvor gesetzte Urologie innerhalb der Prostata zu gewährleisten. Festzustellen Sie, ob positionelle Anpassungen erforderlich sind anhand der Überlagerung der erworbenen KV Bilder auf Digital rekonstruierten Röntgenaufnahmen aus der Planung CT-Simulation-Scan. Wenden Sie notwendige Verschiebungen um Ausrichtung zu gewährleisten. Wenn KV Bilder übermäßige Darm Gas nachweisen, den Patienten bitten, die Luft zu vertreiben, beim liegen auf der Behandlungsliege, wenn möglich, dann neu ausrichten und Re-Imaging. Wenn der Patient nicht in der Lage, auf dem Behandlungstisch freizugeben, brechen Sie die Behandlung und haben Sie die Patienten gehen auf die Toilette. Nachdem der Patient von der Toilette zurückkommt, starten Sie den Lieferprozess Proton aus Schritt 4.3. Akzeptable KV Bilder erworben und bestätigt sind, ist ein Kegel-Beam CT (DVT) Scan abgeschlossen, um Blase/rektale Füllung zu beurteilen. Wenden Sie zusätzliche Patienten Positionierung Anpassungen basierend auf den DVT-Scan. Als KV-Imaging-basierte Positionierung Korrekturen, Änderungen mit DVT-Daten direkt von der bildgebenden Konsole auf dem Behandlungstisch für automatisierte Anwendung erhalten. Überprüfen Sie alle positionale Korrekturen mit dem behandelnden Arzt vor Behandlungsbeginn am ersten Tag der Protonentherapie. Die Behandlung-Lieferung mit akustischen Prüfung zwischen zwei Therapeuten der Gantry Winkel, Monitor Einheiten, Anzahl der Scan-Spots und Schichten, und Schnauze Position für jede Behandlung Winkel zu initiieren. Diese Parameter werden auf der Konsole Behandlung und in die Planungsunterlagen, Dosimetrie, Physik und der behandelnde Arzt unterzeichnet angezeigt. Markieren Sie nach der Behandlung die Behandlung Isozentrum für tägliche Ausrichtung und entfernen Sie die Markierungen. Wiederholen Sie die Schritte 4,2 4,9 für alle nachfolgenden Behandlung Brüche.

