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Entrega de terapia de protões e sua aplicação clínica em Tumor sólido selecione malignidades

Published: February 06, 2019
doi:
10.3791/58372
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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

São apresentados os fundamentos da radiação planejamento e entrega para a terapia de protões usando o câncer de próstata como modelo. A aplicação destes princípios a outros sites selecionados doença destaca como radioterapia próton pode melhorar os resultados clínicos para pacientes com câncer.

Abstract

Radioterapia é uma modalidade mais utilizada para o tratamento de cânceres sólidos. Embora os mecanismos de morte celular são semelhantes para todas as formas de radiação, as propriedades na vivo de feixes de fótons e proton diferem grandemente e talvez exploradas para otimizar os resultados clínicos. Em particular, as partículas de prótons perdem energia de maneira previsível como eles passam através do corpo. Esta propriedade é usada clinicamente para controlar a profundidade em que o feixe de prótons é finalizado e a dose de radiação limite além da região de destino. Esta estratégia pode permitir reduções substanciais na dose de radiação aos tecidos normais localizado fora um alvo de tumor. No entanto, a degradação da energia de prótons do corpo permanece altamente sensível à densidade do tecido. Como consequência, quaisquer alterações na densidade do tecido durante o curso do tratamento podem alterar significativamente dosimetria do próton. Tais alterações podem ocorrer através de alterações no peso corporal, respiração ou intestino/enchimento de gás e podem resultar em deposição de dose desfavorável. Neste manuscrito, nós fornecemos um método detalhado para o fornecimento de terapia de protões usando dispersão passiva e feixe de lápis digitalização técnicas para câncer de próstata. Embora o procedimento descrito refere-se diretamente aos pacientes de câncer de próstata, o método pode ser adaptado e aplicado para o tratamento de virtualmente todos os tumores sólidos. Nosso objetivo é equipar os leitores com uma melhor compreensão de entrega de terapia de protões e de resultados a fim de facilitar a integração adequada desta modalidade durante a terapia de câncer.

Introduction

Estima-se que 1,7 milhões de pessoas nos Estados Unidos vão ser diagnosticados com câncer em 2018, com mais de 600.000 sucumbir à doença1. Opções atuais do tratamento envolvem terapia de mono ou multi modality usando cirurgia, radioterapia (RT) e tratamentos sistémicos. Em relação ao RT, um quarto dos pacientes recentemente diagnosticados receberá isso como parte de sua terapia de câncer inicial e quase metade em última análise, isso exigirá durante sua doença curso2,3.

O advento de RT início em 1895, quando William Conrad Roentgen descobriu o raio-x enquanto estiver trabalhando com um tubo catódico no seu laboratório na Universidade de Wurzburg, na Alemanha4. Pouco tempo depois, pacientes com ampla de doenças como lúpus e câncer estavam recebendo tratamentos usando raios de rádio. Complicações iniciais foram rapidamente percebeu e nem foram discutidas por Pierre Curie em sua palestra de prêmio Nobel5. Desde que a radiação afeta os tecidos tanto o normal e o tumor, doses cuidadosamente controladas de radiação devem ser utilizados para maximizar a relação terapêutica, definida como a probabilidade de controle do tumor versus a probabilidade de toxicidade inaceitável. Com o graduais avanços em tecnologia, bem como a compreensão melhor de radiobiologia e física, esta relação terapêutica tem melhorado muito com o tempo. O uso de RT aprimorou significativamente os resultados para vários tipos de câncer, como refletido por sua inclusão nas diretrizes nacionais para câncer terapia6,7,8,9. Em alguns casos, RT pode ser usado como a única modalidade para terapia10, Considerando que em outras doenças, ele pode ser usado como parte da terapia de várias modalidades para controle local da doença ou a erradicação da doença microscópica11. Embora muitas vezes usado com uma intenção curativa, muitos pacientes RT são tratadas para paliação da dor ou outros sintomas que se desenvolvem a partir de compressão induzida por tumor, invasão ou destruição dos tecidos normais no cenário do loco-regional ou generalizado, metastático doença.

Os princípios básicos por trás RT são simples. Com a aplicação de radiação, energia é depositada nas células através da ionização de átomos. Esta energia, apesar de que pode elevar a temperatura de uma região irradiada por apenas alguns microkelvin, produz radicais livres que podem diretamente as células de danos expostos por meio de DNA lesão12,13. Muito de nossa compreensão da radiação de partículas de alta energia e sua interação com a matéria vem de estudos teóricos e experimentais de raios cósmicos e suas interações na atmosfera superior, realizadas no início 20th do século14. Partículas carregadas de alta energia (MeV para GeV) interagem com a matéria principalmente através da força eletromagnética: enquanto estas partículas passam através da matéria ou tecido, colisões inelastic com elétrons orbitais levar a ionização e excitação da matéria do alvo, e colisões elásticas com núcleos atômicos provocar dispersão ou desvio do caminho das partículas. Além disso, colisões nucleares e difícil colisões com os elétrons conduzem a uma cascata de radiação secundária que adiciona o efeito ionizante da radiação de partículas. Partículas de alta energia atravessando a questão, portanto, deixam para trás um rastro de átomos ionizados, moléculas e elétrons livres que são quimicamente reativos e podem potencialmente induzir alterações biológicas ou danos aos organismos expostos a estes campos ionizantes.

Dos principais objetivos a longo prazo da radioterapia tem sido aprender como melhor aproveitar estas ionizante campos de uma forma que vai efetivamente tratar doenças humanas. Clinicamente, a forma ideal de radiação (tais como fótons, prótons, elétrons ou íons pesados) deve induzir a ionização suficiente no destino doença para proporcionar efeito terapêutico anti-tumor, enquanto ao mesmo tempo causa mínima da ionização no normal circundante tecidos para minimizar os efeitos deletérios. Qual o tipo de radiação é selecionado para RT depende em parte da doença a ser tratada. Para os tumores que estão localizados mais profunda dentro do corpo e também podem ser cirurgicamente inoperável, fótons megavolt, prótons e íons pesados são considerados ideal15,16. Para cânceres superficiais, tais como aqueles que envolvem a pele, terapia de elétrons pode ser ideal e até mesmo preferível à cirurgia para cosmética. Por outro lado, a vantagem de fótons megavolt reside na sua capacidade de penetrar profundamente no tecido, limitando os danos à pele. No caso de partículas carregadas, como elétrons, prótons ou íons pesados, sua principal vantagem reside nas suas características de ‘parar’; ou seja, partículas carregadas perde energia continuamente através de colisões inelastic descrito acima, e esta perda de energia é altamente previsível na escala de milímetros. Portanto, um feixe de partículas carregadas pode ser entregues a um paciente com energias precisas para a profundidade desejada. Além disso, partículas carregadas produzem pouca ou nenhuma saída dose17. Por outro lado, partículas sem carga elétrica como fótons apresentam uma queda exponencial (atenuação) com o aumento da profundidade, que muitas vezes leva a uma dose significativa de saída que pode comprometer os tecidos saudáveis distais para o destino. Estes conceitos são demonstrados na Figura 1, que mostra a radiação Propriedades de dose (ionização) dos diversos tipos de radiação utilizados clinicamente. Uma motivação central para o uso de prótons ou íons de carbono em vez de fótons para alvos mais profundos do tumor é que há dose de entrada mínima dose e perto de zero dose de saída, além de tecidos-alvo. A tabela 1 resume algumas das características clinicamente relevantes de feixes de fótons e prótons.

