Ключевые слова: лучевая терапия; протонная терапия; радиохромные пленки; математическое моделирование; TOPAS MC.
- Аннотация
- Список литературы
- Как цитировать в References
В качестве новой стратегии снижения вероятности возникновения побочных эффектов лучевой терапии на комплексе протонной терапии (КПТ) «Прометеус» рассматривается возможность применения пространственного фракционирования пучков протонов. За счет коллимации пучков до субмиллиметрового размера профиль дозы на поверхности тела представляет собой чередование областей высокой и низкой дозы. Это способствует сохранению нормальных тканей на пути пучка посредством реализации различных биологических механизмов.
Цель исследования — реализация мини-пучков протонов на КПТ «Прометеус» и экспериментальная оценка качества полученного дозового распределения.
Материалы и методы. Коллимация исходного пучка выполнена посредством латунных многощелевых коллиматоров. Проведено математическое моделирование эксперимента и облучение фантома с одного и двух противоположных направлений. Для эффективного суммирования двух полей и получения однородного распределения в мишени выполнена модуляция интенсивности и энергии входящих в коллиматор пучков протонов. Для снижения погрешности, вызванной смещением коллиматора относительно оси пучка, разработана система обеспечения качества позиционирования коллиматора на предметном столе. Под контролем сцинтилляционного детектора и лазерного позиционера точность размещения составила не менее 0,2°. В качестве дозиметра использовали радиохромные пленки GafChromic EBT3 (Ashland, США).
Результаты. При сравнении расчетных и экспериментальных данных 90% точек распределения соответствовали математической модели по критерию γ (3%/3 мм). Было оценено качество поля, сформированного мини-пучками, по следующим параметрам: отношение минимальной дозы к максимальной; пропускная способность коллиматора; отношение дозы без коллиматора к дозе с коллиматором; индекс гомогенности дозового покрытия в мишени. Полученные результаты соответствуют критериям обеспечения гарантий качества стандартной лучевой терапии.
Заключение. На КПТ «Прометеус» возможно облучение мини-пучками протонов с использованием латунных коллиматоров. Экспериментально получено однородное дозовое распределение в зоне интереса. Равномерность покрытия, отсутствие локальных превышений дозы и высокий градиент дозы в дистальном крае позволяют говорить о возможности реализации описанного способа облучения на биологических объектах.
1. Prezado Y., Fois G.R. Proton-minibeam radiation therapy: a proof of concept. Med Phys 2013; 40(3): 031712, https://doi.org/10.1118/1.4791648.
2. Dilmanian F.A., Qu Y., Feinendegen L.E., Peña L.A., Bacarian T., Henn F.A., Kalef-Ezra J., Liu S., Zhong Z., McDonald J.W. Tissue-sparing effect of X-ray microplanar beams particularly in the CNS: is a bystander effect involved? Exp Hematol 2007; 35(4 Suppl 1): 69–77, https://doi.org/10.1016/j.exphem.2007.01.014.
3. Sammer M., Teiluf K., Girst S., Greubel C., Reindl J., Ilicic K., Walsh D.W.M., Aichler M., Walch A., Combs S.E., Wilkens J.J., Dollinger G., Schmid T.E. Beam size limit for pencil minibeam radiotherapy determined from side effects in an in-vivo mouse ear model. PLoS One 2019; 14(9): e0221454, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0221454.
4. Sammer M., Zahnbrecher E., Dobiasch S., Girst S., Greubel C., Ilicic K., Reindl J., Schwarz B., Siebenwirth C., Walsh D.W.M., Combs S.E., Dollinger G., Schmid T.E. Proton pencil minibeam irradiation of an in-vivo mouse ear model spares healthy tissue dependent on beam size. PLoS One 2019; 14(11): e0224873, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0224873.
5. Prezado Y., Jouvion G., Hardy D., Patriarca A., Nauraye C., Bergs J., González W., Guardiola C., Juchaux M., Labiod D., Dendale R., Jourdain L., Sebrie C., Pouzoulet F. Proton minibeam radiation therapy spares normal rat brain: long-term clinical, radiological and histopathological analysis. Sci Rep 2017; 7(1): 14403, https://doi.org/10.1038/s41598-017-14786-y.
6. Sammer M., Rousseti A., Girst S., Reindl J., Dollinger G. Longitudinally heterogeneous tumor dose optimizes proton broadbeam, interlaced minibeam, and FLASH therapy. Cancers (Basel) 2022; 14(20): 5162, https://doi.org/10.3390/cancers14205162.
7. De Marzi L., Patriarca A., Nauraye C., Hierso E., Dendale R., Guardiola C., Prezado Y. Implementation of planar proton minibeam radiation therapy using a pencil beam scanning system: a proof of concept study. Med Phys 2018; 45(11): 5305–5316, https://doi.org/10.1002/mp.13209.