Representative Results

Verfügbare Daten schlägt einen erheblichen Nutzen mit Protonentherapie für bestimmte Krebsarten20,21. PT kann für ausgewählte pädiatrische Tumoren, wiederkehrende Krebsarten in zuvor bestrahlten Regionen oder anderen Krebsarten, wo die Verletzungsgefahr Normalgewebe hoch mit Photon Behandlung ist, begünstigt werden. Im folgenden besprechen wir die Anwendung und den Nutzen der Protonentherapie für Prostata-, Brust- und Medulloblastom. Unser Ziel ist es, die Leser ein besseres Verständnis für die Anwendung der Protonentherapie für Tumoren häufig bei Männern, Frauen und Kinder zur Verfügung zu stellen. In den Vereinigten Staaten ist Prostata-Krebs die am häufigsten diagnostizierte malignen Erkrankungen bei Männern und die zweithäufigste krebsbedingte Todesursache bei Männern. Im Jahr 2018 werden schätzungsweise 164.690 neue Fälle diagnostiziert, und mehr als 29.000 Männer der Krankheit sterben. Nicht-metastatischem Prostatakrebs-Patienten haben Anspruch auf Behandlungsoptionen, einschließlich aktive Überwachung, radikale Prostatektomie, Brachytherapie und externen Strahl Bestrahlung mit Photonen oder Protonen22. Je nach Anatomie des Patienten, Begleiterkrankungen, Tumorstadium, Arzt Urteil und Patienten bevorzugt werden genaue Behandlungsentscheidungen getroffen. Strahlung Anlieferung für frühen Stadium Prostatakrebs ist auf die Prostata beschränkt. Bei mittleren Risiko Prostatakrebs sind die proximalen Samenbläschen sowie ausgerichtet. Obwohl teilweise Prostate Therapien erforscht werden, bleibt die ganze Drüse Therapie Standardbehandlung. Obturator, Pre-sakrale, interne Beckenkamm und externe Beckenkamm Knoten sind oft für Patienten mit ungünstigen zwischen- und risikoreiche Krankheit enthalten. Vor der Bestrahlung können Planung, treuhändische Marker zur bildgestützten Behandlung mit Vorbehandlung Kilovoltage Bildgebung erlauben platziert werden (IE., standard Röntgenstrahlen)23. Darüber hinaus kann auch ein Hydrogel-Abstandhalter vor CT Simulation erstelle ich eine Lücke zwischen dem Rektum und Prostata auf weitere Begrenzung Dosis auf die rektale Gewebe24,25eingefügt werden. Während der Behandlung planen sollten Patienten in Rückenlage mit dem Becken immobilisiert mit einem angepassten Kissen Gerät simuliert werden. Ein rektale Ballon kann CT Simulation zur Begrenzung Prostata Bewegung und Unsicherheit in Bezug auf rektale Volumen und Dichte26angebracht werden. Bequem voller Blase wird empfohlen, die Dosis der Dünndarm und der vordere Teil der Blase27zu begrenzen. MRI-Simulation ist auch ratsam, erlauben eine genauere Ziel Lautstärke Abgrenzung26. Behandlungen sollten entworfen werden, um Dosen von 75,6-79,2 liefern Gy an der Prostata mit Dosen von 45-50,4 Gy für elektive Abdeckung der Mondknotenachse empfohlen oder Samenblase Regionen gefährdet mikroskopische Krankheit verbreiten9. Alle Fraktionen werden einmal täglich in 1,8 bis 2 Gy pro angebrochene geliefert. Für zwischen- und Hochrisiko-Patienten, die Brachytherapie Auftrieb sollten die externen Strahl Strahlendosis auf ca. 45 Gy beschränkt. Brachytherapie Dosen von 110 Gy sollte mit I-125 niedrigen Dosis-Rate permanente Implantate verwendet werden. Mit der hohen Dosis Rate-Brachytherapie per Katheter gehören häufig verwendete Schub Regimen 13 bis 15 Gy X 1 Bruchteil, 8 bis 11,5 Gy 2 Fraktionen, 5,5 bis 6,5 Gy X 3 Brüche und 4,0 bis 6,0 Gy X 4 Brüche9. Behandlungsplanung Dosimetrie ist optimiert, um die Dosis auf der Blase, Rektum und Darm zu begrenzen. Dosimetrische Vergleiche zwischen Photon-im Vergleich zu Proton – basierte Therapie (zB., IMRT versus FIPPEL Techniken) haben gezeigt, dass verbesserte Schonung von Dosen zu den normalen Geweben mit der letzteren Ansatz28. Prostata-Krebsmortalität ist unter 2 % auf 10 Jahre für Männer mit frühen Stadium Krankheit22 unabhängig von der Behandlung ausgewählt. Mit Dosis-intensivierten RT zeigen Hochrisiko-Patienten auch eine niedrige Prostatakrebs Mortalität von 5 % bei 9 Jahre29. Sterblichkeit bleibt gering, vor allem wegen der Verwendbarkeit der systemische Therapien, die in der metastasierten Einstellung wirksam bleiben. Ergebnisse mit IMRT und Proton Therapie bleiben ausgezeichnete30,31. Die PARTIQoL (NCT01617161)-Studie ist eine laufende, randomisierten Studie zwischen Protonentherapie (PBT) und IMRT für schwach- und mittelaktive Risiko Prostatakrebs, die hoffentlich ermitteln kann, ob eine Modalität über den anderen überlegen ist. Brustkrebs ist die am häufigsten diagnostizierte Malignität bei Frauen und die zweithäufigste krebsbedingte Todesursache bei amerikanischen Frauen. Im Jahr 2018 werden schätzungsweise 268.670 neue Fälle diagnostiziert, und 41.400 Frauen sterben der Krankheit1. Anders als bei Prostatakrebs, wo die meisten Patienten Strahlung als Monotherapie erhalten, erhalten Brustkrebspatientinnen Strahlung nach der Operation, um das Risiko von Krebs Wiederholung11. Je nach Ausmaß der Operation erforderlich, Bestrahlung der verbliebenen Brust nach Tumor Lumpektomie oder der Brustwand nach Mastektomie11,32ausgerichtet werden kann. Regionalen Lymphknoten in der Achselhöhle, Supraclavicular und Mamma Innenbereich kann Ziel sein, wenn sie mit einem Risiko für Tumor verteilt gelten. Behandlung Zeitpläne für Brustkrebs Patienten bedeuten in der Regel einmal täglich Behandlung, fünf Tage pro Woche. Frühen Stadium-Patienten sind in der Regel behandelt mit konventionell