Avanços no campo da radioterapia, incluindo terapia de protões, ocorreram em duas frentes principais: 1) a construção de aceleradores de partículas eficiente, capazes de produzir alta energia (MeV) radiação, tais como aceleradores síncrotron e ciclotron e 2) a desenvolvimento de métodos computacionais sofisticados que combinam dados de imagem de doença e cálculos de transporte de radiação para permitir artificialmente “planejamento do tratamento.” Para planejamento do tratamento, os pacientes normalmente passam por imagem de tomografia computadorizada (CT). As imagens de CT contêm informações anatômicas 3-dimensional sobre a paciente, bem como precisa quantificação de densidades de tecido. O CT imagens e mapas de densidade são usados em simulações de computador para planejar o tratamento de radiação: a energia e a intensidade do campo de radiação matematicamente são otimizados para cada paciente. Um exame de ressonância magnética (MRI) ou um exame de tomografia computadorizada (PET) positron-emissão também pode ser usado para complementar os dados de CT.

Abaixo, descrevemos uma estrutura de tópicos passo a passo de como os pacientes são navegados através de seu curso de tratamento de radiação, seguido pelos exemplos de certos tipos de tumor tratados com terapia de protões.

Protocol

O protocolo de planejamento e entrega de terapia radiação exata varia dependendo do local da doença e pode até mesmo exigir a individualização para cada paciente. Além disso, o procedimento também pode exigir modificações para acomodar preferências institucionais e disponibilidade dos equipamentos. Para fins desta discussão, nós irá delinear as etapas usadas para próton planejamento em um caso típico de câncer da próstata, já que este é o mais comum de câncer tratado com terapia de protões no E.U. centros18. Este protocolo descreve procedimentos clínicos de tratamento padrão e então não requer aprovação institucional, pelo Comitê de ética de pesquisa humana. 1. tomografia computadorizada de simulação para o tratamento de radiação Inserir a mesa estendida na tabela de tratamento e certifique-se de que está trancada. Coloque uma almofada de imobilização inflado por cima da mesa e bar de indexação para o molde da perna ao nível do joelho do paciente. Coloque um sólido apoio de cabeça no topo da tabela. Comece com cabeça de tamanho F, que acomoda a maioria dos pacientes. Confirmar que o paciente tiver concluído o processo de bexiga cheia bebendo 16-24 onças de fluido 45 min antes do momento de verificação agendada. Este passo precisa ser concluída antes da etapa 1,12. Registre o paciente no sistema de registro de paciente de CT. Selecione o protocolo de digitalização da próstata com a espessura da fatia de 3 mm. Confirmar que o consentimento de tratamento, o consentimento de contraste e a simulação ordem foram concluídas pelo médico assistente. Pedir ao paciente para vestir um vestido e remover toda a roupa da cintura para baixo. Confirme a identificação do paciente verbalmente verificando que o paciente é o nome, data de nascimento e local do procedimento. Tire uma foto do rosto do paciente. Pedir ao paciente para sentar na mesa e então ajudar o paciente em posição supina, a cabeça primeiro. Coloque as pernas do paciente para a almofada de imobilização inflado e posicionar os braços do paciente no peito pelo entrelaçamento de seus dedos, dando-lhes um anel azul, ou aplicação de cintas em torno de seus braços. Confirme o alinhamento do paciente com o sistema de laser. Conecte a bomba de vácuo dupla para o bocal da almofada da imobilização. Coloque as pernas em coxim a imobilização para que o molde vai envolver o lado das pernas e também criar uma barreira entre as pernas. Certifique-se de que a almofada de imobilização é abaixo da pelve e ultrapassa os pés. Inserir e insufle o balão de endorretal ab se clinicamente indicado por médico de tratamento. Execute ântero-posterior (AP) e lateral (LAT) escoteiro quilovoltagem imagens do raio x (limiar) para confirmar que o alinhamento do paciente é otimizado. Isto inclui a verificação da linearidade na imagem AP e alinhamento rotacional na imagem lateral. Use as duas imagens para garantir que o gás intestinal é mínima. Posicionamento deve todos ser corrigido e confirmado com re-imaging. Se o gás do intestino está presente e excessiva, desculpa o paciente ao banheiro e reiniciar o processo de passo 1.15. Uma vez que o paciente está na posição desejada, retire o ar da almofada de imobilização usando a bomba de vácuo dupla Q-fix para formar um molde sólido ao redor de suas pernas e pés. Ajuste manualmente a tabela de tratamento para que a mira laser está ao nível dos quadris do pacientes e na linha dos quadris e abdômen, ao nível da articulação do quadril. Especifique os locais de mira no paciente usando uma caneta. Coloque os marcadores de localização na mira para designar um ponto de partida para simulação de verificação durante a entrega de radiação. CT do conjunto de parâmetros para incluir a região pélvica da coluna vertebral de L3 para o meio do fêmur de digitalização. Examinar o paciente utilizando o protocolo de digitalização da próstata. Confirme que o exame é aceitável para o planejamento de tratamento. A bexiga deve estar cheia, e o reto deve ter mínimo ar ou fezes. Exportar o arquivo de digitalização para o software de planeamento de tratamento e notificar a dosimetria. Rotular a almofada de imobilização do paciente com o paciente ID, tratamento médico nome e instalação instruções antes do armazenamento para uso posterior durante a terapia. Prossiga para o passo 2.1 se o paciente está passando por uma terapia de protões de feixe de lápis. Pule para o passo 3.1, se o paciente irá receber terapia de protões de dispersão passiva. 2. radioterapia planejamento usando terapia de feixe de lápis Importe os dados de simulação de CT para o tratamento (TPS) de software de planejamento. Use tratamento a base de sistema de planejamento de ferramentas para definir todos os volumes geométricos relevantes de contorno de imagens adquiridas de CT. Estas estruturas incluem a bexiga, reto, intestino grosso, intestino, cabeças femorais, superfície externa do corpo, fiducials, espaçador retal e/ou balão endorretal. Crie um contorno externo adicional, que inclui o corpo, a mesa de tratamento e quaisquer dispositivos de imobilização. Dose de radiação será calculado apenas dentro deste contorno. Contorno o primeiro volume alvo clínicos (CTV1) para incluir a próstata, vesículas seminais e gânglios linfáticos envolvidos. O CTV1 será prescrito 45,0 Gy (RBE). O volume de CTV1 terá a aparência de uma estrutura em forma de U em imagens axiais. Tecidos normais do intestino, reto e bexiga pequenos irão residir dentro do volume de destino em forma de U. Contorno do segundo volume alvo clínicos (CTV2) para incluir a próstata e vesículas seminais. O CTV2 será prescrito uma dose total de 34,2 Gy (RBE). Selecione três vigas em ângulos do pórtico de 90, 180 e 270 graus para o tratamento do volume CTV1. Selecione apenas a 90 e ângulos de feixe de 270 graus para tratamento de CTV2. Desenha duas estruturas geométricas de bloqueio (volumes de evasão). Crie um volume de evasão “no meio da quadra”, englobando