Name: proton therapy delivery and its clinical application in select solid tumor malignancies
Uploaded: 2019-02-06T12:30:00
Duration: 8 min 34 s
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S.R. reconnaît les subventions du programme de remboursement de prêt NIH. A.H. a reçu un financement de Bayer, Clovis, Constellation, Agensys, Sotio, Cerulean et Calithera.

A.H. a honoraires d’Astrazeneca, Bayer et Novartis. A.H. a consulté avec Astrazeneca, Bristol-Myers Squibb et Bayer et a été conférencier pour la fondation de France.

Planification des traitements de radiation et de livraison pour le cancer est un processus hautement personnalisé personnalisé à chaque patient et l’accès à son notamment le cancer. Des traitements de radiothérapie moderne sont une guidée par l’image axée sur l’intervention CT images obtenues au cours d’un rayonnement sur mesure, simulation de planification. L’imagerie CT est obligatoire car il contient 3 dimensions (3D) anatomique d’informations sur la patiente mais aussi précise quantification des densités des tissus à différents endroits dans le corps qui sont requises pour le calcul de la dose. Au cours de l’imagerie tomographique, le patient est placé sur une table motorisée. Plusieurs dispositifs d’immobilisation mécanique sont généralement utilisés pour restreindre le mouvement patient en imagerie et au cours de la livraison subséquente de RT. Selon la précision voulue, ces appareils varie des coussins de moule-type simple et mailles en plastique, qui sont conformes à la surface du patiente et ensuite durcissent pour restreindre le mouvement, de plus les dispositifs invasifs tels que les dispositifs de crâne rigide qui sont percés en place. Souvent, la précision requise de l’appareil d’immobilisation est dictée par la proximité du tissu tumoral de structures critiques à proximité. À titre d’exemple, le dispositif d’immobilisation plus envahissant, un halo de tête percé dans place, est parfois utilisée lorsque la précision millimétrique unique est nécessaire pour traiter une tumeur près des yeux ou des nerfs optiques pour minimiser le risque de cécité qui peut-être survenir chez le patient se déplaçant dans une mauvaise position pendant le traitement.
CT d’imagerie d’informations est également utilisé pour optimiser l’anatomie interne de tissu normal. Par exemple, la distension de la vessie est souvent utilisée pour réduire au minimum la vessie et l’intestin grêle dose exposition par irradiation de la prostate comme indiqué dans le protocole ci-dessus. De même, si l’estomac est notamment distendu avec de la nourriture pendant la simulation d’irradiation abdominale supérieure (par exemple, estomac, foie, oesophage distal), puis le patient est ré-simulé après avoir laissé la nourriture de traverser l’estomac et du tractus intestinal . Cela va rétrécir l’estomac et réduire les risques d’exposition aux radiations au cours de la radiothérapie des tumeurs abdominales supérieures. Dans les cas où l’estomac ou la vessie sont eux-mêmes des objectifs de radiation, elles peuvent être intentionnellement distendus ou vidés pour optimiser la distribution de la dose.
Dans certains cas, une tumeur n’est pas adéquatement ou fiable visualisée sur CT mais peut-être être identifiée plus précisément par une IRM ou un PET scan. Dans de tels cas, les scans de PET ou IRM sont utilisés pour compléter les données CT puisque ce dernier est toujours requis pour le calcul de la dose. Ceci est réalisé en enregistrant les images IRM et TEP pour les images de CT pour la planification de traitement. IRM offrent souvent beaucoup plus grand contraste visuel et une résolution supérieure à CT, ce qui peut être bénéfique pour identifier les limites minces, tissus mous d’une tumeur comme celles dans le cerveau ou le foie. PET fournit une vue fonctionnelle de la distribution des molécules de traceur radioactif marqué injectée au patient.