fraktioniert (1,8-2,0 Gy/Bruchteil; 50 Gy insgesamt) oder Hypofractionated (2,67 Gy/Bruchteil; 40.05 42,56 Gy insgesamt) Therapien, um die ganze Brust11,33. Patienten mit fortgeschrittenen, aber lokalisierte Erkrankung sind mit konventionellen Fraktionierung zu 50 Gy (1,8-2,0 Gy/Bruch) auf die ganze Brust oder Brust Wand und regionalen Lymphknoten behandelt. Diese Dosen sind wirksam für subklinische Erkrankung, die nach der Operation vorhanden sein kann. CT-Simulation für Brust Krebs Strahlentherapie erfolgt in der Regel in Rückenlage. Im Gegensatz zu Prostatakrebs sind beide Arme über Kopf entführt, um Exposition der Brust Wand oder Brust Gewebe ermöglichen. Darüber hinaus werden eine maßgeschneiderte wiegte Gerät und Brust-Board oft genutzt, um den Brustkorb in einer angehobenen Position zu immobilisieren, so dass das Manubrium parallel auf dem Behandlungstisch. Dadurch wird sichergestellt, dass das Brustgewebe nicht souverän, der Hals-Bereich fällt. Strahlenbelastung für das Herz bei Brustkrebs ist ein erhöhtes Risiko für zukünftige ischämischen Herzkrankheit34zugeordnet. Infolgedessen sind Techniken zur Minimierung der Herz-Dosen von größter Bedeutung. Ein Ansatz besteht darin tief inspiratorischen Atem halten (DIBH) zur Steigerung der intrathorakalen Raum und die Distanz zwischen dem Herz und dem vorderen Brust Wand/Brust beschäftigen. Wie die Methode schon sagt, werden mit DIBH behandelte Patienten unterbrechen ihre Atmungszyklus und Behandlung zum maximalen Zeitpunkt der Inspiration zu erhalten. Allerdings können nicht alle Patienten tolerieren Atem hält ausreichend lang um diese Technik zu ermöglichen. Bei einigen Patienten eine Bauchlage kann vorteilhaft sein und gestatten Brustgewebe hängen vom kritischen normalen Gewebe, einschließlich der Herz-35. Ein Nachteil dieses Ansatzes ist die Beschränkung auf die Fähigkeit, Lymphbahnen Zielregionen. Protonentherapie erzielen erhebliche kardiale Dosis zu schonen, ohne die Notwendigkeit von DIBH und anfällig Techniken36,37. Protonentherapie überlegen Photon-basierte Techniken in Bezug auf Dosierung sparsam Auswirkungen auf kritische Strukturen wie Lunge und Herz38nachgewiesen und ist für Patientinnen mit Brustkrebs eingesetzt. Ein einzelnes Feld Bleistift Strahlschwenkung (PBS) Plan mit ein Auswahl-Shifter kann genutzt werden, um Protonenstrahlung auf die Brustwand und regionalen Knoten zu verwalten. Passive Scatter Ansätze können auch eingesetzt werden. Wenn mehrere Felder erforderlich sind, um die gesamte Brustwand und regionalen Knoten Feld bedingt zu behandeln, muss Feld passende Techniken eingesetzt werden. Eine Strategie ist, passende Supraclavicular und Brust Wand Felder mit einem Haut-Abstand von 2-4 mm unterhalb der clavicular Kopf39abgestimmt zu beschäftigen. Die Feldgrenzen werden über einen 1 cm Abstand zu verschiedenen Zeitpunkten im Verlauf der Strahlung verschoben, hot und cold Spots zu minimieren. Klinische Ergebnisse mit Brust-Krebs-Strahlung ein Gesamtüberleben von 50 % für frühen Stadium Krankheit11 und 37 % bei lokal fortgeschrittenen Patienten bei 20 Jahren Follow-up-32. Angesichts der langen Remission Periode, Minimierung der Behandlung verbundenen Toxizität von großer Bedeutung ist. Obwohl Protonentherapie potenziell Kardiotoxizität Risiken zu senken voraussichtlich, wird diese Frage im Rahmen der laufenden RADCOMP Konsortium Prüfung (NCT02603341), untersucht die Frauen mit Brustkrebs zu Photon oder Proton Strahlentherapie randomizing ist. Krebs ist die zweithäufigste Todesursache bei Kindern im Alter von 1-14 in den Vereinigten Staaten und wird nur übertroffen von Unfällen. Im Jahr 2018 10.590 Kinder mit Krebs diagnostiziert werden, und 1.180 sterben ihre Bösartigkeit1. Unter dieser Gruppe werden 250-500 Patienten mit Medulloblastom diagnostiziert werden. Das mittlere Alter bei der Diagnose von Medulloblastom ist 4 bis 6 Jahren. Angesichts des hohen Risikos für Liquor cerebrospinalis Beteiligung und Verbreitung (30-40 %), ist Thoraxregion Bestrahlung (CSI) standard der Versorgung bei diesen Patienten mit ca. 80 % Überleben bei entsprechender Behandlung. Medulloblastom-Patienten sind in Standard-Risiko und risikoreichen Gruppen anhand ihres Alters, Vorhandensein von Anaplasie oder Metastasen und Höhe der residual Tumor nach der chirurgischen Resektion geschichtet. In beiden Fällen umfasst Behandlung postoperative Bestrahlung. RT für Medulloblastom beinhaltet anfängliche CSI auf eine Dosis von 23,4-36 Gy. Zusätzliche Dosis wird dann an das Tumorbett gegeben, um eine Dosis von 50,4-55,8 Gy der Primärtumor Seite40zu erreichen. Planungsüberlegungen Behandlung sind die Beschränkung der maximalen Dosen zum Hirnstamm und Rückenmark 54 Gy bis 45 Gy. CSI ist lieferbar mit Photon oder Protonen-Therapie. CT-Simulation und Behandlung oft erfordern Anästhesie um sicherzustellen, dass die Patienten während der Behandlung41nicht bewegen. Aufgrund der großen Bereiche gezielt mit Strahlung, Photon-basierte RT Techniken führen zu erheblichen Bestrahlung ausgesetzt thorakalen und abdominalen Strukturen anterior Rückenmark, einschließlich der Lunge, Herz, Nieren Darm- und Brustkrebs. Diese Regionen können überschüssige Bestrahlung mit Protonen Therapie (Abbildung 3)42verschont werden. PT basierte CSI erfordert zwei leicht schräg seitliche Felder an der oberen Halswirbelsäule und des Gehirns zu bestrahlen, sowie ein oder mehrere Posterior-anterior Balken auf den