Name: proton therapy delivery and its clinical application in select solid tumor malignancies
Uploaded: 2019-02-06T12:30:00
Duration: 8 min 34 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Proton Therapy Delivery and Its Clinical Application in Select Solid Tumor Malignancies at JoVE.com

S.R. erkent subsidiefinanciering uit het NIH programma voor de terugbetaling van de lening. A.H. heeft financiering ontvangen van Bayer, Clovis, sterrenbeeld, Agensys, Sotio, Cerulean en Calithera.

A.H. heeft honoraria van Astrazeneca Bayer en Novartis. A.H. heeft geraadpleegd met Astrazeneca, Bristol-Myers Squibb en Bayer en was een spreker voor de Stichting van Frankrijk.

Straling behandeling planning en levering voor kanker is een sterk aangepaste proces afgestemd op elke individuele patiënt en zijn/haar bijzondere kanker. Moderne bestraling is een beeld-geleide interventie gebaseerde CT-beelden verkregen tijdens een aangepaste straling planning simulatie. CT beeldvorming is verplicht, omdat het 3-dimensionale (3D) anatomische informatie bevat over de patiënt, evenals precieze kwantificering van de dichtheid van het weefsel op verschillende locaties in het lichaam die nodig voor de berekening van de dosis zijn. Tijdens de CT beeldvorming, wordt de patiënt aan een gemotoriseerde tabel geplaatst. Verschillende mechanische immobilisatie apparaten worden meestal gebruikt patiënt verkeer beperken tijdens imaging en tijdens de daaropvolgende RT levering. Afhankelijk van de vereiste nauwkeurigheid, deze apparaten kunnen variëren van eenvoudige schimmel-type kussens en kunststof mazen, die voldoen aan de patiënt oppervlakte en vervolgens harden te beperken van beweging, om meer invasieve hulpmiddelen zoals rigide schedel-apparaten die worden geboord in plaats. De vereiste nauwkeurigheid van de immobilisatie-apparaat is vaak ingegeven door de nabijheid van de tumor weefsel naar nabijgelegen kritische structuren. Als voorbeeld, de meest invasieve immobilisatie apparaat, een hoofd halo geboord in plaats, wordt soms gebruikt als één millimeter precisie is nodig voor de behandeling van een tumor in de buurt van de ogen of de optische zenuwen om te minimaliseren van de kans op blindheid die zich kan voordoen tussen de patiënt gaat in een verkeerde positie tijdens de behandeling.
CT beeldvorming van informatie wordt ook gebruikt voor het optimaliseren van interne normale weefsel anatomie. Blaas distentie wordt bijvoorbeeld vaak gebruikt om te minimaliseren van blaas en kleine darm dosis blootstelling van bestraling van de prostaat, zoals in het bovenstaande protocol. Op dezelfde manier als de maag is het met name opgezwollen met voedsel tijdens simulatie voor de bovenste buikspieren bestraling (bijvoorbeeld maag, lever, distale slokdarm), is de patiënt opnieuw gesimuleerde na waardoor het voedsel naar de maag en darmkanaal passeren . Dit zal de maag verkleinen en verminderen de kans op blootstelling aan straling tijdens de radiotherapie van bovenste abdominale tumoren. In gevallen waar de maag of de blaas zelf zijn straling doelstellingen, kan worden opzettelijk opgezwollen of voor het optimaliseren van de dosisverdeling geleegd.
In sommige gevallen een tumor is niet voldoende of op een betrouwbare manier gevisualiseerd op CT maar nauwkeuriger kan worden geïdentificeerd door een MRI of een PET-scan. In dergelijke gevallen zijn de PET of MRI scans gebruikt als aanvulling op CT gegevens sinds de laatste nog steeds vereist voor de berekening van de dosis is. Dit wordt bereikt door het registreren van de MRI en huisdier afbeeldingen tot CT afbeeldingen voor de planning van de therapie. MRI-scans bieden vaak veel meer visueel contrast en een hogere resolutie dan CT, die gunstig zijn wellicht voor het identificeren van de grenzen van de dunne, zachte-weefsel van een tumor zoals die in de hersenen of de lever. PET biedt een functionele weergave van de verdeling van de tracer radioactief gelabelde moleculen geïnjecteerd in de patiënt.
Sommige tumoren ontstaan in de gebieden van de thorax of abdomen waar zij aanzienlijk met ademhaling circuleren kunnen. Om de rekening voor deze motie om straling nauwkeurigheid te garanderen, kan een 4-dimensionale CT, een soort "movie-mode" CT beeldvorming, worden gebruikt om vast te leggen van de 3D patiënt anatomie zoals na verloop van tijd tijdens de ademhaling verandert. Voor sommige doelen van borst- en buikholte, mogen compressie riemen of andere vormen van beweging mitigatie worden gebruikt tijdens therapie te beperken beweging en onzekerheid over de tumor locatie45beperken.