Certaines tumeurs surviennent dans les zones du thorax ou l’abdomen où ils peuvent se déplacer beaucoup avec la respiration. Afin de tenir compte de ce mouvement assurer l’exactitude de rayonnement, un CT 4 dimensions, un type d’imagerie en « mode film » CT, peut servir à capturer l’anatomie 3D patient comme elle change au fil du temps au cours de la respiration. Pour certaines cibles thoraciques et abdominales, courroies de compression ou d’autres moyens d’atténuation de la motion peut servir pendant la thérapie à la motion de restreindre et limiter l’incertitude au sujet de la tumeur emplacement45.
Une fois que le patient est simulé pour le traitement, il élabore un plan de traitement personnalisé en tenant compte de l’histologie du cancer, tumeur emplacement et caractéristiques anatomiques, qui influencent la configuration optimale des faisceaux de rayonnement, les types de particules, les énergies, et les niveaux de dose pour chaque patient. Pour chaque patient, un certain nombre de questions fondamentales est initialement envisagé par l’équipe de la clinique d’élaborer un plan de traitement optimal. Comme point de départ, la forme la plus appropriée de rayonnement doit être sélectionnée. Options incluent des photons, les électrons et les protons. Il est généralement suivi par la sélection du faisceau angle(s) pour la livraison de rayonnement. La plupart des machines de RT comprennent un patient robotique, positionnement de la table et un portique rotatif permettant aux poutres de RT qui sera réalisé dans le patient par pratiquement n’importe quel angle. La décision consiste à trouver le chemin d’accès qui frappe plus efficacement la cible avec la RT et meilleur évite non-cibles qui peuvent être dans le chemin des poutres sélectionnées. Dans certains cas, les angles de faisceau sont déterminées par le système de planification lui-même après saisie dans des objectifs de radiation pour les tumeurs et les tissus normaux. Ce processus s’appelle « planification inverse » et se fait souvent dans le cas de l’IMRT, qui consiste à moduler l’intensité de multiples, des faisceaux de rayonnement entrant d’une manière dépendante du temps qui apporte une dose cible uniforme, mais peut conduire à dose très hétérogène en dehors de la cible. Même si les deux photons ou proton thérapie peut-être intensité modulée, inverse planification sert en grande partie en photon basé IMRT seulement. Si les faisceaux de rayonnement solides doivent être utilisés, des collimateurs métalliques personnalisés peuvent être fabriquées pour correspondre à la forme de rayonnement du faisceau avec la forme de la tumeur.
Si protonthérapie est sélectionné, puis un arrêt subséquent a besoin au sujet de l’utilisation de dispersion passive ou techniques de PBS. Dans le cas de PBS, une décision supplémentaire est nécessaire concernant l’utilisation de MFO ou stratégies monochamp optimisation/monochamp dose uniforme (AFS/SFUD). Dans les traitements de la FMO, faisceaux multiples sont nécessaires pour traiter une tumeur au cours de chaque fraction étant donné que chaque faisceau cible uniquement une partie de la cible. En revanche, pour les plans de l’OFS, chaque faisceau couvre l’ensemble de la cible. MFO est souvent préférée pour les tumeurs près une infrastructure critique (e.g., tumeur au cerveau près du nerf optique) où une variété d’angles de faisceau peut être avantageuse pour sculpter la dose de rayonnement. Stratégies MFO également veiller à ce que tous les rayonnements poutres/spots ne « finissent pas gamme » dans la même zone où la dose pourrait être exceptionnellement élevée due à l’effet de pic de Bragg. En revanche, SFO est favorisée pour les cibles près des zones d’incertitude anatomique, tels que la prostate qui peut se déplacer en raison de la vessie différentielle et remplissage rectal. SFO offre une robustesse accrue contre les changements de dose en raison des variations anatomiques.