unteren Regionen der zervikale, thorakale, lumbale und sakrale Wirbelsäule ausgerichtet. Mehrere Felder sind erforderlich, da das Ziel CTV für CSI umfasst den gesamten zerebrospinale Flüssigkeit (CSF) Raum erstreckt sich von der Gehirn-Stützpunkt, der Spinalkanal durch die Cauda Equina auf der Ebene der S2/S3 Wirbelkörper Kreuzung (Abbildung 3). Die Wirbelsäule Länge bestimmt die Gesamtzahl der spinalen Felder, die für die Behandlung erforderlich. Die überlegene Grenze des obersten Wirbelsäulen Bereich ist auf die minderwertige Rahmen der kranialen Felder abgestimmt. Wenn die Wirbelsäule Bereich die gesamte Wirbelsäule nicht decken kann, ist ein zweites Wirbelsäule Feld auf der schlechter als Grenze der oberen Wirbelsäule Bereich abgestimmt. Dieser Prozess wiederholt, wenn ein dritter Bereich für größere Patienten erforderlich ist. Für Patienten unter 15 Jahren ist die vordere Grenze der Wirbelsäule Felder erweitert die gesamten Wirbelkörper um eine homogene Dosis, um Knochen zu gewährleisten benötigt, um künftiges Wachstum Anomalien in den Entwicklungsländern Skelett zu verhindern. Für Personen über 15 Jahren ist die vordere Wirbelsäule Feldgrenze 2-3 mm über den Spinalkanal in der Wirbelsäule erweitert. Passive Scatter und PBS Techniken wurden für CSI42,43genutzt. Spezielle Ziele der CSI-Therapie sind homogene Strahlendosis, der Liquor cerebrospinalis (CSF) am unteren Ende der thecal Sac (S2 oder S3), volle Dosis an der vorderen Schädel Basis und cribriform Platte, Minimierung der Dosis zu optischen Strukturen, Beschränkung der Schilddrüse nicht mehr als 5 % der Verschreibung Dosis und Minimierung der Dosis in die Speiseröhre43. Passive Scatter Behandlungsplanung beginnt typischerweise mit der Schaffung des kranialen Felder. Palette-Kompensatoren mit manuellen Bearbeitung sind oft erforderlich, um eine homogene Dosisverteilung im Gehirn zu schaffen, bei der Begrenzung der Dosis, um die Augen und Cochlea. Für spinale Felder sind Kompensatoren auf die Schilddrüse Ebene Dosis minimieren verdickt. Besondere Aufmerksamkeit wird Feld Kreuzungen zwischen der kranialen und spinalen Felder und mehrere spinale Felder bei Bedarf dann geschenkt. Bereich Kreuzung ist definiert als die 1,25-1,5 cm Länge, wo die Felder angrenzen. Die Kreuzung ist in Richtung kranialen oder kaudalen wöchentlich, Entwicklung von heißen oder kalten Dosis Bereiche zu verhindern verschoben. Im Idealfall wird die Dosis Varianz zwischen 95-108 % der Dosis Rezept gehalten. Feld Gewichtung, Blende Bearbeitungen und Kompensator Bearbeitungen werden alle eingesetzt, um dieses Ziel43zu erreichen. Forscher am M.D. Anderson Cancer Center haben eine schrittweise Strategie für CSI Planung42entwickelt. Dieser Ansatz beinhaltet die Entwicklung eines MFO-Plans, der kranialen und unteren Wirbelsäule Felder, gefolgt von der Erstellung eines SFO-Plans für die Brustwirbelsäule zu behandeln. Dosis Steigungen sind bei Kreuzung Bereichen genutzt. Der SFO-Plan wird dann in der Ausgangsplan MFO einen endgültigen, zusammengesetzte MFO Plan kopiert. Wirbelsäule Kreuzungen werden einmal um 2 cm über einen 4-Wochen-Kurs der Behandlung verschoben. PBS basiert im Vergleich zu passiven Scatter CSI CSI bietet wesentliche Senkung der Strahlendosis, Linsen, Cochlea und Ohrspeicheldrüse aber auf Kosten der erhöhten Schilddrüsen Dosis42. Medulloblastom-Patienten erwartet Event kostenlos Überlebensraten von 60-80 % je nach Risiko Schichten44. Da die große Fläche des bestrahlten Gewebes mit CSI und der Sensibilität der pädiatrischen Patienten, Nebenwirkung Langzeitrisiken sind beträchtlich und beinhalten neurokognitiven Beeinträchtigung, sekundäre Malignome, Hypophyse Dysfunktion, Verlust der Hörfähigkeit, Herz-Kreislauferkrankungen , Unfruchtbarkeit, Hypothyreose, Vaskulopathie, trockene Augen, Katarakt, Verlust der Sehkraft und Strahlung Nekrose/Myelitis. Proton-basierte CSI kann daher einen erheblichen Nutzen für viele Patienten bieten. Abbildung 1: Dosis Tiefenkurven zur Strahlentherapie. Dosisverteilungen als Funktion der Wassertiefe für verschiedene klinische Strahlenbündel gezeigt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur. Abbildung 2: Vergleich der Proton und Photon Brust Strahlung. Prozent Dosis Verteilung für einen Patienten mit lokal fortgeschrittenem Brustkrebs erhalten Strahlentherapie IMRT (A, B) oder Protonen (C, D) und zeigen erhebliche Strahlung Dosisreduktion zu Herzen und lungen mit Protonen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur. Abbildung 3: Vergleich der Proton und Photon Thoraxregion Strahlung. Prozent Dosis Verteilung für einen Patienten mit Medulloblastom empfangen Thoraxregion Bestrahlung mit Protonen (A) oder IMRT (B) und zeigen erhebliche Strahlung Dosis Reduktion auf Intra Thorax- und intra-abdominalen Regionen mit Protonen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur. Photon Proton Partikeltyp Boson Zusammengesetzte Fermion Ladung [C] 0 +1.602 x 10-19 Gewicht [kg] 0 1.672 x 10-27 Spin 1 1/2 Energy† [MeV] 0,1 – 25 10 – 250 Allgemeine Quellen Linearbeschleuniger, Co-60 Radioisotope, Röntgenröhre Zyklotron oder Synchrotron-Beschleuniger Liefermethoden Kollimierten soliden Balken, Multileaf-Kollimatoren, Intensität Modulation, Bögen Passive Streuung, magnetische Scannen † Energiespektrum normalerweise verwendet, um die menschlichen Krebserkrankungen zu behandeln Tabelle 1: Vergleich der Proton und Photon-Strahlung.