os tecidos normais dentro do volume de CTV1 em forma de U. Bloquear o aspecto inferior do feixe póstero-anterior (180 graus) abaixo do nível do topo da próstata usando um bloco”reto”. Crie uma expansão de 7mm isotrópica da CTV1 para formar um próton planejamento de volume de destino, chamado pPTV1. Use o pPTV1 para definir um volume de posicionamento ponto tal que o próton Bragg picos (também referido como “manchas” de prótons) são posicionados pelo otimizador de planejamento para cobrir o CTV1. Como no passo 2.6, crie uma expansão semelhante do volume CTV2 para formar pPTV2, mas usar a expansão de 8 mm na direção esquerda-direita e expansões de 5 mm em ambas as direções ântero-posterior e superior-inferior. Para habilitar a otimização robusta, um recurso que pode dar conta configuração incertezas, incertezas de intervalo e o enchimento de gás variável do intestino, criar dois artificiais conjuntos de dados de CT (“substituídos”): o primeiro tem todo intestino delgado, intestino grosso, e reto sobrescrito para a densidade do ar e a segunda tem esses volumes sobrescritos para a densidade do músculo. Antes da otimização, crie um novo plano de tratamento para o CTV1. Designe a máquina de tratamento de protões para ser usado para o planejamento, atribuir a dose prescrita e fracionamento de 45 Gy (RBE) em 25 frações e definir o alvo primário para ser o CTV1. Atribua 100% da dose prescrita para cobrir pelo menos 98% do volume CTV1 usando todos os 3 raios (lateral direito, esquerdo póstero-anterior e lateral). Crie outro plano de tratamento para o CTV2 com 2 conjuntos de feixe. Primeiro, atribuir 18 Gy (RBE), a ser entregue em 10 frações para o CTV2 usando o feixe lateral esquerdo e atribuir 16.2 Gy (RBE), a ser entregue em 9 frações para o CTV2 usando o feixe lateral direita. Atribua 100% da dose prescrita para cobrir 100% do volume CTV2. Prepare-se para a otimização do plano de CTV1 Atribuir a estrutura no meio da quadra como uma margem de escala para as vigas laterais e atribuir a estrutura de bloco reto como uma margem de intervalo para o feixe póstero-anterior. Inicie a otimização com configurações automática (padrão) para espaçamento de camada de energia, local espaçamento e margem de alvo. Especifica um número máximo de iterações de 40, um número máximo de otimizações antes de “filtragem de ponto” de 10 e um peso mínimo ponto de 1,5 unidades de monitor. Detectar a filtragem Remove manchas de próton com menos de 1,5 unidades de monitor, como há um limite técnico mínimo sobre o número de prótons que podem ser entregues pela máquina de tratamento. Na primeira rodada de otimização para o CTV1, designe o alvo como o pPTV1 para estabelecer a grade de posições spot de próton. Os objectivos especificados são 45,5 Gy (RBE) (peso = 100) para o pPTV1 e uma queda de dose de 45 a 0 Gy (RBE), a uma distância de 1 cm (peso = 2). Começa uma segunda rodada de otimização para CTV1, excluindo-se os objectivos de pPTV1 acima. Em seguida, retome otimização com os novos objectivos e pesos objetivos. Especifica esses parâmetros da seguinte maneira para desenvolver um plano de intensidade modulada, também conhecido como multi-campo otimização (MFO). Para o volume externo, defina uma queda de dose de 45 a 0 Gy (RBE) a uma distância de 1 cm e com um peso de 2. Para o volume de CTV1, defina uma dose mínima de 45 Gy (RBE) com um peso de 100. Para o volume de CTV1, defina uma dose uniforme de 45,5 Gy (RBE) e um peso de 100. Defina este objectivo como robusta. Para o volume de pPTV1, defina a dose máxima em 46 Gy (RBE) com um peso de 100 e defina este objectivo como robusta. Para o volume do reto, defina uma dose máxima de 45.8 Gy (RBE) com um peso de 50. Defina este objectivo como robusta. Para o volume da bexiga, defina uma dose máxima de 45.8 Gy (RBE) com um peso de 50. Defina este objectivo como robusta. Para o intestino, defina uma dose máxima de 45.8 Gy (RBE) com um peso de 50. Defina este objectivo como robusta. Para o intestino grosso, defina uma dose máxima de 45.8 Gy (RBE) com um peso de 50. Defina este objectivo como robusta. Os objetivos específicos, além de atribuir configurações de robustez para mitigar posicionais turnos de 5 mm, incerteza de intervalo de 3,5% e incorporar os dados de CT artificiais (“substituídos”) mencionados acima, a variabilidade de gás do endereço do intestino. Aplica estas definições de robustez só a esses objectivos especificados acima como “robusto”. Completar a otimização para o plano de CTV1 e revisar o plano otimizado resultante para garantir que a prescrição objetivos foram alcançados. Prepare-se para a otimização do plano de CTV2 Complete a primeira otimização para o plano de CTV2 usando o pPTV2 para conseguir uma grade de posicionamento local como o plano de CTV1. Excluir os objectivos de pPTV2 e retomar a otimização com novos objectivos (percentagens são com relação a prescrição para o CTV2). Para o plano de CTV2, otimize individualmente estes objectivos para o feixe de esquerda e direito. Isso é conhecido como otimização de campo único (OFS) e os objectivos de cada feixe são como segue. Para o volume externo, como uma queda de dose de 34,2 Gy (RBE) 0 Gy (RBE) dentro de uma distância de 5 mm e um peso de 2. Para o volume de CTV2, defina uma dose mínima de 34.37 Gy (RBE) com um peso de 120. Para o volume de CTV2, defina uma dose uniforme de 34.54 Gy (RBE) com um peso de 100. Defina este objectivo como robusta. Para o volume de pPTV2, defina uma dose máxima de 34,88 º Gy (RBE) com um peso de 100. Defina este objectivo como robusta. Use as mesmas configurações de robustez para a otimização. Complete a otimização separadamente para as vigas laterais esquerdas e direito criar 2 conjuntos de feixe de plano. Isto permitirá a entrega de radiação para CTV2 usando as vigas laterais direita ou esquerdas. Isto está em contraste com a entrega de dose de CTV1, que exige que todos os 3 feixes (RL, LL e PA) deve ser usado para cada tratamento. Rever os planos de tratamento CTV1 e CTV2 e independente, em resumo, para garantir que eles atendam às restrições de dose para irradiação de câncer de próstata, estabelecido pelo julgamento RTOG 012619. Para o volume da bexiga, certifique-se que a percentagem de tecido recebendo 80 Gy é abaixo de 15%, o percentual recebendo 75 Gy é inferior a 25%, o percentual recebendo 70 Gy é inferior a 35% e o percentual recebendo 65 Gy é inferior a 50%. Para o volume retal, certifique-se que a percentagem de tecido recebendo 75 Gy é abaixo de 15%, o percentual recebendo 70 Gy é inferior a 25%, o percentual recebendo 65 Gy é inferior a 35% e o percentual de recebimento de 60 Gy é inferior a 50%. Para o volume do bulbo do pênis, certifique-se de que a dose média é abaixo dos 52,5 Gy. Para os volumes de destino CTV1 e CTV2, certifique-se de que pelo menos 95% de ambos os volumes receber a dose prescrita. Se os planos e as distribuições de dose atender diretrizes de restrição de dose aceitos e robustez, obter a aprovação do médico e os planos de exportação para o sistema de entrega de tratamento. Medida para confirmar a exatidão da dose planejada usando matrizes de câmara de ionização, um tipo de detector de radiação. Verificar a precisão do cálculo dose usando um software de cálculo de dose secundário, independente. Rever os resultados de medição, cálculo e propriedades técnicas do plano com um físico médico para garantir o controle de qualidade. Gerar os documentos de planeamento de tratamento e aprová-las pelo planejamento dosimetrist, físico e médica. Exportar todos os dados para o sistema de entrega de tratamento para tratamento do paciente de planeamento de tratamento e pule para o passo 4.1 para entrega de terapia de protões. 