Une fois que la stratégie de planification base est décidée, la prochaine étape de planification du traitement implique généralement optimisation mathématique, les champs de rayonnement. L’énergie, l’intensité et la répartition spatiale (spatialement variant de flux) du rayonnement incident sont des paramètres généralement libres dans l’optimisation. Ainsi que la représentation de la grande matrice 3D de l’anatomie de patients par le CT, ces variables libres conduisent à une taille très grand problème et une optimisation importante correspondante matrices (p. ex., des milliers de valeurs de CT et des milliers de faisceau possible intensités doit être considérés). Ces matrices sont encadrées d’une fonction objectif, qui est une formulation mathématique de la « finalité de planification du traitement ». Comme mentionné ci-dessus, les objectifs du traitement sont priorisés pour atteindre tout d’abord la dose prescrite à la cible, et ensuite pour atteindre le plus bas d’une dose est possible pour les tissus normaux. Pour minimiser cette fonction objectif, puissance de calcul élevée est souhaitée pour effectuer rapidement des calculs de transport de RT qui peuplent les matrices, et des méthodes d’optimisation numérique, tels que les algorithmes de gradient-recherche, sont utilisés pour rechercher rapidement des minima locaux dans la fonction. Ces minima correspondre à des plans de traitement optimal pour chaque patient unique. Le rôle des ordinateurs dans la planification du traitement ne peut être surestimé. Radiodiagnostic et radiothérapie moderne ne serait pas possibles sans les progrès de l’informatique des trois dernières décennies.
Comme une étape finale, le plan de traitement optimisé est examiné par l’équipe médicale (médecin, physicien et dosimétrie). Dans de nombreux cas, le plan peut être adapté plus ou ré-optimisé avec des objectifs différents pour améliorer la qualité globale. Une fois que le plan s’avère optimale, les paramètres techniques du plan sont étudiés par un physicien et transférés à la machine de livraison de traitement.
Dans de nombreux cas, le patient retourne plusieurs fractions de traitement (sessions), souvent tous les jours ouvrables pendant plusieurs semaines. Fractionnement de plusieurs jour peut intensifier les effets secondaires aigus induits par la radiation mais peut réduire le potentiel fin, plus graves effets secondaires de la RT par rapport à la fraction simple traitement12. Fraction de multiples approches sont optimales pour les tumeurs qui sont divisent rapidement ou incapable de réparer des lésions sublétales de RT Toutefois, cela dépend du site de traitement exact et la sensibilité des tissus normaux à proximité. Étant donné que l’objectif de l’administration du traitement rayonnement est d’administrer le même traitement au cours de chacune des fractions, même à quelques millimètres de mouvement ou d’incertitude dans la position du patient peuvent conduire à la dégradation d’un plan de traitement de thérapie de particules. Pour cette raison, le guidage par l’image embarqué systèmes sont d’une importance primordiale au cours de la multifraction imageurs RT. radiographie, cone beam CT scans ou imageurs surfaces optiques, laser à balayage sont tous disponibles à cet effet. Ces dispositifs permettent de radiothérapie guidée par l’image (IGRT) par le biais de l’imagerie des repères anatomiques, des cibles tumorales ou marqueurs repères radio-opaques de substitution. Les images de RTGI sont comparés pour les scans de simulation original et réglés comme il est nécessaire avant chaque fraction du rayonnement.
Malgré l’avantage de la portée finie de protonthérapie, qui limite la dose de sortie, la précision de la prédiction de gamme généralement vue dans la planification du traitement est l’ordre de quelques millimètres. La perte d’énergie exacte dans différents tissus du patient est incertaine, tout d’abord, puisque les composants moléculaires exactes du tissu sont ambiguës et, deuxièmement, étant donné que l’anatomie du patient change au fil du temps, les deux plus courtes échelles de temps (p. ex., respiration) et plus longues échelles de temps (p. ex., perte de poids, rétrécissement de la tumeur, modifications de l’anatomie normale). Pour répondre à cette incertitude, une « marge distale » est ajoutée au volume cible qui est une marge additionnelle de tissu normal juste au-delà de la profondeur maximale de tumeur. Une telle marge assure que même avec les incertitudes dans la prédiction de la gamme, la profondeur de la tumeur tout est traitée avec le degré de confiance élevé. Malheureusement, la