Zodra de patiënt wordt gesimuleerd voor behandeling, is een gepersonaliseerde behandelplan ontwikkeld met de behandeling van de kanker histologie, locatie van de tumor en anatomische kenmerken, die invloed hebben op de optimale configuratie van straling balken, partikeltypen, energieën, en dosisniveaus voor elke individuele patiënt. Voor elke patiënt, zijn een aantal basisvragen aanvankelijk overwogen door het klinische team om een optimale behandelingsplan te ontwikkelen. Als uitgangspunt, moet de meest geschikte vorm van straling worden geselecteerd. Opties omvatten fotonen, elektronen en protonen. Dit wordt meestal gevolgd door de selectie van beam angle(s) voor levering van straling. Meeste RT machines omvatten een robotachtige patiënt positionering van de tabel en een roterende gantry waarmee RT balken worden omgeleid naar de patiënt door vrijwel elke hoek. Het besluit betreft het vinden van het pad dat zo effectief mogelijk het doelwit met RT stakingen en best vermijdt niet-doelstellingen die opgenomen in het pad van de geselecteerde balken zijn. In sommige gevallen worden lichtbundel hoeken bepaald door het planningssysteem zelf na het invoeren in de doelstellingen van de straling voor tumoren en normale weefsels. Dit proces heet "omgekeerde planning" en wordt vaak gedaan in het geval van IMRT, waarbij het moduleren van de intensiteit van meerdere, inkomende straling balken in een tijd-afhankelijke manier die biedt een uniforme doel dosis maar kan leiden tot zeer niet-uniforme dosis buiten de doelstelling. Hoewel zowel foton of proton therapie mogelijk intensiteit gemoduleerde, omgekeerde planning wordt gebruikt grotendeels in foton gebaseerd IMRT uitsluitend. Als solide straling balken worden gebruikt moeten, kunnen aangepaste metalen collimator zodat deze overeenkomen met de vorm van een bundel van straling met de vorm van de tumor worden vervaardigd.
Als proton therapie is ingeschakeld, moet een beslissing worden gemaakt met betrekking tot het gebruik van passieve scatter of PBS technieken. In het geval van PBS is een aanvullende beslissing vereist met betrekking tot het gebruik van MFO of enkelvoudige optimalisatie/enkelvoudige uniforme dosis (SFO/SFUD) strategieën. In MFO behandelingen zijn meerdere balken verplicht om een tumor tijdens elke breuk worden behandeld, aangezien elke boom alleen richt zich op een deel van de doelgroep. Daarentegen voor SFO plannen, elke bundel heeft betrekking op de hele doelgroep. MFO is vaak favoriet voor tumoren in de buurt van een kritische structuur (bijv., hersentumor in de buurt van de oogzenuw) waar een scala aan lichtbundel hoeken kan zijn om te beeldhouwen stralingsdosis. MFO strategieën ook zorgen dat alle straling balken/vlekken niet "bereik" in het zelfde gebied waar de dosis onverwacht hoge als gevolg van de Bragg piek-effect zou kunnen zijn. Aan de andere kant, is SFO favoriet voor doelen in de buurt van gebieden van anatomische onzekerheid, zoals de prostaat die als gevolg van differentiële blaas en rectale vullen bewegen kan. SFO biedt verbeterde robuustheid tegen dosis veranderingen als gevolg van anatomische afwijkingen.
Zodra de basisstrategie van de planning, wordt besloten impliceert de volgende fase van de planning van de behandeling typisch wiskundige optimalisatie van de straling velden. De energie-intensiteit en de ruimtelijke spreiding (ruimtelijk variërend flux) van de inkomende straling zijn meestal gratis parameters in optimalisatie. Samen met de grote 3D matrix vertegenwoordiging van de patiënt anatomie door CT leiden deze vrije variabelen tot een zeer groot probleem grootte en bijbehorende grote optimalisatie matrices (bijvoorbeeldCT waarden duizenden en duizenden mogelijke lichtbundel intensiteiten moeten worden beschouwd). Deze matrices zijn ingelijst in een functie van de doelstelling, die is een wiskundige formulering van de "doel van de behandeling van plan". Zoals hierboven vermeld, behandeling doelstellingen hebben prioriteit om het eerst de voorgeschreven dosering naar het doel te bereiken, en ten tweede om zo laag van een dosis als is mogelijk om de normale weefsels. Om te minimaliseren van de functie van deze doelstelling, hoge rekenkracht is gewenst snel berekeningen RT vervoer die de matrices bevolken, en numerieke optimalisatie methoden, zoals verloop-zoektocht algoritmen, worden gebruikt voor het snel zoeken naar lokale minima in de functie. Deze minima komen overeen met de optimale behandeling plannen voor elke unieke patiënt. De rol van computers bij de planning van de behandeling kan niet worden overschat. Moderne bestraling en radiodiagnostiek zou niet mogelijk zijn zonder de computer ontwikkelingen van de afgelopen drie decennia.
Als laatste fase, wordt de geoptimaliseerde behandelplan gecontroleerd door het medische team (arts, dosimetrist en natuurkundige). In veel gevallen, kan het plan worden aangepast verder of opnieuw geoptimaliseerd met uiteenlopende doelstellingen ter verbetering van de algehele kwaliteit. Zodra het plan is vastgesteld dat optimale, worden de technische parameters van het plan beoordeeld door een natuurkundige en overgedragen aan de behandeling levering machine.
In veel gevallen retourneert de patiënt voor meerdere behandeling breuken (sessies), vaak elke weekdag voor enkele weken. Meerdaags fractionering kan intensifiëren acute straling veroorzaakte bijwerkingen maar potentieel laat, meer ernstige bijwerkingen van RT in vergelijking met single-fractie behandeling12kan verminderen. Multi fractie benaderingen zijn optimaal voor tumoren die snel delen of onbekwaam subletale om schade te herstellen van RT. Echter hangt dit af van de plaats van de precieze behandeling en de gevoeligheid van de nabijgelegen normale weefsels. Aangezien het doel van straling behandeling levering is voor het beheer van de dezelfde behandeling tijdens elke breuk, kunnen zelfs een paar millimeter van beweging of onzekerheid in het standpunt van de patiënt leiden tot de afbraak van het deeltje therapie behandelingsplan. Om deze reden aan boord afbeelding begeleiding systemen zijn van het allergrootste belang tijdens multifraction RT. X-ray imagers, cone beam CT scans of optische, laser-scanning oppervlakte imagers zijn beschikbaar voor dit doel. Deze apparaten mogelijk beeld-geleide radiotherapie (IGRT) via de beeldvorming van anatomische monumenten, tumor doelen of surrogaat radio-dekkend fiducial markeringen. De beelden van de IGRT zijn in vergelijking met de oorspronkelijke scans van de simulatie en aangepast zo nodig vóór elke fractie van straling.