3. radiação de planeamento de tratamento para dispersão passiva ou uniforme Proton terapia de digitalização: Importar dados de simulação de CT para o sistema de planeamento de tratamento de radiação. Contorne todos os volumes geométricos relevantes com base em imagens de CT adquiridas. Estas estruturas incluem a bexiga, reto, intestino grosso, intestino, cabeças femorais, superfície externa do corpo, fiducials, espaçador retal e/ou balão endorretal. Crie um contorno externo adicional. Use a ferramenta de operação booleana para incluir o corpo, a mesa de tratamento e quaisquer dispositivos de imobilização. Dose de radiação será calculado apenas dentro deste contorno. CTV1 contorno para incluir a próstata, vesículas seminais e gânglios linfáticos envolvidos. O CTV1 será prescrito 45,0 Gy (RBE). CTV2 contorno para incluir a próstata e vesículas seminais. O CTV2 será prescrito uma dose total de 34,2 Gy (RBE). Expanda CTV1 por 7 mm para criar pPTV1 e criar pPTV2 expandindo CTV2 por 7 mm em todas as direções, exceto 5mm posteriormente. Crie vigas sobre o sistema alvo, pPTV1 e pPTV2 de planeamento de tratamento. pPTV1 serão orientadas usando um feixe único 180° PA enquanto pPTV2 serão orientadas usando vigas laterais de 90° e 270°. Adicione blocos de cada feixe com uma margem uniforme de 0,5 cm para volumes de pPTV1 e pPTV2. Usando o bloco tamanho selecione a menor possível de tamanho de abertura de feixe baseado no tamanho de cada volume pPTV. A abertura do feixe é o recorte personalizado de latão que será anexado ao focinho do pórtico para bordas laterais de forma de cada feixe de prótons. Compensador de cera apropriado necessário para moldar as margens distais e proximais de cada feixe de prótons, selecionando os parâmetros adequados feixe como segue o modelo. Um valor de incerteza gama de 3,5%, mais um adicional 1-2mm de entrada. Entrada a distância apropriada do ar entre a abertura e o paciente. Suave e manchar a forma compensador para o gradiente de dose desejada. Defina o isocenters para pPTV1 e pPTV2 no mesmo local com o objetivo de minimizar o pacientes turnos necessários para entrega do feixe de prótons. Calcule a dose usando parâmetros inseridos em etapas 3.10.1-3.10.4 para o pPTV1 e o pPTV2 planos de destino. Rever os planos de tratamento pPTV1 e pPTV2 e independente, em resumo, para garantir que cumprem as restrições de dose para câncer de próstata irradiação estabelecido pelo julgamento RTOG 012619 e descrito em etapas 2.17.1-2.17.4. Se desejado, remo e alvo objectivos para a cobertura de dose não são alcançados, então ajuste parâmetros de bloco e compensador no TPS conforme mostrado nas etapas 3.8-3.10 até que os objetivos sejam alcançados. Uma vez que os objetivos sejam atingidos, obter a aprovação do médico e prossiga para o passo 3.14. Verifica a precisão do cálculo da dose no plano aprovado usando um pacote de software de cálculo de dose secundário, independente. Rever os resultados de medição, cálculo e propriedades técnicas do plano com um físico médico para garantir o controle de qualidade. Ordenar os blocos e compensadores de fornecedor apropriado. Q os blocos e compensadores recebidos do fornecedor. Gerar documentos de planeamento de tratamento e aprová-los através de assinaturas digitais pelo planejamento dosimetrist, físico e médica. Exportar todos os dados para o sistema de entrega de tratamento para tratamento do paciente de planeamento de tratamento e prossiga para o passo 4.1. 4. radiação tratamento entrega No primeiro dia de tratamento, verifique se que o plano de radiação corresponde aos parâmetros do plano no sistema de tratamento. Organize a sala de tratamento para reproduzir a paciente configuração usada durante a simulação do CT. Certifique-se de que o rótulo de coxim de imobilização coincide com o paciente ID e então lugar na tabela com indexação correta de tratamento. Coloque o apoio para a cabeça utilizado na simulação na cabeceira da mesa. Confirme com o paciente, que tenham concluído o processo de bexiga cheia e transformado em um vestido de tratamento. Acompanhar o paciente para a sala de tratamento e colocá-lo em posição supina na mesa de tratamento com as mãos no peito e pernas na almofada da imobilização. Inserir e inflar balão endorretal se usado durante a simulação. Eletronicamente, mover a tabela de tratamento da posição de carga para o isocentro para alinhar o paciente para as marcas que são colocadas durante a simulação. Ajustar a tabela para corrigir quaisquer erros grosseiros no posicionamento como arremesso, rotação do paciente e guinada. Uma vez que o paciente é devidamente alinhado com as marcas de simulação, complete as mudanças de posição inicial àqueles determinada durante o processo de planeamento de tratamento dosimetria para alinhar o paciente para o tratamento desejado isocentro. Execute KV ortogonal de imagem para garantir o alinhamento interno adequado do paciente para ossos pélvicos e marcadores fiduciais anteriormente colocados pelos urologistas no interior da próstata. Determine se ajustes posicionais são necessários com base em sobrepor as imagens adquiridas de KV nas radiografias reconstruídas digitalmente, desde a planejamento tomografia de simulação. Aplica as mudanças necessárias para garantir o alinhamento. Se KV imagens demonstram gás intestinal excessiva, pedir ao paciente para expulsar o ar enquanto estava deitado sobre a mesa de tratamento, se possível, em seguida, realinhar e refazer a imagem. Se o paciente é incapaz de liberar a mesa de tratamento, abortar o tratamento e ter o paciente ir ao banheiro. Depois o paciente retorna à casa de banho, reinicie o processo de entrega de próton de passo 4.3. Uma vez aceitável KV imagens são adquiridas e confirmou, um feixe cônico varredura de CT (TCFC) é concluído para avaliar a bexiga/enchimento retal. Aplica ajustes de posicionamento pacientes adicionais baseados na digitalização CBCT. Como com KV de correções de posicionamento baseado em imagem, as alterações feitas usando dados CBCT serão enviadas diretamente do console de imagem para a mesa de tratamento para aplicação automatizada. Verifique se todas as correcções posicionais com o médico antes de iniciar o tratamento no primeiro dia de terapia de protões. Inicie a entrega do tratamento com verificação audível entre dois terapeutas de ângulo, monitor unidades, número de pontos de verificação e camadas e posição de focinho para cada ângulo de tratamento. Esses parâmetros são exibidos no console do tratamento e nos documentos de planejamento assinados por dosimetria, física e o médico de tratamento. Após o tratamento, marque o isocentro tratamento para alinhamento diário e remover as marcas. Repita as etapas 4.2-4.9 para todas as frações do tratamento subsequente.

