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

A.H. hat Honorare von Astrazeneca, Bayer und Novartis. A.H. hat mit Astrazeneca, Bristol-Myers Squibb und Bayer angehört und war ein Sprecher für die Frankreich-Stiftung.

Strahlung Behandlungsplanung und Lieferung für Krebs ist eine sehr individuelle Prozess individuell auf jeden einzelnen Patienten und seine/ihre bestimmten Krebs. Moderne Strahlentherapie ist eine bildgebende Intervention-basierten CT-Bilder zu erhalten, während eine individuelle Ausstrahlung plant Simulation. CT-Bildgebung ist zwingend erforderlich, da es 3-dimensionale (3D) anatomische Informationen über den Patienten sowie präzise Quantifizierung der dichten Gewebe an verschiedenen Standorten innerhalb des Körpers enthält, die für die Dosisberechnung erforderlich sind. Während der CT-Bildgebung, wird der Patient auf einem motorisierten Tisch positioniert. Verschiedene mechanische Immobilisierung Geräte werden in der Regel eingesetzt, um Bewegung des Patienten während der Aufnahme und bei RT Nachlieferung zu beschränken. Je nach der geforderten Präzision, diese Geräte reichen von einfachen Formart Kissen und Kunststoff-Netze, die entsprechen der Patienten Oberfläche und dann Härten, um Bewegung zu beschränken, mehr invasive Geräte wie starre Schädel Geräte, die an Stelle gebohrt werden. Oft wird die geforderte Präzision der Immobilisierung Gerät durch die Nähe des Tumorgewebes zu in der Nähe kritischer Strukturen vorgegeben. Als Beispiel das meisten invasive Immobilisierung Gerät, einen Kopf Heiligenschein gebohrt in legen, wird manchmal verwendet, wenn einzelne Millimeter Genauigkeit erforderlich ist, zur Behandlung eines Tumors in der Nähe der Augen oder der Sehnerven, die Chance von Blindheit zu minimieren, die vom Patienten Bewegung auftreten können in eine falsche Position während der Behandlung.
CT imaging-Informationen wird auch verwendet, um interne Normalgewebe Anatomie zu optimieren. Blase Ausdehnung wird beispielsweise oft genutzt, um Blase und Dünndarm Dosis Exposition durch Bestrahlung der Prostata wie im obigen Protokoll erwähnt zu minimieren. Auch wenn Magen vor allem mit Lebensmitteln während der Simulation zur oberen Bauch Bestrahlung (z.B. Magen, Leber, distalen Ösophagus) aufgebläht ist, ist dann der Patient erneut simulierten nach so dass die Nahrung durch den Magen und Darm-Trakt passieren . Dies wird den Magen zu verkleinern und reduzieren die Chance der Strahlenbelastung während der Strahlentherapie des oberen Abdominal-Tumoren. In Fällen wo der Magen oder die Blase selbst sind Strahlung Ziele, sie werden absichtlich aufgebläht oder Optimierung der Dosisverteilung geleert.
In einigen Fällen ein Tumor ist nicht ausreichend und zuverlässig visualisiert auf CT aber genauer durch ein MRT oder PET-Scan identifiziert werden kann. In solchen Fällen werden die PET oder MRI Scans zur CT-Daten zu ergänzen, da Letzteres für die Dosisberechnung noch erforderlich ist. Dies wird erreicht durch die Registrierung der MRT und PET Bilder, CT-Aufnahmen für die Planung der Therapie. MRI-Scans bieten oft viel größere Kontrastsehen und eine höhere Auflösung als CT, die vorteilhaft für dünne, weiche Gewebe Grenzen eines Tumors wie diejenigen im Gehirn oder Leber zu identifizieren sein könnten. PET bietet eine funktionale Übersicht der Verteilung von radioaktiv-markierten Tracer-Moleküle, die dem Patienten injiziert.
Einige Tumoren entstehen in den Bereichen der Brustkorb oder Bauch wo sie deutlich mit Atmung bewegen können. Um diese Bewegung um Strahlung Richtigkeit Rechnung zu tragen, kann eine 4-dimensionalen CT, eine Art von "Film-Modus" CT-Aufnahmen verwendet werden, um die 3D Anatomie des Patienten zu erfassen, wie es ändert sich im Laufe der Zeit während der Atmung. Für einige thorakalen und abdominalen Ziele kann Kompression Riemen oder andere Mittel der Bewegung Schadensminderung verwendet werden während der Therapie Bewegung einschränken und Unsicherheit in Bezug auf Tumor Standort45zu begrenzen.