Ondanks het voordeel van de eindige reeks van proton therapy, waardoor de afrit dosis wordt beperkt, is de precisie van bereik voorspelling meestal gezien bij de planning van de behandeling over de volgorde van een paar millimeter. De exacte energieverlies in verschillende weefsels en patiënt is onzeker, ten eerste, aangezien de exacte moleculaire componenten van het weefsel dubbelzinnig zijn, en, ten tweede, aangezien de patiënt anatomie na verloop van tijd verandert, zowel over tijdschalen (b.v. ademhaling korte) en langere termijnen (bijvoorbeeldgewichtsverlies, tumor krimp, normale anatomie wijzigingen). Om aan deze onzekerheid, wordt een "distale marge" toegevoegd aan het doelvolume thats een bijkomende marge normaal weefsel net voorbij de maximale tumor diepte. Een dergelijke marge zorgt ervoor dat zelfs met de onzekerheid in de voorspelling van het bereik, de diepte van de hele tumor wordt behandeld met het hoge vertrouwen. Helaas, de marge normaal weefsel kan dientengevolge worden blootgesteld aan de volledige RT dosis, die tot significante bijwerkingen van de RT in dat weefsel leiden kan. Daarentegen als fotonen niet stoppen maar eerder het doel verlaten, is geen dergelijke distale marge nodig om te compenseren bereik onzekerheid. Een geometrische marge wordt nog steeds gebruikt in foton therapie adres positionele onzekerheid van het doel, maar de fotonen zijn veel minder gevoelig dan protonen voor de precieze status van geduldige weefsels stroomopwaarts van het doel. De vereiste marge kan soms dus kleiner voor fotonen dan protonen. Dit kan worden begrepen door te overwegen dat protonen ondergaan continu energieverlies in weefsels die grote invloed hebben op de positie van hun verspreidingsgebied, overwegende dat fotonen ongeladen en vrij in de lege ruimte tussen atomen en hun orbitalen, met uitzondering van zeldzame reizen botsingen met elektronen of kernen. Grote dichtheid verschillen in weefsel, bijv., metalen objecten of lucht Holten, echter nog steeds invloed hebben op foton dosis evenals proton dosis, maar een lagere magnitude.
Een laatste en belangrijke onzekerheid heeft betrekking op de stralingsbiologische effectiviteit (RBE) van verschillende vormen van straling. De RBE is de verhouding van de doses, van een type verwijzing straling en een test straling type, onder de voorwaarde dat beide soorten straling hetzelfde biologische effect produceren. Hoe hoger de RBE, hoe meer de straling per eenheid van energie afzetting in weefsel te beschadigen. De RBE coëfficiënt wordt gedefinieerd met betrekking tot foton straling. Ondanks deze duidelijke beschrijving is er eigenlijk grote onzekerheid met betrekking tot de RBE waarden voor geladen deeltjes in tegenstelling tot fotonen. Verschillen in de ruimtelijke dosis distributies fotonen en geladen deeltjes op de schaal micrometer en nanometer leiden tot verschillen in biologische effect, zelfs wanneer de macroscopische doses identiek zijn. Dit kan worden begrepen door het onderzoek van de ruimtelijke patronen van DNA-beschadiging na blootstelling aan geladen deeltjes op verschillende doses en verschillende kinetische energie. Verschillende kinetische energie en verschillende tarieven van protonen (+ 1) en koolstof ionen (+ 6) leiden tot de verschillen in de energie-overdracht op verschillende diepten in de patiënt, terwijl voor fotonen, de energieoverdracht relatief lager en ook meer homogeen in de gehele is de patiënt. Terwijl theoretisch begrepen, is er belangrijke debat in de Gemeenschap van de oncologie straling over het vermogen om nauwkeurig te voorspellen dergelijke biologische effecten. Voor ion koolstoftherapie is er een gebrek aan consensus over de beste manier om deze biologische effecten, model al heerst de opvatting dat dergelijke effecten om therapie moeten worden gemodelleerd. Voor protonen, meest klinische centra momenteel van plan therapie zonder expliciete modellering van RBE effecten, met uitzondering van met behulp van een constante correctiefactor van 1.1, maar dit zal waarschijnlijk veranderen in de nabije toekomst als nieuwe commerciële behandeling planningssystemen te beginnen biologische omvatten modeling softwaretools om het model van de RBE van proton therapy.
Met de voltooiing van gerandomiseerde trials, met inbegrip van RADCOMP, PARTIQoL en RTOG 1308, moeten we meer concrete antwoorden welke vormen van straling mogelijk superieur voor borst-, prostaat- en longkanker, respectievelijk. Soortgelijke studies zijn gepland voor andere ziekte-sites die u helpen kunnen om beter het identificeren van de beste behandeling modaliteit voor het typen van deze tumor. Er is echter al voldoende gegevens om te suggereren de superioriteit van protonen in bepaalde instellingen, met name bij de pediatrische populatie, waar aanzienlijke normale weefsel sparen sterk morbiditeit van toxicities verminderen kan, met inbegrip van secundaire maligniteiten.