marge de tissu normal peut ainsi être exposée à la dose complète de la RT, qui peut conduire à des effets secondaires importants RT dans ce tissu. En revanche, comme les photons ne pas arrêter mais plutôt sortir de la cible, aucune telle marge distale n’est nécessaire pour compenser l’incertitude de la gamme. Une marge géométrique est encore utilisée dans la thérapie de photon pour tenir compte des incertitudes positionnel de la cible, mais les photons sont beaucoup moins sensibles que les protons le statut précis des tissus du patient en amont de la cible. Par conséquent, la marge nécessaire peut être parfois inférieure pour les photons à protons. Cela peut se comprendre en prenant en considération que les protons subissent une perte d’énergie continue dans les tissus qui affectent considérablement la position de leur aire de répartition, alors que les photons sont déchargées et voyagent librement dans l’espace vide entre les atomes et leurs orbitales, à l’exception de rares collisions avec des électrons ou des noyaux. Différences de densité importante dans les tissus, par exemple., des objets métalliques ou des cavités d’air, cependant, encore influencent dose de photons ainsi que de la dose de protons, mais à un niveau inférieur.
Une finale et importante d’incertitude porte sur l’efficacité radiobiologique (EBR) de différentes formes de rayonnements. L’EBR est le rapport entre les doses, d’un type de rayonnement de référence et un type de rayonnement de test, à condition que les deux types de rayonnement produisent le même effet biologique. Plus le RBE, plus endommager le rayonnement par unité de dépôt d’énergie dans les tissus. Le ratio RBE est défini en ce qui concerne les rayonnements de photons. Malgré cette simple description, il n’y a en fait grande incertitude concernant les valeurs de l’EBR de particules chargées par opposition aux photons. Différences dans les distributions spatiales dose entre les photons et les particules chargées à l’échelle micrométrique et nanométrique mènent aux différences d’effet biologique, même lorsque les doses macroscopiques sont identiques. Cela peut se comprendre en examinant la répartition spatiale des dommages à l’ADN après exposition à des particules chargées à des doses différentes et de différentes énergies cinétiques. Différentes énergies cinétiques et différentes charges des protons (+ 1) et des ions carbone (+ 6) conduisent à des différences de transfert d’énergie à différentes profondeurs dans le patient, alors que pour les photons, le transfert d’énergie est comparativement plus faible et aussi plus homogène tout au long de le patient. Bien que théoriquement, il y a débat significatif dans la communauté d’oncologie de rayonnement concernant la capacité de prédire ces effets biologiques. Pour la thérapie d’ions carbone, il y a un manque de consensus sur la meilleure façon de modéliser ces effets biologiques, même si l'on reconnaît que ces effets doivent être modelées pour fournir une thérapie. Pour les protons, centres cliniques plus plan actuellement la thérapie sans modélisation explicite des effets RBE, sauf en utilisant un facteur de correction constante de 1.1, mais cela est susceptible de changer dans un proche avenir comme nouveau systèmes de planification de traitement commerciaux commencent à inclure biologique logiciels outils pour modéliser l’EBR de protonthérapie de modélisation.
Avec l’achèvement des essais randomisés, dont RADCOMP, PARTIQoL et RTOG 1308, nous devrions avoir des réponses plus concrètes quant aux formes de rayonnement peuvent être supérieurs pour le cancer du sein, la prostate et le cancer du poumon, respectivement. Des études similaires sont prévues pour d’autres sites de maladies qui peuvent aider à mieux identifier la meilleure modalité de traitement pour ces types de tumeurs. Cependant, il y a déjà suffisamment de données pour suggérer la supériorité des protons dans certains milieux, en particulier dans la population pédiatrique, où épargnant les tissus normaux substantielle peut considérablement réduire la morbidité des effets toxiques, y compris secondaire tumeurs malignes.