Representative Results

Os dados disponíveis sugerem um benefício substancial com terapia de protões para certos cânceres20,21. PT pode ser favorecida para selecionados tumores pediátricos, cancros recorrentes nas regiões anteriormente irradiados ou outros tipos de câncer onde o risco de lesões de tecido normal é alto com tratamento do fotão. Abaixo, vamos discutir a aplicação e o benefício da terapia de protões para medulloblastoma, de mama e de próstata. O nosso objectivo é fornecer aos leitores com uma melhor compreensão da aplicação da terapia de protões para tumores comuns em homens, mulheres e crianças. Nos Estados Unidos, o câncer de próstata é mais comumente diagnosticado malignidade em homens e a segunda causa mais comum de morte por câncer entre os homens. Um estimado de 164.690 novos casos vão ser diagnosticada em 2018, e mais de 29.000 homens morrerão da doença. Pacientes de câncer de próstata metastático-não são elegíveis para as opções de tratamento, incluindo a vigilância activa, prostatectomia radical, braquiterapia e radiação de feixe externo com fótons ou prótons22. Tratamento exato decisões dependendo da anatomia do paciente, comorbidades, estágio do tumor, preferência de julgamento e paciente do médico. Entrega de radiação para câncer de próstata precoce estágio é limitada à próstata. No caso de câncer de próstata risco intermediário, as vesículas seminais proximais destinam-se também. Embora parcial da próstata terapias estão sendo exploradas, terapia de toda glândula continua a ser o padrão de atendimento. Obturador, pre-sacrais, internos nós ilíacas ilíacas e externos muitas vezes são incluídos para pacientes com doença desfavorável de intermediário e de alto risco. Antes do tratamento de radiação planejamento, fiduciais marcadores podem ser colocados para permitir tratamento guiada por imagem, utilizando imagens de pré-tratamento quilovoltagem (i. e., radiografias padrão)23. Além disso, um espaçador de hidrogel também pode ser inserido antes da simulação de CT para criar uma lacuna entre o reto e a próstata para mais dose-limite para os tecidos retal24,25. Durante o planejamento do tratamento, os pacientes devem ser simulados na posição supina com a pélvis imobilizada usando um dispositivo personalizado almofada. Um balão retal pode ser colocado na simulação de CT para limitar tanto movimento da próstata e incerteza em termos de volume e densidade retal26. A bexiga confortavelmente cheia, recomenda-se limitar a dose para o intestino delgado e a porção anterior da bexiga27. Simulação de MRI também é aconselhada para permitir mais precisos alvo delimitação do volume26. Tratamentos devem ser projetados para fornecer doses de 75,6-79,2 que GY para a próstata, com doses de 45-50,4 Gy recomendado para cobertura eletiva de nodal ou vesícula seminal regiões em risco de doença microscópica espalhar9. Todas as frações são entregues uma vez por dia em 1,8 a 2 Gy por fração. Para pacientes de alto risco e intermediários recebendo um impulso de braquiterapia, a dose de radiação de feixe externo deve ser limitada a aproximadamente 45 Gy. Doses de braquiterapia de Gy 110 devem ser usados com os implantes permanentes de taxa de dose baixa I-125. Com braquiterapia de alta dose taxa entregada através de cateteres, regimes de impulso comumente usados incluem 13 a 15 Gy x 1 fração, frações de Gy x 2 8 para 11,5, frações de Gy x 3 de 5,5 a 6,5 e de frações de Gy x 4 4.0 para 6.09. Dosimetria de planejamento do tratamento é otimizado para limitar a dose para a bexiga, reto e intestino. Dosimétricas comparações entre fótons-versus próton – terapia baseada (i. e., IMRT versus técnicas IMPT) demonstraram melhoria poupadores de doses para tecidos normais com a última abordagem28. Mortalidade específica de câncer de próstata é abaixo dos 2% em 10 anos para os homens, com início de doença estágio22 independentemente do tratamento selecionado. Com dose-intensificado RT, pacientes de alto risco também mostram uma mortalidade específica de câncer de próstata de baixo de 5% aos 9 anos29. Mortalidade permanece baixa em grande parte devido à disponibilidade de terapias sistêmicas que permanecem eficazes no cenário metastático. Resultados com terapia tanto IMRT e prótons permanecem excelente30,31. O estudo de PARTIQoL (NCT01617161) é um estudo em curso entre terapia de feixe de próton (PBT) e IMRT intermediário e baixo risco de câncer de próstata que esperemos que irá determinar se uma modalidade é superior sobre o outro. Câncer de mama é o mais comumente diagnosticado malignidade em mulheres e a segunda causa mais comum de morte por câncer entre as mulheres dos EUA. Um estimado de 268.670 novos casos vão ser diagnosticada em 2018, e 41.400 mulheres morrerão da doença1. Ao contrário no cancro da próstata, onde a maioria dos pacientes receber radiação como monoterapia, pacientes de câncer de mama recebem radiação no pós-operatório para reduzir o risco de recorrência de câncer11. Dependendo da extensão da cirurgia necessária, a radiação pode ser direcionada para a restante mama após mastectomia tumor ou a parede torácica após mastectomia11,32. Linfonodos regionais nas áreas de mamárias internas, supraclavicular e axila, pode ser atingidos se eles são considerados de risco para o tumor se espalhou. Horários de tratamento para pacientes de mama normalmente implicam tratamento uma vez por dia, cinco dias por semana. Primeiros pacientes do estágio são geralmente tratados com convencionalmente fracionada (1.8-2.0 Gy/fração; 50 Gy total) ou hypofractionated (Gy/fração 2,67; 40.05-42.56 Gy total) regimes para o peito inteiro11,33. Pacientes com doença mais avançada, mas localizada são tratados com fraccionamento convencional de 50 Gy (Gy/fração 1.8-2.0) para o peito ou peito toda a parede e linfonodos regionais. Essas doses são eficazes para a doença subclínica, que pode estar presente após a cirurgia. Simulação de CT para radioterapia do câncer de mama é normalmente concluída em posição supina. Em contraste com o câncer de próstata, ambos os braços são raptados sobrecarga para permitir exposição do tecido parede ou mama no peito. Além disso, um dispositivo embalando personalizado e mama-placa são frequentemente utilizados para imobilizar o tórax em uma posição elevada para que o manúbrio é paralelo à tabela de tratamento. Isso garante que o tecido mamário não cai superiormente para a área do pescoço. Exposição à radiação para o coração durante o câncer de mama está associada com um risco aumentado de doença isquêmica futuro34. Como resultado, técnicas para minimizar as doses de coração são de suma importância. Uma abordagem é empregar a preensão da respiração profunda-inspiratória (DIBH) para aumentar o espaço intratorácicos e a distância entre o coração e a parede do tórax anterior/mama. Como o método implica, pacientes tratados com DIBH irão suspender o ciclo respiratório e receber tratamento no ponto máximo da inspiração. No entanto, nem todos os pacientes são capazes de tolerar porões de respiração de duração suficiente para permitir essa técnica. Em alguns pacientes, uma posição prona pode ser vantajosa e pode permitir que o tecido mamário para ficar longe de tecidos normais críticos, incluindo o coração,35. Uma desvantagem desta abordagem é a limitação que ele coloca sobre a capacidade de regiões-alvo vasos linfáticos. Terapia de protões pode alcançar substancial dose cardíaca poupadores sem a necessidade de DIBH e técnicas propenso36,37. Terapia do protão é empregada para pacientes de câncer de mama e tem demonstrada para ser superior às técnicas baseadas em fotões com relação dose efeitos económicas na críticas estruturas tais como os pulmões e o coração38. Um feixe de lápis único campo digitalização plano (PBS) com um deslocador de escala pode ser utilizado para administrar a radiação de prótons para a parede torácica e linfáticos regionais. Dispersão passiva abordagens também podem ser empregadas. Vários campos forem necessários a fim de tratar a parede do peito inteiro e nós regionais devido às limitações do campo, campo, combinando técnicas deve ser empregado. Uma estratégia é empregar correspondente