Discussion

Strahlung Behandlungsplanung und Lieferung für Krebs ist eine sehr individuelle Prozess individuell auf jeden einzelnen Patienten und seine/ihre bestimmten Krebs. Moderne Strahlentherapie ist eine bildgebende Intervention-basierten CT-Bilder zu erhalten, während eine individuelle Ausstrahlung plant Simulation. CT-Bildgebung ist zwingend erforderlich, da es 3-dimensionale (3D) anatomische Informationen über den Patienten sowie präzise Quantifizierung der dichten Gewebe an verschiedenen Standorten innerhalb des Körpers enthält, die für die Dosisberechnung erforderlich sind. Während der CT-Bildgebung, wird der Patient auf einem motorisierten Tisch positioniert. Verschiedene mechanische Immobilisierung Geräte werden in der Regel eingesetzt, um Bewegung des Patienten während der Aufnahme und bei RT Nachlieferung zu beschränken. Je nach der geforderten Präzision, diese Geräte reichen von einfachen Formart Kissen und Kunststoff-Netze, die entsprechen der Patienten Oberfläche und dann Härten, um Bewegung zu beschränken, mehr invasive Geräte wie starre Schädel Geräte, die an Stelle gebohrt werden. Oft wird die geforderte Präzision der Immobilisierung Gerät durch die Nähe des Tumorgewebes zu in der Nähe kritischer Strukturen vorgegeben. Als Beispiel das meisten invasive Immobilisierung Gerät, einen Kopf Heiligenschein gebohrt in legen, wird manchmal verwendet, wenn einzelne Millimeter Genauigkeit erforderlich ist, zur Behandlung eines Tumors in der Nähe der Augen oder der Sehnerven, die Chance von Blindheit zu minimieren, die vom Patienten Bewegung auftreten können in eine falsche Position während der Behandlung.

CT imaging-Informationen wird auch verwendet, um interne Normalgewebe Anatomie zu optimieren. Blase Ausdehnung wird beispielsweise oft genutzt, um Blase und Dünndarm Dosis Exposition durch Bestrahlung der Prostata wie im obigen Protokoll erwähnt zu minimieren. Auch wenn Magen vor allem mit Lebensmitteln während der Simulation zur oberen Bauch Bestrahlung (z.B. Magen, Leber, distalen Ösophagus) aufgebläht ist, ist dann der Patient erneut simulierten nach so dass die Nahrung durch den Magen und Darm-Trakt passieren . Dies wird den Magen zu verkleinern und reduzieren die Chance der Strahlenbelastung während der Strahlentherapie des oberen Abdominal-Tumoren. In Fällen wo der Magen oder die Blase selbst sind Strahlung Ziele, sie werden absichtlich aufgebläht oder Optimierung der Dosisverteilung geleert.

In einigen Fällen ein Tumor ist nicht ausreichend und zuverlässig visualisiert auf CT aber genauer durch ein MRT oder PET-Scan identifiziert werden kann. In solchen Fällen werden die PET oder MRI Scans zur CT-Daten zu ergänzen, da Letzteres für die Dosisberechnung noch erforderlich ist. Dies wird erreicht durch die Registrierung der MRT und PET Bilder, CT-Aufnahmen für die Planung der Therapie. MRI-Scans bieten oft viel größere Kontrastsehen und eine höhere Auflösung als CT, die vorteilhaft für dünne, weiche Gewebe Grenzen eines Tumors wie diejenigen im Gehirn oder Leber zu identifizieren sein könnten. PET bietet eine funktionale Übersicht der Verteilung von radioaktiv-markierten Tracer-Moleküle, die dem Patienten injiziert.