On estime que 1,7 millions de personnes aux États-Unis seront diagnostiqués avec le cancer en 2018, plus 600 000 succomber à la maladie1. Les options thérapeutiques actuelles impliquent mono - ou multi - modality therapy à l’aide de la chirurgie, la radiothérapie (RT) et les traitements systémiques. En ce qui concerne les RT, un quart des patients nouvellement diagnostiqués il recevra comme partie de leur traitement du cancer initial et près de la moitié il exigera en fin de compte au cours de leur maladie cours2,3.
L’avènement de la remonte de la RT en 1895 quand William Conrad Roentgen découverte rayons x alors qu’il travaillait avec un tube à rayons cathodiques dans son laboratoire à l’Université de Würzberg en Allemagne4. Pas longtemps après, patients atteints de maladies de grande envergure telles que le lupus et recevaient des traitements utilisant des rayons du radium. Complications précoces ont été réalisées rapidement et étaient même discutées par Pierre Curie dans son prix Nobel conférence5. Puisque le rayonnement affecte les tissus normaux et de tumeur, soigneusement contrôlées des doses de radiations doivent être utilisés afin de maximiser le rapport thérapeutique, défini comme la probabilité de contrôle de la tumeur par rapport à la probabilité de toxicité inacceptable. Avec progressive avancements en technologie, mais aussi de mieux comprendre de radiobiologie et de physique, ce ratio thérapeutique a grandement amélioré avec le temps. L’utilisation de RT a considérablement renforcée résultats pour plusieurs types de cancers, comme en témoigne son inclusion dans les lignes directrices nationales pour le cancer thérapie6,7,8,9. Dans certains cas, RT peut servir la seule modalité pour thérapie10, alors que dans d’autres maladies, il peut être utilisé dans le cadre de la thérapie multimodale pour la lutte contre les maladies locales ou l’éradication de la maladie microscopique11. Bien que souvent utilisé avec une intention curative, de nombreux patients de RT sont traitées pour la palliation de la douleur ou autres symptômes qui se développent à partir de compression induite par la tumeur, d’invasion ou de destruction des tissus normaux dans le cadre de la loco-régionale ou généralisée, métastatique maladie.
Les principes de base derrière RT sont simples. Avec la demande de radiation, énergie se dépose dans les cellules par l’intermédiaire de l’ionisation des atomes. Cette énergie, même si elle peut élever la température d’une région irradiée par seulement quelques microkelvin, produit des radicaux libres qui peuvent directement les cellules de dommages exposés au moyen de l’ADN des blessures12,13. Une grande partie de notre compréhension du rayonnement de particules à haute énergie et de son interaction avec la matière provient d’études théoriques et expérimentales des rayons cosmiques et leurs interactions dans la haute atmosphère réalisée dans le début 20ème siècle14. Particules de haute énergies (MeV à GeV) interagissent avec la matière principalement par l’intermédiaire de la force électromagnétique : comme ces particules passent à travers la matière ou d’un tissu, les collisions avec les électrons orbitaux d’inélastiques conduire à ionisation et l’excitation de la matière de la cible, et collisions élastiques avec noyaux atomiques conduire à nuages de points ou de déviation de la trajectoire de la particule. En outre, collisions nucléaires et dures collisions avec des électrons conduisent à une cascade de rayonnement secondaire qui ajoute à l’effet ionisant des rayonnements corpusculaires. Des particules qui traversent les matières ainsi laissent derrière un sillage d’atomes ionisés, des molécules et des électrons libres qui sont chimiquement réactifs et il peuvent induire des changements biologiques potentiellement ou endommager les organismes exposés à ces champs de rayonnements ionisants.
Des principaux objectifs à long terme de la radiothérapie a été d’apprendre la meilleure façon d’exploiter ces ionisant des champs d’une manière qui permettra de traiter efficacement la maladie humaine. Cliniquement, la forme idéale de rayonnement (comme le photon, protons, électrons ou ions lourds) devrait amener suffisamment d’ionisation dans la cible de la maladie pour fournir un effet thérapeutique anti-tumorale, tandis que dans le même temps cause minime d’ionisation dans la normale environnante tissus pour réduire au minimum les effets délétères. Quel type de rayonnement est sélectionné pour RT dépend en partie de la maladie traitée. Pour les tumeurs qui sont situés plus profondément dans le corps et peuvent également être chirurgicalement inopérable, photons megavolt, protons et ions lourds sont considérées comme optimales15,16. Pour les cancers superficiels, telles que celles impliquant la peau, thérapie de l’électron peut être optimale et même préférable à la chirurgie esthétique. En revanche, l’avantage des photons Mégavolt réside dans leur capacité à pénétrer profondément dans le tissu tout en limitant les dommages à la peau. Dans le cas de particules chargées, comme les électrons, protons ou des ions lourds, leur principal avantage réside dans ses caractéristiques « arrêt » ; Autrement dit, particules chargées perdent de l’énergie en continu via les collisions inélastiques décrit ci-dessus, et cette perte d’énergie est hautement prévisible sur l’échelle millimétrique. Par conséquent, un faisceau de particules chargées peut être livré à un patient avec des énergies précises à la profondeur désirée. De plus, les particules chargées produisent peu ou pas de dose en sortie17. En revanche, les particules non chargées comme photons présentent une variation exponentielle décroissante (atténuation) avec la profondeur, ce qui conduit souvent à une dose importante de sortie qui peut-être compromettre les tissus sains distal par rapport à la cible. Ces concepts sont illustrés dans la Figure 1, qui montre la radiation dose (ionisation) propriétés des différents types de rayonnement utilisé en clinique. Une motivation centrale pour l’utilisation des protons ou ions carbone au lieu de photons pour les cibles tumorales plus profondes est qu’il est la dose minimale entrée dose et dose zéro sortie au-delà des tissus cibles à proximité. Le tableau 1 résume certaines des caractéristiques cliniquement pertinentes des faisceaux de photons et de protons.
Avancées dans le domaine de la radiothérapie, y compris la protonthérapie, ont eu lieu sur deux fronts principaux : 1) la construction d’accélérateurs de particules efficace capables de produire des radiations de haute énergie (MeV) tel que des accélérateurs synchrotrons et cyclotron et 2) développement des méthodes de calcul sophistiquées qui combinent les données d’imagerie de la maladie et les calculs de transport de radiations pour permettre la simulation informatique « planification du traitement. » Pour la planification du traitement, les patients subissent généralement d’imagerie de la tomodensitométrie (TDM). Les images de CT contiennent des informations anatomiques 3 dimensions sur la quantification précise mais aussi patiente des densités tissulaires. Les images de CT et les cartes de densité sont ensuite utilisés dans les simulations par ordinateur pour planifier le traitement par radiations : l’énergie et l’intensité du champ de rayonnement sont mathématiquement optimisés pour chaque patient. Une analyse de l’imagerie par résonance magnétique (IRM) ou un balayage de tomographie par émission de positons (TEP) peut également servir à compléter les données de CT.
Ci-dessous, nous décrivons un plan étape par étape de la façon dont les patients sont navigués dans leur cure de rayonnement, suivie par les exemples de certains types de tumeur traités par protonthérapie.