supraclavicular e campos de parede torácica combinados com um espaço de pele de 2-4 mm abaixo da cabeça clavicular39. As fronteiras do campo são movidas a uma distância de 1 cm em pontos de tempo diferentes durante o curso de radiação para minimizar os pontos quentes e frios. Resultados clínicos com radiação do câncer de mama demonstram uma sobrevida global de 50% para início de doença de fase11 e 37% para pacientes localmente avançados de 20 anos de follow-up32. Tendo em conta o período de remissão longa, minimização do tratamento relacionados com a toxicidade é motivo de grande preocupação. Embora a terapia de protões é esperada para potencialmente diminuir os riscos de toxicidade cardíaca, esta questão está sendo examinada no julgamento em curso RADCOMP Consortium (NCT02603341), que é randomizar as mulheres com câncer de mama, a radioterapia fóton ou próton. Câncer continua a ser a segunda causa mais comum de morte em crianças com idades entre 1-14 nos Estados Unidos e só é superada por acidentes. Em 2018, 10.590 crianças vão ser diagnosticadas com câncer, e 1.180 morrerá de sua malignidade1. Entre este grupo, 250-500 pacientes irão ser diagnosticados com medulloblastoma. A média de idade ao diagnóstico de medulloblastoma é 4-6 anos. Dado o alto risco para o envolvimento do líquido cefalorraquidiano e divulgação (30-40%), após irradiação (CSI) é padrão de cuidado nestes pacientes, com cerca de 80% a sobreviver com o tratamento adequado. Medulloblastoma pacientes são estratificados em grupos de risco-padrão e de alto risco com base na sua idade, presença de anaplasia ou metástases e quantidade de tumor residual após ressecção cirúrgica. Em ambos os casos, o tratamento inclui radiação pós-operatória. RT para medulloblastoma envolve CSI inicial a uma dose de 23,4-36 Gy. Dose adicional é dada para a cama do tumor para atingir uma dose de 55,8-50,4 Gy para o tumor primário local40. Considerações sobre planejamento do tratamento incluem a limitação das doses para o tronco encefálico e medula espinhal para Gy 54 e 45 Gy, respectivamente. CSI pode ser entregue usando terapia de fótons ou próton. Simulação de CT e tratamento muitas vezes requerem anestesia para garantir que os pacientes não se mova durante tratamento41. Devido as grandes áreas alvejadas com radiação, baseada em fótons resultado de técnicas de RT em exposição de irradiação substancial às estruturas torácicas e abdominais anterior da medula espinhal, incluindo os pulmões, coração, intestino de rins e mama. Nestas regiões podem ser poupadas do excesso de radiação com prótons terapia (Figura 3)42. PT com base em CSI requer dois campos laterais ligeiramente oblíquos para irradiar a coluna cervical superior e cérebro, bem como um ou mais feixes póstero-anterior, direcionados para as regiões mais baixas da espinha cervical, torácica, lombar e sacral. Vários campos são necessários, desde que o alvo CTV para CSI inclui o espaço inteiro de líquido cerebrospinal (CSF), estendendo-se desde o vértice do cérebro para o canal medular através da cauda equina no nível da junção vertebral S2/S3 (Figura 3). O comprimento da coluna determina o número total de campos da coluna vertebral, necessário para o tratamento. A borda superior do campo da coluna vertebral superior corresponde à borda inferior dos campos cranianas. Se o campo de coluna não pode cobrir a espinha inteira, então um segundo campo na coluna corresponde à borda inferior do campo superior da coluna vertebral. Este processo pode ser repetido se um terceiro campo é necessário para pacientes mais altos. Para pacientes abaixo de 15 anos de idade, a borda anterior dos campos da coluna é estendida para incluir os corpos vertebrais inteiras para garantir uma dose homogênea ao osso necessária para evitar anormalidades de crescimento futuro do esqueleto em desenvolvimento. Para aqueles mais de 15 anos de idade, a fronteira do campo da coluna anterior é estendida 2-3 mm além do canal vertebral na coluna vertebral. Tanto a dispersão passiva e a PBS técnicas têm sido utilizadas para CSI42,43. Objetivos específicos da terapia CSI incluem a dose de radiação homogênea para o líquido cefalorraquidiano (CSF) para a extremidade inferior da tecal (S2 ou S3), dose total para a crânio anterior base e cribiforme placa, minimização da dose de estruturas ópticas, limitação da tireoide para não mais de 5% da dose de prescrição e minimização da dose para o esôfago,43. Planejamento do tratamento de dispersão passiva normalmente começa com a criação de campos cranianas. Compensadores de intervalo com edição manual muitas vezes são obrigados a criar uma distribuição homogênea de dose no cérebro, limitando-se a dose para os olhos e a cóclea. Para os campos da coluna vertebral, compensadores são engrossadas no nível de tireoide para minimizar a dose. Então, é dada especial atenção para junções de campo entre os campos cranianos e da coluna vertebral e entre vários campos da coluna quando necessário. A área de junção é definida como o comprimento de 1.25-1.5 cm, onde os campos são adjacentes. A junção é deslocada em direção a cranial ou caudal semanalmente para evitar o desenvolvimento de áreas de dose quente ou frio. Idealmente, variação de dose é mantida entre 95-108% da dose prescrição. Ponderação de campo, edições de abertura e compensador edições são empregadas para alcançar esta meta43. Pesquisadores do MD Anderson Cancer Center desenvolveram uma estratégia passo a passo para CSI planejamento42. Esta abordagem envolve o desenvolvimento de um plano de MFO para tratar os campos de coluna vertebral cranial e inferior seguidos pela criação de um plano de SFO para coluna torácica. Gradientes de dose são utilizadas em áreas de junção. O plano SFO então é copiado para o plano inicial da MFO para desenvolver um plano MFO final, composto. Junções de espinha são deslocadas de uma vez por 2 cm ao longo de um curso de 4 semanas de tratamento. Em comparação com a dispersão passiva CSI, PBS baseado CSI oferece reduções substanciais na dose de radiação para as lentes, cóclea e glândulas parótidas, mas à custa de aumento da tireoide dose42. Medulloblastoma pacientes podem esperar taxas de sobrevivência livre do evento de 60-80%, dependendo do risco estratos44. Dada a grande área de tecido irradiado com CSI e a natureza sensível de pacientes pediátricos, riscos de efeito colateral a longo prazo são consideráveis e incluem comprometimento Neurocognitivo, malignidades secundárias, disfunção na hipófise, perda auditiva, doença cardíaca , infertilidade, hipotireoidismo, vasculopatia, olhos secos, formação de catarata, perda de visão e necrose de radiação/transversa. Portanto, baseada em prótons CSI pode oferecer um benefício substancial para muitos pacientes. Figura 1: curvas de dose de profundidade para radioterapia. Distribuições de dose em função da profundidade em água, indicada para vários feixes de radiação clínico. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 2: comparação de radiação de prótons e fóton mama. Por cento de dose distribuição para um paciente com câncer de mama localmente avançado, recebendo radioterapia com IMRT (A, B) ou protões (C, D) e demonstrando redução de dose de radiação substancial para o coração e pulmões com prótons. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 3: comparação de próton e fóton após radiação. Por cento de dose distribuição para um paciente com medulloblastoma recebendo após irradiação usando um prótons (A) ou IMRT (B) e demonstra radiação substancial redução nas regiões intra torácica e abdominal de dose com prótons. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Fóton Próton Tipo de partícula Bóson de Férmion de composto Carga [C] 0 +1.602 x 10-19 Massa [kg] 0 1.672 x 10-27 Rotação 1 1/2 Energy† [MeV] 0.1 – 25 10 – 250 Fontes comuns Acelerador linear, radioisótopos de Co-60, tubo de raio x Ciclotron ou acelerador síncrotron Métodos de entrega Colimado vigas contínuas, colimadores Multileaf, modulação de intensidade, arcos Dispersão passiva, digitalização magnético † Escala da energia normalmente usada para tratar cancros humanos Tabela 1: Comparação de próton e fóton de radiação.