Geschat wordt dat 1,7 miljoen mensen in de Verenigde Staten zal worden gediagnosticeerd met kanker in 2018, met meer dan 600.000 bezwijken aan de ziekte1. Huidige behandelingsopties betrekken mono - of multi - modality therapie met chirurgie, radiotherapie (RT) en systemische behandelingen. Met betrekking tot RT, zal een kwart van de nieuw gediagnosticeerde patiënten ontvangen als onderdeel van hun initiële kankertherapie en bijna de helft het uiteindelijk tijdens hun ziekte cursus2,3 vergt.
De komst van RT dateert uit 1895 toen William Conrad Röntgen X-ray ontdekt tijdens het werken met een kathodestraalbuis in zijn laboratorium aan de Universiteit van Würzberg in Duitsland4. Niet lang na ontvingen de patiënten met breed opgezette ziektes, zoals lupus en kanker behandelingen met behulp van radium stralen. Vroege complicaties werden snel gerealiseerd en zelfs door Pierre Curie in zijn Nobelprijs lezing5werden besproken. Aangezien straling zowel de normale als de tumor weefsels beïnvloedt, moeten zorgvuldig gecontroleerde doses van straling worden gebruikt om het maximaliseren van de therapeutische ratio, gedefinieerd als de kans op controle van de tumor ten opzichte van de waarschijnlijkheid van onaanvaardbare toxiciteit. Met de geleidelijke vooruitgang in technologie, evenals een beter begrip van de radiobiologie en natuurkunde, heeft deze therapeutische ratio aanzienlijk verbeterd met de tijd. Het gebruik van RT is aanzienlijk verbeterd resultaten voor verschillende vormen van kanker, zoals blijkt uit de opname ervan in de nationale richtsnoeren voor kanker therapie6,7,8,9. In sommige gevallen kan RT worden gebruikt als de enige modaliteit voor therapie10, terwijl in andere ziekten, het kan worden gebruikt als onderdeel van multimodaliteit therapie voor lokale ziektepreventie en-bestrijding of de uitroeiing van microscopische ziekte11. Hoewel vaak gebruikt met een curatieve intentie, zijn veel RT patiënten behandeld voor palliatie van pijn of andere symptomen die de ontwikkeling van tumor-geïnduceerde compressie, invasie, of vernietiging van normale weefsels in de omgeving van loco-regionale of wijdverspreide, gemetastaseerde ziekte.
De fundamentele principes achter RT zijn eenvoudig. Met de toepassing van straling, wordt energie gestort in cellen via de ionisatie van atomen. Deze energie, produceert hoewel het de temperatuur van een bestraalde gebied door slechts een paar microkelvin verhogen kan, vrije radicalen die rechtstreeks schade blootgesteld cellen door middel van DNA schade12,13 kunnen. Veel van ons begrip van hoog-energetische deeltjes straling en zijn interactie met de zaak komt uit theoretische en experimentele studies van kosmische straling en hun interacties in de bovenste atmosfeer in de vroege 20th century14uitgevoerd. Hoog-energetische geladen deeltjes van het (MeV te GeV) interageren met materie hoofdzakelijk via de elektromagnetische kracht: als deze deeltjes stof of weefsel passeren, inelastische botsingen met orbitaal elektronen leiden tot ionisatie en excitatie van doel materie, en elastische botsingen met atoomkernen leiden tot verstrooien of verlegging van het pad van de particle. Bovendien, leiden nucleaire botsingen en harde botsingen met elektronen tot een cascade van secundaire straling die wordt toegevoegd aan het ioniseren effect van straling van het deeltje. Hoog-energetische deeltjes doorlopen zaak dus laat achter een wake van geïoniseerde atomen, moleculen en vrije elektronen die chemisch reactief en kunnen potentieel biologische veranderingen veroorzaken of schade aan organismen wordt blootgesteld aan deze ioniseren velden.
Een belangrijke langetermijndoelstelling van radiotherapie is geweest om te leren hoe het beste te benutten deze ioniserende velden op een manier die effectief van ziekten bij de mens behandelen zal. Klinisch, moet de ideale vorm van straling (zoals het foton, proton, elektron of zware ion) voldoende ionisatie in het doel van de ziekte om therapeutische anti-tumor effect, terwijl op de dezelfde tijd oorzaak minimale ionisatie in de omliggende normale opwekken weefsels aan het minimaliseren van de schadelijke effecten. Welke soort straling is geselecteerd voor RT hangt gedeeltelijk de ziekte behandeld. Voor tumoren die bevinden zich dieper in het lichaam en kunnen ook chirurgisch inoperabel, megavolt fotonen, protonen en zware ionen worden beschouwd als optimale15,16. Voor oppervlakkige kankers, zoals die met betrekking tot de huid, elektron therapie mogelijk optimaal en zelfs de voorkeur aan chirurgie voor cosmesis. Aan de andere kant, ligt het voordeel van megavolt fotonen in hun vermogen om te dringen diep in het weefsel terwijl het beperken van schade aan de huid. In het geval van geladen deeltjes, zoals elektronen, protonen of zware ionen, ligt hun primaire voordeel in hun 'stoppen' kenmerken; dat wil