<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

La radiothérapie est une modalité fréquemment utilisée pour le traitement des cancers solides. Bien que les mécanismes de mort cellulaire sont semblables pour toutes les formes de rayonnement, les propriétés in vivo des faisceaux de photons et de protons diffèrent considérablement et peut-être exploitée afin d’optimiser les résultats cliniques. En particulier, les particules de protons perdent de l’énergie d’une manière prévisible lorsqu’ils traversent le corps. Cette propriété est utilisée cliniquement pour contrôler la profondeur à laquelle le faisceau de protons se termine et limite la dose de rayonnement au-delà de la région cible. Cette stratégie peut permettre à des réductions substantielles à la dose de rayonnement aux tissus normaux situé juste au-delà de la cible de la tumeur. Cependant, la dégradation de l’énergie du proton dans le corps reste très sensible à la densité des tissus. En conséquence, toute modification de la densité des tissus au cours du traitement peut modifier considérablement dosimétrie de proton. Ces changements peuvent se produire par le biais de modifications du poids corporel, la respiration ou remplissage/gaz intestinaux et peuvent entraîner des dépôts de doses défavorable. Dans ce manuscrit, nous fournissons une méthode détaillée pour la livraison de protonthérapie utilisant dispersion passive et faisceau de crayon analyse techniques pour cancer de la prostate. Bien que la procédure décrite se rapporte directement aux patients de cancer de la prostate, la méthode peut être adaptée et appliquée pour le traitement de presque toutes les tumeurs solides. Notre objectif est d’équiper les lecteurs avec une meilleure compréhension de la proton thérapie prestation et les résultats afin de faciliter l’intégration appropriée de cette modalité au cours de la thérapie du cancer.