8. Schneider T., De Marzi L., Patriarca A., Prezado Y. Advancing proton minibeam radiation therapy: magnetically focussed proton minibeams at a clinical centre. Sci Rep 2020; 10(1): 1384, https://doi.org/10.1038/s41598-020-58052-0.
9. Sotiropoulos M., Prezado Y. A scanning dynamic collimator for spot-scanning proton minibeam production. Sci Rep 2021; 11(1): 18321, https://doi.org/10.1038/s41598-021-97941-w.
10. Reaz F., Sitarz M.K., Traneus E., Bassler N. Parameters for proton minibeam radiotherapy using a clinical scanning beam system. Acta Oncol 2023; 62(11): 1561–1565, https://doi.org/10.1080/0284186X.2023.2266125.
11. Merzlikin G.V., Skotnikova N.A., Adarova A.I., Chernukha A.E., Solovev A.N., Ivanov S.A., Koryakin S.N., Kanavin A.P., Saburov V.O. Verification of angular properties of a divergent pencil beam of the Prometheus therapeutic facility. Bulletin of the Lebedev Physics Institute 2024; 51(11): 450–457, https://doi.org/10.3103/s1068335624601274.
12. Kataria T., Sharma K., Subramani V., Karrthick K.P., Bisht S.S. Homogeneity index: an objective tool for assessment of conformal radiation treatments. J Med Phys 2012; 37(4): 207–213, https://doi.org/10.4103/0971-6203.103606.
13. Grégoire V., Mackie T.R. State of the art on dose prescription, reporting and recording in intensity-modulated radiation therapy (ICRU report No.83). Cancer Radiother 2011; 15(6–7): 555–559, https://doi.org/10.1016/j.canrad.2011.04.003.
14. Pryanichnikov A., Sokunov V.V., Shemyakov A.E. Some results of the clinical use of the proton therapy complex “Prometheus”. Phys Part Nuclei Lett 2018; 15(7): 981–985, https://doi.org/10.1134/S1547477118070592.
15. Голованова О.Ю., Мерзликин Г.В., Сабуров В.О., Корякин С.Н. Оценка возможности применения продольно-гетерогенного облучения мини-пучками протонов. В кн.: Перспективные направления в онкологии, радиологии и радиобиологии: материалы IX конференции молодых ученых, посвященной памяти академика А.Ф. Цыба. Обнинск; 2023; с. 50.
16. Kotb O.M., Solovev A.N., Saburov V.O., Potetnya V.I., Koryakina E.V., Adarova A.I., Lepilina O.G., Koryakin S.N., Ivanov S.A., Kaprin A.D. Response of the FBX aqueous chemical dosimeter to high energy proton and electron beams used for radiotherapy research. Radiation Physics and Chemistry 2024; 216: 111451, https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2023.111451.
17. Perl J., Shin J., Schumann J., Faddegon B., Paganetti H. TOPAS: an innovative proton Monte Carlo platform for research and clinical applications. Med Phys 2012; 39(11): 6818–6837, https://doi.org/10.1118/1.4758060.
18. Niroomand-Rad A., Chiu-Tsao S.T., Grams M.P., Lewis D.F., Soares C.G., Van Battum L.J., Das I.J., Trichter S., Kissick M.W., Massillon-Jl G., Alvarez P.E., Chan M.F. Report of AAPM Task Group 235 Radiochromic Film Dosimetry: an update to TG-55. Med Phys 2020; 47(12): 5986–6025, https://doi.org/10.1002/mp.14497.
19. Palmans H., Andreo P., Huq M.S., Seuntjens J., Christaki K.E., Meghzifene A. Dosimetry of small static fields used in external photon beam radiotherapy: summary of TRS-483, the IAEA-AAPM international code of practice for reference and relative dose determination. Med Phys 2018; 45(11): e1123–e1145, https://doi.org/10.1002/mp.13208.
20. Grilj V., Brenner D.J. LET dependent response of GafChromic films investigated with MeV ion beams. Phys Med Biol 2018; 63(24): 245021, https://doi.org/10.1088/1361-6560/aaf34a.
21. Mynampati D.K., Yaparpalvi R., Hong L., Kuo H.C., Mah D. Application of AAPM TG 119 to volumetric arc therapy (VMAT). J Appl Clin Med Phys 2012; 13(5): 3382, https://doi.org/10.1120/jacmp.v13i5.3382.
22. Reaz F., Traneus E., Bassler N. Commissioning of a multislit collimator system for experimental pMBRT studies with uniform target dose. Phys Med Biol 2025; 70(13): 10.1088/1361-6560/ade04b, https://doi.org/10.1088/1361-6560/ade04b.