zeggen, geladen deeltjes verliezen energie voortdurend via de inelastische botsingen hierboven beschreven, en dit energieverlies is zeer voorspelbaar op de schaal van de millimeter. Dus, een geladen deeltje straal kan worden afgeleverd bij een patiënt met precieze energieën naar gewenste diepte. Verder produceren geladen deeltjes weinig tot geen afslag dosis17. Daarentegen, vertonen ongeladen deeltjes zoals fotonen een exponentiële wegvallen (demping) met toenemende diepte, die vaak leidt tot een belangrijke afrit dosis die gezonde weefsels distale naar het doel in gevaar kan brengen. Deze concepten zijn in Figuur 1, waarin de straling dosis (ionisatie) eigenschappen van de verschillende soorten straling gebruikt klinisch aangetoond. Een centrale motivatie voor het gebruik van protonen of koolstof ionen in plaats van fotonen voor diepere tumor doelen is dat er minimale dosis vermelding dosis en in de buurt van nul afrit dosis dan onderzoeken weefsels. Tabel 1 geeft een overzicht van enkele van de klinisch relevante kenmerken van foton en proton balken.
Vooruitgang op het gebied van radiotherapie, met inbegrip van proton therapy, hebben plaatsgevonden op twee belangrijke fronten: 1) de bouw van efficiënte deeltjesversnellers geschikt voor het produceren van hoog-energetische (MeV) straling zoals synchrotron en cyclotron versnellers, en 2) de ontwikkeling van geavanceerde rekenmethoden die ziekte imaging gegevens en straling vervoer berekeningen om computer-gesimuleerd combineren "behandeling plan." Voor de planning van de behandeling ondergaan de patiënten meestal computertomografie (CT) imaging. De CT-beelden bevatten 3-dimensionale anatomische gegevens over de patiënt, evenals precieze kwantificering van de dichtheid van het weefsel. De CT-beelden en dichtheid kaarten worden vervolgens gebruikt in computersimulaties om het plan van de bestraling: zowel de energie en intensiteit van het stralingsveld zijn wiskundig geoptimaliseerd voor elke patiënt. Een magnetische resonantie beeldvorming (MRI) of een positron-emissie tomografie (PET) scan kan ook worden gebruikt als aanvulling op de CT-gegevens.
Hieronder beschrijven we een stapsgewijze schets van hoe patiënten via hun straling behandeling cursus, gevolgd door de voorbeelden van bepaalde typen van de tumor met proton therapie behandeld worden genavigeerd.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Proton beam cyclotron and gantry delivery system</td>
			<td>Varian</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Allows for generation and delivery of protons for radiotherapy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>kVUE One Proton Couch Top</td>
			<td>Qfix</td>
			<td>RT-4551KV-03</td>
			<td>Permits patient placement for radiotherapy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CT simulator with 4D scanning capability</td>
			<td>GE</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Permits CT simulation for radiation planning</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>100&#34; x 70&#34; Qfix VacQfix Cushion</td>
			<td>Qfix</td>
			<td>RT-4517-10070F30</td>
			<td>Immobilizes patient for more precise radiation delivery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Timo Foam Head Support</td>
			<td>Qfix</td>
			<td>RT-4490-F</td>
			<td>Ensures minimization of head motion during radiotherapy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3 CT Localizers Localization Markers</td>
			<td>Beekley Medical</td>
			<td>REF 211</td>
			<td>Ensures concordance of external markers and internal patient anatomy from CT simulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VacQfix Indexer</td>
			<td>Qfix</td>
			<td>RT-4517-IND01</td>
			<td>Ensures VacQfix cushion placement is reproducible for every radiatiion treatment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Radiation treatment planning software</td>
			<td>Raystation</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Allows for personalized radiation planning for every tumor with robust optimization and multi-criteria optimization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Proton Range Compensator</td>
			<td>.Decimal</td>
			<td>RC-AC 1018</td>
			<td>Adjusts the range of the proton beam to achieve distal dose conformality</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Proton Beam Aperture</td>
			<td>.Decimal</td>
			<td>AP-BR 1800</td>
			<td>Shapes the proton beam treatment area</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Proton Range Shifter</td>
			<td>.Decimal</td>
			<td>RS-AC 1018</td>
			<td>Adjusts proton beam tissue depth penetration</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Endorectal Balloon</td>
			<td>Radiadyne</td>
			<td>ILG-90F</td>
			<td>Ensures uniform rectal filling and prostate positioning</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