Discussion

Planejamento do tratamento de radiação e entrega para o câncer é um processo altamente personalizado personalizado para cada paciente individual e seu câncer particular. Tratamento de radiação moderna é uma guiada por imagem imagens baseadas em intervenção do CT obtidos durante uma radiação personalizada planejamento simulação. Imagem latente de CT é obrigatória, uma vez que contém informações anatômicas da 3-dimensional (3D) sobre a paciente, bem como precisa quantificação das densidades de tecido em diferentes locais dentro do corpo que são necessários para o cálculo da dose. Durante a imagem latente de CT, o paciente é posicionado em uma mesa motorizada. Vários dispositivos mecânicos de imobilização são normalmente empregados para restringir o movimento paciente durante a imagem latente e durante a subsequente entrega de RT. Dependendo da precisão necessária, estes variam de dispositivos simples molde tipo almofadas e malhas de plástico, que de acordo com a superfície do paciente e depois endurecem para restringir o movimento, para mais dispositivos invasivos, tais como dispositivos de crânio rígido que são perfurados no lugar. Muitas vezes, a precisão necessária do dispositivo de imobilização é ditada pela proximidade do tecido do tumor com estruturas críticas nas proximidades. Como exemplo, o dispositivo de imobilização mais invasivo, um halo de cabeça perfurado em lugar, às vezes é usado quando milímetros único precisão é necessária para tratar um tumor perto os olhos ou nervos ópticos para minimizar a possibilidade de cegueira que pode ocorrer do paciente em movimento em uma posição incorreta durante o tratamento.

Informações de imagem de CT também é usado para otimizar a anatomia interna de tecido normal. Por exemplo, a distensão da bexiga é frequentemente utilizada para minimizar a bexiga e exposição de intestino dose de irradiação da próstata como observado no protocolo acima. Da mesma forma, se o estômago está distendido notavelmente com comida durante a simulação para irradiação abdominal superior (por exemplo, gástrica, fígado, esôfago distal), então o paciente é re-simulado depois permitindo que o alimento passe através do trato intestinal e estômago . Isto irá encolher o estômago e reduzir a possibilidade de exposição a radiação durante a radioterapia de tumores abdominais superiores. Em casos onde o estômago ou bexiga se são alvos de radiação, podem ser intencionalmente distendidos ou esvaziados para otimizar a distribuição de dose.

Em alguns casos, um tumor não é adequadamente ou confiantemente visualizado no CT, mas pode ser identificado com mais precisão por uma ressonância magnética ou uma tomografia. Em tais casos, os exames de PET ou ressonância magnética são utilizados para complementar dados de CT, desde que este último ainda é necessário para o cálculo da dose. Isso é feito registrando-se as imagens de MRI e PET para imagens de CT para o planejamento de terapia. Ressonâncias frequentemente fornecerem muito maior contraste visual e maior resolução que CT, que pode ser benéfico para identificar limites finos, tecidos moles de um tumor, tais como aqueles no cérebro ou no fígado. PET oferece uma visão funcional da distribuição das moléculas de traçador radioativo marcado injetado no paciente.

Alguns tumores surgem em áreas do tórax ou abdômen, onde eles podem mover-se significativamente com a respiração. Para dar conta deste movimento garantir a precisão de radiação, um CT 4-dimensional, um tipo de imagem latente de CT “filme-mode”, pode ser usado para capturar a 3D Anatomia do paciente como ele muda ao longo do tempo durante a respiração. Para alguns destinos torácicos e abdominais, cintos de compressão ou outros meios de mitigação de movimento podem ser usados durante a terapia, para restringir o movimento e limitar a incerteza quanto ao tumor local45.

Uma vez que o paciente é simulado para tratamento, é elaborado um plano de tratamento personalizado com consideração da histologia do câncer, localização do tumor e características anatômicas, que influenciam a configuração ideal de feixes de radiação, tipos de partícula, energias, e os níveis de dose para cada paciente individual. Para cada paciente, uma série de perguntas básicas é considerada inicialmente pela equipe da clínica para desenvolver um plano de tratamento ideal. Como ponto de partida, a forma mais adequada de radiação deve ser selecionada. As opções incluem fótons, elétrons ou prótons. Isto é geralmente seguido pela seleção do feixe angle(s) para entrega de radiação. A maioria das máquinas de RT incluem um paciente robótico posicionamento tabela e um pórtico giratório que permitem RT vigas ser direcionado ao paciente por praticamente qualquer ângulo. A decisão envolve encontrar o caminho que mais efetivamente atinge o alvo com RT e melhor evita não-alvos que podem estar no caminho dos feixes selecionados. Em alguns casos, ângulos de feixe são determinados pelo sistema planejamento próprio após introduzir-se nos objectivos de radiação para tumores e tecidos normais. Este processo é denominado “planejamento inverso” e muitas vezes é feito no caso de IMRT, que envolve a modulação da intensidade de múltiplo, feixes de radiação recebida de forma tempo-dependente que fornece uma dose alvo de uniforme, mas pode levar a dose altamente não-uniforme fora do alvo. Embora ambos os fótons ou próton a terapia pode ser intensidade modulada, inversa planejamento é utilizado largamente em fótons baseado IMRT apenas. Se feixes de radiação contínua a ser usado, colimadores de metal personalizados podem ser fabricadas para coincidir com a forma do feixe de radiação com a forma do tumor.

Se a terapia do protão é seleccionada, então uma decisão posterior precisa ser feita em relação ao uso de técnicas de PBS ou dispersão passiva. No caso de PBS, uma decisão adicional é necessária em relação ao uso da MFO ou estratégias de otimização/single-campo de campo único uniforme dose (SFO/SFUD). Em tratamentos MFO, feixes múltiplos são necessários para tratar um tumor durante cada fração, já que cada feixe destina-se apenas uma parte de destino. Em contraste, para os planos de SFO, cada feixe abrange o destino inteiro. MFO é favorecido frequentemente para tumores perto de uma estrutura crítica (ex., tumor cerebral, perto do nervo óptico) onde uma variedade de ângulos feixe pode ser vantajosa para esculpir a dose de radiação. Estratégias MFO também assegurar que todas as vigas/manchas radiação não “extremidade gama” para a mesma área onde a dose pode ser inesperadamente alta devido ao efeito de pico de Bragg. Por outro lado, SFO é favorecido para alvos perto de áreas de incerteza anatómica, tais como a próstata que pode se mover devido a bexiga diferencial e enchimento retal. SFO fornece maior robustez contra alterações de dose devido a variações anatômicas.