Einige Tumoren entstehen in den Bereichen der Brustkorb oder Bauch wo sie deutlich mit Atmung bewegen können. Um diese Bewegung um Strahlung Richtigkeit Rechnung zu tragen, kann eine 4-dimensionalen CT, eine Art von “Film-Modus” CT-Aufnahmen verwendet werden, um die 3D Anatomie des Patienten zu erfassen, wie es ändert sich im Laufe der Zeit während der Atmung. Für einige thorakalen und abdominalen Ziele kann Kompression Riemen oder andere Mittel der Bewegung Schadensminderung verwendet werden während der Therapie Bewegung einschränken und Unsicherheit in Bezug auf Tumor Standort45zu begrenzen.

Sobald der Patient zur Behandlung simuliert wird, wird ein persönlicher Behandlungsplan entwickelt, mit Rücksicht auf die Histologie Krebs, Tumor Lage und anatomische Merkmale, die die optimale Konfiguration der Strahlenbündel, Partikeltypen, Energien zu beeinflussen, und die Dosis Ebenen für jeden einzelnen Patienten. Für jeden Patienten gelten eine Reihe von grundlegenden Fragen zunächst von der klinischen Team einen optimalen Behandlungsplan zu entwickeln. Als Ausgangspunkt muss die geeignetste Form der Strahlung ausgewählt werden. Optionen sind Photonen, Elektronen oder Protonen. Darauf folgt in der Regel die Auswahl der Strahl Angle(s) für Strahlung Anlieferung. Die meisten RT Maschinen gehören ein Roboter Patientenlagerung Tabelle und eine rotierende Gantry, mit denen RT Balken in den Patienten richten können von praktisch jedem Winkel. Die Entscheidung betrifft den Weg, die am effektivsten das Ziel mit RT trifft und beste vermeidet nicht-Zielorganismen, die in den Pfad der ausgewählten Strahlen kann. In einigen Fällen werden durch das Planungssystem nach Eingabe von Strahlung Ziele für Tumoren und normalem Gewebe Ausstrahlungswinkel bestimmt. Dieser Prozess wird als “inverse Planung” bezeichnet und erfolgt häufig im Falle von IMRT, einhergehende moduliert die Intensität von mehreren eingehenden Strahlenbündel in gewissem Sinne zeitabhängig, die bietet eine einheitliche Zieldosis aber zu sehr uneinheitlichen Dosis führen kann außerhalb des Ziels. Auch wenn Photon oder Proton Therapie Intensität moduliert, inverse Planung weitgehend in verwendet wird basierend Photon nur IMRT. Wenn solide Strahlenbündel eingesetzt werden sollen, können benutzerdefinierte Metall Kollimatoren angefertigt werden, um die Form des Strahls Strahlung mit der Form des Tumors übereinstimmen.

Wenn Protonentherapie ausgewählt ist, dann muss eine spätere Entscheidung über den Einsatz von passiven Punkt- oder PBS Techniken erfolgen. Im Falle von PBS ist eine zusätzliche Entscheidung hinsichtlich der Verwendung von MFO oder Single-Feld Optimierung/Single-Feld einheitliche Dosis (OFS/SFUD) Strategien erforderlich. MFO-Behandlungen sind mehrere Balken erforderlich zur Behandlung eines Tumors während jeder Bruchteil, da jeder Strahl richtet sich nur an einen Teil des Ziels. Im Gegensatz dazu deckt jeden Strahl für SFO Pläne, das gesamte Ziel. MFO ist oft für Tumoren in der Nähe einer kritischen Struktur begünstigt (zB., Gehirntumor in der Nähe des Sehnervs) wo eine Vielzahl von Ausstrahlungswinkel kann vorteilhaft sein, Strahlendosis zu Formen. MFO-Strategien sorgen auch dafür, dass alle die Strahlung Balken/Spots nicht “Reihe in der gleichen Gegend wo Dosis unerwartet hoch wegen der Bragg-Peak-Effekt sein könnte”. Auf der anderen Seite ist SFO für Ziele in der Nähe von anatomischen Unsicherheit, wie die Prostata begünstigt, die durch differenzierte Blase und rektale Füllung verschieben können. SFO bietet verbesserte Robustheit gegen Dosis Änderungen aufgrund von anatomischen Abweichungen.

Sobald die grundlegende Planung Strategie entschieden wird, umfasst die nächste Phase der Behandlungsplanung in der Regel mathematischen Optimierung der Strahlenfelder. Die Energie, die Intensität und die räumliche Verteilung (räumlich unterschiedliche Flussmittel) der ankommenden Strahlung sind in der Regel freie Parameter in der Optimierung. Zusammen mit der großen 3D Matrixdarstellung der Anatomie des Patienten durch CT führen diese freien Variablen zu einer sehr großen Problemgröße und entsprechende große Optimierung Matrizen (z. B.von CT-Werte und Tausende von möglichen Strahl, die Intensitäten müssen Betracht gezogen Sie werden). Diese Matrizen sind eingerahmt im eine Ziel-Funktion ist eine mathematische Formulierung des “Ziels Behandlungsplanung”. Wie oben erwähnt, Behandlungsziele werden priorisiert, um zuerst die verordnete Dosis an das Ziel zu erreichen, und zweitens um so niedrige Dosis als zu erreichen ist möglich, normale Gewebe. Um diese Zielsetzung zu minimieren, ist hoher Rechenleistung wollte schnell RT Transport Berechnungen durchzuführen, die die Matrizen zu füllen, und numerische Optimierungsmethoden wie Farbverlauf-Such-Algorithmen, dienen zur schnellen Suche nach lokalen Minima im die Funktion. Diese Minima entsprechen optimale Behandlungspläne für jeden einzigartigen Patienten. Die Rolle von Computern in der Behandlungsplanung kann nicht überbewertet werden. Moderne Strahlentherapie und Röntgendiagnostik wäre nicht möglich ohne die Computer-Fortschritte der vergangenen drei Jahrzehnte.