proton therapy delivery and its clinical application in select solid tumor malignancies

Radiotherapie is een veelgebruikte modaliteit voor de behandeling van solide vormen van kanker. Hoewel de mechanismen van cel doden vergelijkbaar voor alle vormen van straling zijn, verschillen de in-vivo -eigenschappen van foton en proton balken sterk en misschien uitgebuite klinische resultaten te optimaliseren. In het bijzonder, verliezen proton deeltjes energie op een voorspelbare wijze als ze passeren van het lichaam. Deze eigenschap is klinisch gebruikt om de diepte op die de proton lichtbundel wordt beëindigd, en straling limietdosis buiten de regio doel. Deze strategie kan zorgen voor een substantiële vermindering stralingsdosis aan normale weefsels ligt net buiten de doelstelling van een tumor. De afbraak van proton energie in het lichaam blijft echter zeer gevoelig voor de dichtheid van het weefsel. Dientengevolge, kunnen wijzigingen in de dichtheid van het weefsel in de loop van de behandeling aanzienlijk veranderen proton dosimetrie. Dergelijke veranderingen kunnen ontstaan door veranderingen in het lichaamsgewicht, ademhaling of darm vullen/gas, en kunnen resulteren in ongunstige dosis depositie. In dit manuscript bieden wij een gedetailleerde methode voor de levering van proton therapie met behulp van zowel passieve spreidings- en potlood beam scanning technieken voor prostaatkanker. Hoewel de beschreven procedure rechtstreeks betrekking op prostaatkanker patiënten heeft, kan de methode worden aangepast en toegepast voor de behandeling van vrijwel alle solide tumoren. Ons doel is om lezers uit te rusten met een beter begrip van proton therapy levering en resultaten ter vergemakkelijking van de passende integratie van deze modaliteit tijdens kankertherapie.