Uma vez que a estratégia básica de planejamento está decidida, a próxima fase do plano de tratamento normalmente envolve otimização matemática dos campos de radiação. A energia, intensidade e distribuição espacial (espacialmente variando de fluxo) de radiação são parâmetros tipicamente livre em otimização. Juntamente com a representação da grande matriz 3D da anatomia do paciente pelo CT, estas variáveis livres levam a um problema muito grande tamanho e correspondente otimização de grande matrizes (por exemplo, milhares de valores de CT e milhares de feixe possível intensidades deve ser considerado). Estas matrizes são moldadas em função de um objectivo, que é uma formulação matemática do “gol de planeamento de tratamento”. Como mencionado acima, objetivos do tratamento são priorizados para atingir primeiro a dose prescrita para o alvo, e em segundo lugar alcançar tão baixo de uma dose como é possível aos tecidos normais. Para minimizar esta função objetivo, alto poder de computação é desejado rapidamente executar cálculos de transporte de RT que povoam as matrizes, e métodos de otimização numérica, como algoritmos de busca de gradiente, são usados para procurar rapidamente mínimos locais em a função. Esses mínimos correspondem aos planos de tratamento ideal para cada paciente exclusivo. O papel dos computadores no planejamento do tratamento não pode ser exagerado. Modernos de radioterapia e radiodiagnóstico não seria possíveis sem os avanços do computador das últimas três décadas.

Como uma etapa final, o plano de tratamento otimizado é revisto pela equipe médica (médico, dosimetrist e físico). Em muitos casos, o plano pode ser adaptado mais ou re-otimizado com objectivos diferentes para melhorar a qualidade global. Uma vez que o plano é encontrado para ser o ideal, os parâmetros técnicos do plano são revistos por um físico e transferidos para a máquina de entrega de tratamento.

Em muitos casos, o paciente retorna para várias fracções de tratamento (sessões), muitas vezes cada dia da semana por várias semanas. Fracionamento de multi-dia pode intensificar os efeitos secundários agudos induzida por radiação, mas pode reduzir o potencial de tarde, mais graves efeitos colaterais de RT comparados com single-fração tratamento12. Fração de múltiplas abordagens são ideais para os tumores que se dividem rapidamente ou incapaz de reparar danos subletais de RT No entanto, isso depende o local exato do tratamento e a sensibilidade dos tecidos normais nas proximidades. Desde que o objetivo da entrega do tratamento de radiação é administrar o mesmo tratamento durante cada fração, mesmo alguns milímetros de movimento ou a incerteza na posição de paciente podem conduzir à degradação do plano de tratamento de terapia de partículas. Por esta razão, orientação de imagem on-board, os sistemas são de suma importância durante multifraction geradores de imagens de raio-x do RT., cone feixe CT scans ou geradores de superfície ópticas, varredura a laser estão disponíveis para esta finalidade. Estes dispositivos permitem a radioterapia guiada por imagem (IGRT) através da imagem latente de pontos anatômicos, alvos de tumor ou substituto radiopacos fiducial marcadores. As imagens IGRT são comparadas com os exames de simulação original e ajustadas conforme necessário antes de cada fração de radiação.

Apesar da vantagem do intervalo finito de terapia de protões, que limita a dose de saída, a precisão da previsão de alcance normalmente visto no planejamento do tratamento é da ordem de alguns milímetros. A perda de energia exata em diferentes tecidos doentes é incerta, em primeiro lugar, uma vez que os componentes moleculares exatos do tecido são ambíguos, e, em segundo lugar, desde a anatomia do paciente muda ao longo do tempo, ambos sobre curtas escalas de tempo (por exemplo, respiração) e escalas de tempo mais longos (por exemplo, perda de peso, retracção do tumor, alterações da anatomia normal). Para lidar com esta incerteza, uma “margem distal” é adicionada ao volume de destino que é uma margem adicional de tecido normal apenas para além da profundidade máxima do tumor. Tal uma margem garante que mesmo com as incertezas na previsão de intervalo, a profundidade de todo o tumor será tratada com confiança elevada. Infelizmente, a margem de tecido normal em consequência pode ser exposta para a dose total do RT, que potencialmente pode levar a efeitos colaterais de RT significativos em que o tecido. Em contraste, como fótons não parar mas prefiro sair do alvo, sem tal margem distal é necessária para compensar a incerteza de intervalo. Uma margem geométrica ainda é usada em terapia de fóton de incertezas posicional de endereço de destino, mas os fótons são muito menos sensíveis que prótons ao status preciso dos tecidos doentes contra a corrente do destino. Portanto, a margem necessária às vezes pode ser menor para fótons que prótons. Isso pode ser entendido por considerar que os prótons sofrem perda contínua de energia nos tecidos que afetam grandemente a posição do seu alcance, Considerando que os fótons são descarregados e viajarem livremente no espaço vazio entre os átomos e seus orbitais, exceto raros colisões com os elétrons ou núcleos. Diferenças de grande densidade no tecido, por exemplo., objectos metálicos ou cavidades de ar, no entanto, ainda influenciam a dose de fóton, bem como a dose de prótons, mas a uma menor magnitude.

Uma incerteza final e importante refere-se a eficácia de radiobiological (RBE) das diferentes formas de radiação. A RBE é a proporção de doses, de um tipo de radiação de referência e um tipo de radiação de teste, sob a condição de que ambos os tipos de radiação produzem o mesmo efeito biológico. Quanto maior a RBE, mais prejudiciais da radiação por unidade de deposição de energia no tecido. O rácio de RBE é definido em referência à radiação de fótons. Apesar desta descrição simples, há realmente grande incerteza sobre os valores de RBE para partículas carregadas, ao contrário de fótons. Diferenças nas distribuições espaciais dose entre fótons e partículas carregadas em escala micrométrica e nanômetros levam a diferenças no efeito biológico, mesmo quando as doses macroscópicas são idênticas. Isso pode ser entendido, analisando os padrões espaciais de dano do ADN após exposição a partículas carregadas em diferentes doses e diferentes energias cinéticas. Diferentes energias cinéticas e diferentes cargas de prótons (+ 1) e íons de carbono + (6) levam para as diferenças na transferência de energia em diferentes profundidades no paciente, Considerando que para os fótons, a transferência de energia é comparativamente inferior e também mais homogênea em toda a o paciente. Embora teoricamente compreendido, há debate significativo na Comunidade de Oncologia de radiação sobre a capacidade de prever com precisão tais efeitos biológicos. Para terapia de íons de carbono, há uma falta de consenso sobre a melhor forma para modelar esses efeitos biológicos, embora não haja acordo que tais efeitos devem ser modelados para fornecer a terapia. Para prótons, centros clínicos mais plano atualmente terapia sem modelagem explícita dos efeitos de RBE, exceto usando um fator de correção constante de 1.1, mas isto é provável mudar no futuro próximo como novos sistemas de planeamento de tratamento comercial estão começando a incluem biológico modelagem ferramentas de software para modelar a RBE de terapia de protões.

Com a realização de ensaios clínicos randomizados, incluindo RADCOMP, PARTIQoL e RTOG 1308, deveremos ter respostas mais concretas sobre quais formas de radiação podem ser superiores para mama, próstata e câncer de pulmão, respectivamente. Estudos semelhantes são planejados para outros sites de doença que podem ajudar a identificar melhor a melhor modalidade de tratamento para esses tipos de tumor. No entanto, já há dados suficientes para sugerir a superioridade de prótons em determinadas configurações, particularmente na população pediátrica, onde poupando o tecido normal substancial pode extremamente reduzir morbidade de toxicidade, incluindo secundário neoplasias malignas.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

S.R. reconhece a concessão de financiamento do programa de reembolso do empréstimo de NIH. A.H. recebeu financiamento da Bayer, Clóvis, constelação, Agensys, Sotio, Cerulean e Calithera.

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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