Als ein Endstadium wird der optimalen Behandlungsplan durch das medizinische Team (Arzt, Dosimetrist und Physiker) überprüft. In vielen Fällen kann der Plan weiter angepasst oder neu optimiert mit unterschiedlichen Zielen zur Verbesserung der Gesamtqualität. Sobald der Plan optimal gefunden wird, sind die technischen Parameter des Plans von einem Physiker überprüft und auf die Behandlung Lieferung Rechner übertragen.

In vielen Fällen gibt der Patient für mehrere Brüche in Behandlung (Sitzungen), oft jeden Wochentag für mehrere Wochen zurück. Mehrtägige Fraktionierung akuten strahleninduzierten Nebenwirkungen verstärken kann aber möglicherweise verringern spät, schwerwiegender Nebenwirkungen von RT mit Single-Fraktion Behandlung12im Vergleich. Multi-Bruchteil Ansätze sind optimal für Tumoren, die sich schnell teilenden sind oder nicht in der Lage, subletale Beschädigung von RT zu reparieren Allerdings hängt dies von der exakten Behandlung vor Ort und die Empfindlichkeit der umliegenden normalen Gewebe. Da das Ziel der Strahlung Behandlung Lieferung ist, die gleiche Behandlung während der einzelnen Fraktionen, können sogar ein paar Millimeter Bewegung oder Unsicherheit in der Position des Patienten zum Abbau der Partikel-Therapie-Behandlungsplan führen. Aus diesem Grund an Bord Bildführung sind Systeme von zentraler Bedeutung bei der Multifraktions RT. x-ray Imager, Cone Beam CT Scans oder optische, Laserscanning-Oberfläche Imager sind für diesen Zweck zur Verfügung. Diese Geräte ermöglichen durch die Darstellung der anatomischen Landmarken, Tumor-Ziele oder Surrogat Radio-opak Kugelmarker bildgestützten Strahlentherapie (IGRT). Die IGRT Bilder sind im Vergleich zu den ursprünglichen Simulation-Scans und vor jeder Bruchteil der Strahlung Bedarf angepasst.

Trotz den Vorteil die endliche Reichweite der Protonentherapie, die die Ausfahrt Dosis beschränkt, ist die Genauigkeit der Reihe Vorhersage normalerweise gesehen in die Behandlungsplanung in der Größenordnung von wenigen Millimetern. Die genaue Energieverlust in verschiedenen Patienten Geweben ist ungewiss, Erstens, da die genauen molekularen Bestandteile des Gewebes nicht eindeutig sind, und zweitens da die Anatomie des Patienten im Laufe der Zeit ändert, sowohl über Zeiträume (z. B. Atmung kurze) und längere Fristen (z.B., Gewichtsverlust, Tumorschrumpfung, normale Anatomie Veränderungen). Um diese Unsicherheit zu begegnen, ist das Ziel-Volume einen zusätzlichen Rand des normalen Gewebes gleich hinter die maximale Tumor Tiefe ist, ein “distalen Rand” hinzugefügt. Solch eine Marge sorgt dafür, dass auch mit den Unsicherheiten im Bereich Vorhersage die gesamte Tumor Tiefe mit hohem Vertrauen behandelt werden. Leider kann am Normalgewebe Rand dadurch die volle RT-Dosis ausgesetzt werden die potentiell zu erheblichen Nebenwirkungen von RT in diesem Gewebe führen können. Im Gegensatz dazu wie Photonen nicht aufhören sondern eher das Ziel beenden, ist kein solcher distalen Rand mussten Bereich Unsicherheit zu kompensieren. Eine geometrische Marge noch Photonentherapie Adresse positionellen Unsicherheiten des Ziels genutzt, aber Photonen sind viel weniger empfindlich als Protonen, der genaue Status der Patienten Gewebe stromaufwärts des Ziels. Daher kann die erforderliche Marge manchmal kleiner für Photonen als Protonen sein. Dies kann so verstanden werden, indem man bedenkt, dass Protonen kontinuierlicher Energieverlust in Geweben zu, die großen Einfluss auf die Position ihres Verbreitungsgebietes unterziehen, Photonen sind ungeladen und freie Fahrt in den leeren Raum zwischen den Atomen und ihren orbitalen außer seltenen Kollisionen mit Elektronen oder Kerne. Große Dichteunterschiede im Gewebe, z. B.., metallische Gegenstände oder Hohlräume, jedoch immer noch beeinflussen Photon Dosis sowie Proton Dosis, aber eine geringere Größe.