Watch this Scientific Journal Video about Proton Therapy Delivery and Its Clinical Application in Select Solid Tumor Malignancies at JoVE.com

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

De fundamenten van straling planning en levering voor proton therapie met behulp van prostaatkanker als een model worden gepresenteerd. De toepassing van deze beginselen op andere sites van geselecteerde ziekte benadrukt hoe proton radiotherapie kan verbeteren klinische resultaten voor kankerpatiënten.

Levering van Proton Therapy en de klinische toepassingen ervan in Select solide Tumor maligniteiten

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

Het is belangrijk om het potentieel te begrijpen, en evoluerende rol, van protonenstraling voor de behandeling van bepaalde vormen van kanker over de meer traditionele foton radiotherapie. Een belangrijke uitdaging is het identificeren en begrijpen van de kankerziekte staten die bijzonder geschikt kunnen zijn voor en profiteren van protonenstraling. Net als bij andere vormen van externe straalstraling wordt protonentherapie op een niet-invasieve manier geleverd, met behulp van een extern robotapparaat dat zich rond de patiënt beweegt.De locatie die de protontherapiestraal in het lichaam eindigt, kan met een hoge mate van precisie worden gecontroleerd. Waardoor het ideaal is voor tumoren naast kritische gezonde organen. Voordat u met de simulatie begint, voegt u het uitgebreide tafelblad in de behandelingstabel en zorg ervoor dat het is vergrendeld.Plaats een opgeblazen immobilisatiekussen over het tafelblad en de indexeringsbalk voor de beenmal op dat niveau van de knie van de patiënt. Plaats een stevige hoofdsteun aan de bovenkant van de tafel en bevestig dat de patiënt het volledige blaasproces heeft voltooid door 16 tot 24 gram vloeistof 45 minuten voor de geplande scantijd te drinken. Nadat u de patiënt hebt geregistreerd in de computertomografie of CT-patiëntenregistratiesysteem, selecteert u het prostaatscanprotocol met een plakdikte van drie millimeter.Vraag de patiënt om op de tafel te zitten en de patiënt te helpen in een liggende, headfirst positie. Plaats de patiënten benen in de opgeblazen immobilisatie kussen, zodat de mal zal de zijkant van de benen omhullen en een barrière tussen de benen te creëren en de positie van de patiënt armen op de borst. Bevestig de uitlijning van de patiënt met het lasersysteem en sluit de dubbele vacuümpomp aan op het mondstuk van het immobilisatiekussen.Zodra de patiënt in een onderhoudbare positie, gebruik maken van de Qfix dubbele vacuümpomp verwijder de lucht uit de immobilisatie kussen om een stevige mal rond hun benen en voeten te vormen. Pas handmatig de behandeltafel aan, zodat de laserkruisharen zich op het niveau van de heupen en op de middellijn van de heupen en buik op het niveau van het heupgewricht bevinden. Gebruik een markeringspen om de locaties van het vizier aan te geven en plaats lokalisatiemarkeringen op de markeringen om een startpunt aan te wijzen voor de verificatiesimulatie tijdens de stralingslevering.Stel de juiste CT-scanparameters in om het bekkengebied van de L3-wervelkolom tot het middendijbeen op te nemen. Scan vervolgens de patiënt met behulp van het prostaatscanprotocol en exporteer het digitale scanbestand naar de software voor behandelingsplanning voordat u de symmetrie op de hoogte stelt. Voor de planning van de stralingsbehandeling gebruikt u de contouringtools van het behandelingsplanningssysteem om alle relevante geometrische volumes te definiëren op basis van de verworven CT-beelden.Contour de eerste klinische doelvolume, of CTV1 met de prostaat, zaadblasels, en betrokken lymfeklieren. De CTV1 zal worden voorgeschreven 45 grijstinten en zal het uiterlijk van een U-vormige structuur op de axiale beelden. De dunne darm, rectum, en blaas normale weefsels zal verblijven binnen de U-vormige doelvolume.Contour van de CTV2 om de prostaat en zaadbla sicles op te nemen. De CTV2 krijgt een totale dosis van 34,2 grijs. Selecteer drie balken onder portaalhoeken van 90, 180 en 270 graden voor de behandeling van het CTV1-volume.En selecteer alleen de 90 en 270 graden bundel hoeken voor de CTV2 behandeling. Meet om de nauwkeurigheid van de geplande dosis te bevestigen met behulp van ionisatiekamerarrays en om de nauwkeurigheid van de dosisberekening te verifiëren met behulp van een secundaire onafhankelijke dosisberekeningssoftware. Als de plannen en dosisdistributies voldoen aan de aanvaarde richtlijnen voor dosisbeperking en robuustheid, moet u toestemming krijgen van de arts voordat u alle gegevens over de behandelingsplanning exporteert naar het behandelingssysteem voor de behandeling van de patiënt.Op de dag van de behandeling regelen de behandelkamer om de patiënt setup gebruikt tijdens de CT-simulatie te reproduceren. Zorg ervoor dat het immobilisatiekussenlabel overeenkomt met de patiënt-ID en plaats het kussen op de behandeltafel met de juiste indexering en met de juiste hoofdsteun aan het hoofd van de tafel. Bevestig dat de patiënt het volledige blaasproces heeft voltooid en begeleid de patiënt naar de behandelkamer.Help de patiënt in de supine positie op de behandeltafel met handen geklemd over de borst en de benen in de immobilisatie kussen. Verplaats de behandelingstabel elektronisch van de belastingspositie naar het isocentrum om de patiënt uit te lijnen op de markeringen die tijdens de simulatie zijn geplaatst. Het aanpassen van de tabel om eventuele grove fouten in de positionering van de patiënt zo nodig te corrigeren.Zodra de patiënt goed is uitgelijnd op de simulatiemarkeringen, voltooit u de verschuivingen van de startpositie naar de verschuivingen die tijdens het dosimetrische behandelingsplanningsproces worden bepaald, om de patiënt af te stemmen op het gewenste behandelingscentrum. Uitvoeren orthogonale kilovoltage imaging om een goede interne patiënt uitlijning te verzekeren aan de bekkenbeenderen en fiducale markers eerder geplaatst door urologie in de prostaat. Overlay de verworven kilovoltage beelden op digitaal gereconstrueerde röntgenfoto's van de planning CT simulatie scan om te bepalen of positionele aanpassingen nodig zijn en de nodige verschuivingen toe te passen om de uitlijning te verzekeren.Als de kilovolt beelden overmatig darmgas aantonen, vraag de patiënt om de lucht te verdrijven terwijl hij op de behandeltafel ligt, indien mogelijk, en herlijn en heropname. Zodra aanvaardbare kilovoltage beelden worden verworven en bevestigd, voert u een cone beam ct-scan uit om de blaas- en rectale vulling te beoordelen en aanvullende positioneringsaanpassingen van de patiënt toe te passen op basis van de scan indien nodig. Start vervolgens de behandeling levering met hoorbare verificatie tussen twee therapeuten van portaal hoek, monitor eenheden, aantal scanvlekken en lagen, en sneeuw positie voor elke behandeling hoek, markering van de behandeling isocenter voor dagelijkse uitlijning en het verwijderen van de merken na de behandeling.Vanwege de grote gebieden die gericht zijn tijdens de bestralings van borstkanker, resulteren fotonengebaseerde bestralingstechnieken in aanzienlijke bestralingsblootstelling aan thoracale structuren, waaronder de longen, het hart en de contralaterale borst. Deze regio's kunnen worden gespaard van overtollige straling met protonentherapie. Meerdere bestralingsvelden zijn nodig voor op fotontherapie gebaseerde craniospinale bestraling.Aangezien het doel CTV voor craniospinale bestraling omvat de gehele cerebrospinale vloeistof ruimte, die zich uitstrekt van de hersenen hoekpunt, naar het ruggenmergkanaal, door de cauna paardachtigen op het niveau van de S2, S3 wervelverbinding. Het voordeel van het gebruik van protonentherapie voor craniospinale behandeling, is dat de therapie de stralingsdosis aanzienlijk beperkt tot de thoracale buikstructuren voor het ruggenmerg, in vergelijking met het gebied van de dosering die wordt ervaren met op foton gebaseerde therapie, voor dezelfde tijd van tumorbehandeling. Het is belangrijk dat elke patiënt tijdens de CT-simulatie in een comfortabele positie wordt geplaatst.Zodat dezelfde positie kan worden gereproduceerd voor elke stralingssessie. Protonentherapie kan grondig worden verbeterd door gebruik te maken van de unieke radiobiologische eigenschappen van protonen, zoals veranderingen in lineaire energieoverdracht, of het combineren van protonen met andere behandelingsmodaliteiten. Uitdagingen omvatten het selecteren van de patiënten die het meest zouden profiteren van protonentherapie en hoe protonen te gebruiken om vier kolom meer zenuwsparende prostaatkanker behandeling te leveren.