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

Les auteurs présentent les principes fondamentaux de rayonnement planification et la prestation de protonthérapie en cancer de la prostate comme modèle. L’application de ces principes à d’autres sites sélectionnés de la maladie met en évidence comment radiothérapie proton peut améliorer les résultats cliniques pour les patients atteints de cancer.

Livraison de thérapie de proton et son Application clinique dans certains tumeurs solides malignes

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 ...

Il est important de comprendre le potentiel et l’évolution du rôle de la radiothérapie par protonthérapie pour le traitement de certains cancers au cours de la radiothérapie photon plus traditionnelle. Un défi important est d’identifier et de comprendre les états de la maladie cancéreuse qui peuvent être particulièrement appropriés et bénéficier de la radiothérapie proton. Comme pour d’autres formes de radiothérapie externe, la protonthérapie est administrée de façon non invasive, à l’aide d’un dispositif robotique externe qui se déplace autour du patient.L’emplacement que le faisceau de protonthérapie termine dans le corps peut être contrôlé avec un haut degré de précision. Ce qui le rend idéal pour les tumeurs adjacentes aux organes sains critiques. Avant de commencer la simulation, insérez le dessus de table étendu dans la table de traitement et assurez-vous qu’il est verrouillé.Placez un coussin d’immobilisation gonflé sur le dessus de la table et la barre d’indexation pour le moule de jambe à ce niveau du genou du patient. Placez un repose-tête solide en haut de la table et confirmez que le patient a terminé le processus complet de la vessie en buvant de 16 à 24 onces de liquide 45 minutes avant l’heure prévue de l’analyse. Après avoir enregistré le patient dans la tomographie calculée, ou système d’enregistrement de patient de CT, sélectionnez le protocole de balayage de prostate avec une épaisseur de tranche de trois millimètres.Demandez au patient de s’asseoir sur la table et d’aider le patient dans une position supinée et tête première. Placez les jambes des patients dans le coussin d’immobilisation gonflé de sorte que le moule enveloppera le côté des jambes et créera une barrière entre les jambes et positionnera les bras du patient sur la poitrine. Confirmez l’alignement du patient avec le système laser et connectez la pompe à double vide à la buse du coussin d’immobilisation.Une fois que le patient est dans une position maintenable, utilisez la pompe à double aspirateur Qfix enlever l’air du coussin d’immobilisation pour former un moule solide autour de leurs jambes et les pieds. Ajustez manuellement la table de traitement de sorte que le réticule laser soit au niveau des hanches et à la ligne médiane des hanches et de l’abdomen au niveau de l’articulation de la hanche. Utilisez un stylo de marquage pour indiquer l’emplacement du réticule et placez des marqueurs de localisation sur les marques pour désigner un point de départ pour la simulation de vérification pendant la livraison du rayonnement.Définissez les paramètres appropriés de balayage de CT pour inclure la région pelvienne de la colonne vertébrale L3 au fémur moyen. Puis numérisez le patient à l’aide du protocole de balayage de la prostate, et exportez le fichier de balayage numérique vers le logiciel de planification du traitement avant d’aviser la symétrie. Pour la planification de la radiothérapie, utilisez les outils de contournement du système de planification du traitement pour définir tous les volumes géométriques pertinents en fonction des images CT acquises.Contour le premier volume cible clinique, ou CTV1 pour inclure la prostate, vésicules séminal, et impliqués ganglions lymphatiques. Le CTV1 sera prescrit 45 gris et aura l’apparence d’une structure en forme de U sur les images axials. Les petits tissus normaux de l’intestin, du rectum et de la vessie résideront dans le volume cible en forme de U.Contour de la CTV2 pour inclure la prostate et les vésicules séminal. Le CTV2 se fera prescrire une dose totale de 34,2 gris. Sélectionnez trois poutres à des angles de portique de 90, 180 et 270 degrés pour le traitement du volume CTV1.Et sélectionnez seulement les angles de faisceau de 90 et 270 degrés pour le traitement CTV2. Mesure pour confirmer l’exactitude de la dose prévue à l’aide de tableaux de chambre d’ionisation et pour vérifier l’exactitude du calcul de la dose à l’aide d’un logiciel de calcul de dose indépendant secondaire. Si les plans et les distributions de doses respectent les