Eine endgültige und wichtige Unsicherheit bezieht sich auf die strahlenbiologischen Wirksamkeit (RBE) der verschiedenen Formen der Strahlung. Die RBE ist das Verhältnis von Dosen, aus einem Verweistyp Strahlung und eines Testtyps Strahlung, unter der Bedingung, dass beide Strahlungsarten die gleiche biologische Wirkung zu erzielen. Je höher die RBE, desto mehr Strahlung pro Einheit der Energie Ablagerung im Gewebe zu beschädigen. Der RBE-Verhältnis ist in Bezug auf Photon-Strahlung definiert. Trotz dieser einfachen Beschreibung gibt es eigentlich großer Unsicherheit bezüglich der RBE-Werte für geladene Teilchen im Gegensatz zu den Photonen. Unterschiede in der räumlichen Dosisverteilungen zwischen Photonen und geladene Teilchen im Mikrometer und Nanometer-Maßstab führen zu Unterschieden in biologische Wirkung, auch wenn die makroskopischen Dosen identisch sind. Dies kann durch die Untersuchung der räumlichen Muster von DNA-Schäden nach Exposition mit geladenen Teilchen in verschiedenen Dosierungen und verschiedene kinetische Energien verstanden werden. Unterschiedliche kinetische Energien und unterschiedliche Ladungen (+ 1) Protonen und Kohlenstoffionen (+ 6) führen, die Unterschiede in der Energieübertragung in unterschiedlichen Tiefen des Patienten, während für Photonen, die Energieübertragung vergleichsweise niedriger und auch homogener in der gesamten ist der Patient. Zwar theoretisch verstanden, gibt es bedeutende Debatte in der Strahlung Onkologiegemeinschaft in Bezug auf die Fähigkeit, genau vorherzusagen, solche biologischen Effekte. Für Kohlenstoff-Ionen-Therapie gibt es einen Mangel an Konsens zur bestmöglichen diese biologischen Effekte, Modell, obwohl Einigkeit besteht, dass solche Effekte modelliert werden müssen, um die Therapie zu bieten. Für Protonen die meisten klinische Zentren planen derzeit Therapie ohne explizite Modellierung der RBE-Effekte, mit Ausnahme der Nutzung eines konstante Korrektur-Faktor von 1,1, aber dies dürfte sich in naher Zukunft ändern, wie neue kommerzielle Behandlung Planungssysteme zu beginnen sind biologische Modellierung von Software-Tools um die RBE der Protonentherapie zu modellieren.

Mit der Fertigstellung von randomisierten Studien, einschließlich RADCOMP, PARTIQoL und RTOG 1308 hätten wir mehr konkrete Antworten, die welche Formen der Strahlung bzw. für Brust-, Prostata- und Lungenkrebs, überlegen sein können. Ähnliche Studien sind für andere Krankheit-Standorte geplant, die helfen können, um besser zu identifizieren, die beste Behandlungsmethode für diese Tumorarten. Allerdings gibt es bereits genügend Daten darauf die Überlegenheit der Protonen in bestimmten Einstellungen, vor allem in der pädiatrischen Population, wo erhebliche Normalgewebe Schonung erheblich Morbidität von Toxizitäten, darunter sekundäre verkürzen Malignome.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

S.R. erkennt Zuschüsse aus dem NIH Darlehen Rückzahlung Programm. A.H. hat von Bayer, Clovis, Constellation, Agensys, Sotio, Himmelblau und Calithera finanziell unterstützt.

Materials

Proton beam cyclotron and gantry delivery system Varian N/A Allows for generation and delivery of protons for radiotherapy
kVUE One Proton Couch Top Qfix RT-4551KV-03 Permits patient placement for radiotherapy
CT simulator with 4D scanning capability GE N/A Permits CT simulation for radiation planning
100" x 70" Qfix VacQfix Cushion Qfix RT-4517-10070F30 Immobilizes patient for more precise radiation delivery
Timo Foam Head Support Qfix RT-4490-F Ensures minimization of head motion during radiotherapy
3 CT Localizers Localization Markers Beekley Medical REF 211 Ensures concordance of external markers and internal patient anatomy from CT simulation
VacQfix Indexer Qfix RT-4517-IND01 Ensures VacQfix cushion placement is reproducible for every radiatiion treatment
Radiation treatment planning software Raystation N/A Allows for personalized radiation planning for every tumor with robust optimization and multi-criteria optimization
Proton Range Compensator .Decimal RC-AC 1018 Adjusts the range of the proton beam to achieve distal dose conformality
Proton Beam Aperture .Decimal AP-BR 1800 Shapes the proton beam treatment area
Proton Range Shifter .Decimal RS-AC 1018 Adjusts proton beam tissue depth penetration
Endorectal Balloon Radiadyne ILG-90F Ensures uniform rectal filling and prostate positioning
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Kaiser, A., Eley, J. G., Onyeuku, N. E., Rice, S. R., Wright, C. C., McGovern, N. E., Sank, M., Zhu, M., Vujaskovic, Z., Simone 2nd, C. B., Hussain, A. Proton Therapy Delivery and Its Clinical Application in Select Solid Tumor Malignancies. J. Vis. Exp. (144), e58372, doi:10.3791/58372 (2019).
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