Research

JoVE Journal

Medicine

A Three-dimensional Tissue Culture Model to Study Primary Human Bone Marrow and its Malignancies

Een Drie-dimensionale Tissue Culture Model om te studeren Primary humaan beenmerg en zijn Malignancies

Tissue culture has been an invaluable tool to study many aspects of cell function, from normal development to disease. Conventional cell culture methods ...

Adaptation of Semiautomated Circulating Tumor Cell (CTC) Assays for Clinical and Preclinical Research Applications

Adaptation of Semiautomated Circulating Tumor Cell CTC Assays for Clinical and Preclinical Research Applications

Aanpassing van semiautomated doorgeven Tumor Cell (CTC) Testen voor Klinisch en preklinisch onderzoek naar toepassingen

The majority of cancer-related deaths occur subsequent to the development of metastatic disease. This highly lethal disease stage is associated with the ...

Slow-release Drug Delivery through Elvax 40W to the Rat Retina: Implications for the Treatment of Chronic Conditions

Slow-release Drug Delivery via Elvax 40W aan de Rat Retina: Implicaties voor de behandeling van chronische voorwaarden

Diseases of the retina are difficult to treat as the retina lies deep within the eye. Invasive methods of drug delivery are often needed to treat these ...

In vitro Enrichment of Ovarian Cancer Tumor-initiating Cells

In vitro Enrichment of Ovarian Cancer Tumor-initiating Cells

In vitro Verrijking van eierstokkanker tumor-initiërende cellen

Evidence suggests that small subpopulations of tumor cells maintain a unique self-renewing and differentiation capacity and may be responsible for tumor ...

Optimized LC-MS/MS Method for the High-throughput Analysis of Clinical Samples of Ivacaftor, Its Major Metabolites, and Lumacaftor in Biological Fluids of Cystic Fibrosis Patients

Geoptimaliseerde LC-MS/MS methode voor de analyse van de High-throughput van klinische monsters van Ivacaftor, de belangrijkste metabolieten daarvan en Lumacaftor in biologische vloeistoffen van Cystic Fibrosis patiënten

Defects in the cystic fibrosis trans-membrane conductance regulator (CFTR) are the cause of cystic fibrosis (CF), a disease with life-threatening ...

Clinical Practice Protocol of Creative Music Therapy for Preterm Infants and Their Parents in the Neonatal Intensive Care Unit

Klinisch praktijk Protocol van creatieve muziektherapie voor premature zuigelingen en hun ouders in de neonatale Intensive Care Unit

Creative music therapy for preterm infants and their parents (CMT) has emerged as a promising family-integrated early intervention involving communicative ...

A Rat Carotid Artery Pressure-Controlled Segmental Balloon Injury with Periadventitial Therapeutic Application

Een Rat Carotid Artery Pressure-Controlled Segmental Balloon Injury met Periadventitial Therapeutic Application

Cardiovascular disease remains the leading cause of death and disability worldwide, in part due to atherosclerosis. Atherosclerotic plaque narrows the ...

Characterizing Exon Skipping Efficiency in DMD Patient Samples in Clinical Trials of Antisense Oligonucleotides

Karakteriseren exon overslaan efficiëntie in DMD patiënt monsters in klinische proeven van antisense oligonucleotiden

Duchenne muscular dystrophy (DMD) is a degenerative muscle disease that causes progressive loss of muscle mass, leading to premature death. The mutations ...

Application of Lucilia sericata Larvae in Debridement of Pressure Wounds in Outpatient Settings

Application of Lucilia sericata Larvae in Debridement of Pressure Wounds in Outpatient Settings

Toepassing van Lucilia sericata-larven bij debridement van drukwonden in poliklinische instellingen

Biological therapy using Lucilia sericata larvae has numerous advocates worldwide, yet it is still fairly unknown and not commonly applied in daily ...

Clinical Application of 24 G Cannula Needle and 3-0 Polypropylene Suture in Vas Deferens Exploration

Klinische toepassing van 24 G canulenaald en 3-0 polypropyleen hechting in vas deferens exploratie

The goal of this article is to present the application of a 24 G cannula and 3-0 polypropylene suture as a simple method for the exploration of the vas ...