lignes directrices et la robustesse acceptées en matière de contrainte de dose, obtenez l’approbation du médecin avant d’exporter toutes les données de planification du traitement vers le système de prestation du traitement pour le traitement du patient.Le jour du traitement, disposer la salle de traitement pour reproduire l’installation du patient utilisée lors de la simulation de tomodenstisme. Assurez-vous que l’étiquette du coussin d’immobilisation correspond à l’identité du patient et placez le coussin sur la table de traitement avec l’indexation correcte et avec l’en-tête approprié à la tête de la table. Confirmez que le patient a terminé le processus complet de la vessie et escortez le patient dans la salle de traitement.Aider le patient dans la position supine sur la table de traitement avec les mains jointes sur la poitrine et les jambes dans le coussin d’immobilisation. Déplacez électroniquement la table de traitement de la position de charge vers l’isocenter pour aligner le patient aux marques qui ont été placées pendant la simulation. Réglage de la table pour corriger les erreurs grossières dans le positionnement du patient si nécessaire.Une fois que le patient est correctement aligné sur les marques de simulation, terminer les changements de la position de départ, à ceux déterminés au cours du processus de planification du traitement dosimétrique, pour aligner le patient à l’isocenter traitement désiré. Effectuer la formation image orthogonale de kilovoltage pour assurer l’alignement interne approprié de patient aux os pelviens et aux marqueurs fiducial précédemment placés par l’urologie dans la prostate. Superposer les images kilovoltage acquises sur des radiographies reconstituées numériquement à partir de l’analyse de simulation CT de planification afin de déterminer si des ajustements de position sont nécessaires et d’appliquer les changements nécessaires pour assurer l’alignement.Si les images kilovoltes démontrent un gaz intestinal excessif, demandez au patient d’expulser l’air en étant allongé sur la table de traitement si possible et réalignez et réimagez. Une fois que les images kilovoltage acceptables sont acquises et confirmées, effectuez un balayage de ct de faisceau de cône pour évaluer la vessie et le remplissage rectal appliquant des ajustements additionnels de positionnement patient basés sur l’analyse si nécessaire. Ensuite, lancez la prestation du traitement par une vérification audible entre deux thérapeutes de l’angle de portique, des unités de surveillance, du nombre de taches et de couches de balayage, et de la position de neige pour chaque angle de traitement, marquant l’isocenter de traitement pour l’alignement quotidien et en enlevant les marques après le traitement.En raison des grandes zones ciblées pendant le rayonnement de cancer du sein, les techniques de radiothérapie basées sur le photon ont comme conséquence l’exposition substantielle d’irradiation aux structures thoraciques, y compris les poumons, le coeur, et le sein contralatéral. Ces régions peuvent être épargnées par l’excès de rayonnement par protonthérapie. Plusieurs champs d’irradiation sont nécessaires pour l’irradiation craniospinale basée sur la thérapie photon.Puisque la cible CTV pour l’irradiation craniospinal inclut l’espace entier de fluide céphalo-rachidien, s’étendant du sommet de cerveau, au canal spinal, par l’équidé cauna au niveau de la jonction vertébrale S2, S3. L’avantage de l’utilisation de la protonthérapie pour le traitement craniospinal, est que la thérapie limite substantiellement la dose de rayonnement aux structures abdominales thoraciques antérieures à la moelle épinière, par rapport à la zone de la posologie expérimentée avec la thérapie basée sur le photon, pour le même temps du traitement de tumeur. Il est important que chaque patient soit placé dans une position confortable pendant la simulation de CT.De sorte que la même position peut être reproduite pour chaque session de rayonnement. La protonthérapie peut être complètement améliorée en profitant des propriétés radiobiologiques uniques des protons telles que les changements dans le transfert linéaire d’énergie, ou en combinant les protons avec d’autres modalités de traitement. Les défis incluent la sélection des patients qui bénéficieraient le plus de la protonthérapie et la façon d’utiliser des protons pour fournir quatre colonnes plus de nerf épargnant le traitement du cancer de la prostate.

Research

JoVE Journal

Medicine

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Médecine

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