Sobald der Patient zur Behandlung simuliert wird, wird ein persönlicher Behandlungsplan entwickelt, mit Rücksicht auf die Histologie Krebs, Tumor Lage und anatomische Merkmale, die die optimale Konfiguration der Strahlenbündel, Partikeltypen, Energien zu beeinflussen, und die Dosis Ebenen für jeden einzelnen Patienten. Für jeden Patienten gelten eine Reihe von grundlegenden Fragen zunächst von der klinischen Team einen optimalen Behandlungsplan zu entwickeln. Als Ausgangspunkt muss die geeignetste Form der Strahlung ausgewählt werden. Optionen sind Photonen, Elektronen oder Protonen. Darauf folgt in der Regel die Auswahl der Strahl Angle(s) für Strahlung Anlieferung. Die meisten RT Maschinen gehören ein Roboter Patientenlagerung Tabelle und eine rotierende Gantry, mit denen RT Balken in den Patienten richten können von praktisch jedem Winkel. Die Entscheidung betrifft den Weg, die am effektivsten das Ziel mit RT trifft und beste vermeidet nicht-Zielorganismen, die in den Pfad der ausgewählten Strahlen kann. In einigen Fällen werden durch das Planungssystem nach Eingabe von Strahlung Ziele für Tumoren und normalem Gewebe Ausstrahlungswinkel bestimmt. Dieser Prozess wird als "inverse Planung" bezeichnet und erfolgt häufig im Falle von IMRT, einhergehende moduliert die Intensität von mehreren eingehenden Strahlenbündel in gewissem Sinne zeitabhängig, die bietet eine einheitliche Zieldosis aber zu sehr uneinheitlichen Dosis führen kann außerhalb des Ziels. Auch wenn Photon oder Proton Therapie Intensität moduliert, inverse Planung weitgehend in verwendet wird basierend Photon nur IMRT. Wenn solide Strahlenbündel eingesetzt werden sollen, können benutzerdefinierte Metall Kollimatoren angefertigt werden, um die Form des Strahls Strahlung mit der Form des Tumors übereinstimmen.
Wenn Protonentherapie ausgewählt ist, dann muss eine spätere Entscheidung über den Einsatz von passiven Punkt- oder PBS Techniken erfolgen. Im Falle von PBS ist eine zusätzliche Entscheidung hinsichtlich der Verwendung von MFO oder Single-Feld Optimierung/Single-Feld einheitliche Dosis (OFS/SFUD) Strategien erforderlich. MFO-Behandlungen sind mehrere Balken erforderlich zur Behandlung eines Tumors während jeder Bruchteil, da jeder Strahl richtet sich nur an einen Teil des Ziels. Im Gegensatz dazu deckt jeden Strahl für SFO Pläne, das gesamte Ziel. MFO ist oft für Tumoren in der Nähe einer kritischen Struktur begünstigt (zB., Gehirntumor in der Nähe des Sehnervs) wo eine Vielzahl von Ausstrahlungswinkel kann vorteilhaft sein, Strahlendosis zu Formen. MFO-Strategien sorgen auch dafür, dass alle die Strahlung Balken/Spots nicht "Reihe in der gleichen Gegend wo Dosis unerwartet hoch wegen der Bragg-Peak-Effekt sein könnte". Auf der anderen Seite ist SFO für Ziele in der Nähe von anatomischen Unsicherheit, wie die Prostata begünstigt, die durch differenzierte Blase und rektale Füllung verschieben können. SFO bietet verbesserte Robustheit gegen Dosis Änderungen aufgrund von anatomischen Abweichungen.
Sobald die grundlegende Planung Strategie entschieden wird, umfasst die nächste Phase der Behandlungsplanung in der Regel mathematischen Optimierung der Strahlenfelder. Die Energie, die Intensität und die räumliche Verteilung (räumlich unterschiedliche Flussmittel) der ankommenden Strahlung sind in der Regel freie Parameter in der Optimierung. Zusammen mit der großen 3D Matrixdarstellung der Anatomie des Patienten durch CT führen diese freien Variablen zu einer sehr großen Problemgröße und entsprechende große Optimierung Matrizen (z. B.von CT-Werte und Tausende von möglichen Strahl, die Intensitäten müssen Betracht gezogen Sie werden). Diese Matrizen sind eingerahmt im eine Ziel-Funktion ist eine mathematische Formulierung des "Ziels Behandlungsplanung". Wie oben erwähnt, Behandlungsziele werden priorisiert, um zuerst die verordnete Dosis an das Ziel zu erreichen, und zweitens um so niedrige Dosis als zu erreichen ist möglich, normale Gewebe. Um diese Zielsetzung zu minimieren, ist hoher Rechenleistung wollte schnell RT Transport Berechnungen durchzuführen, die die Matrizen zu füllen, und numerische Optimierungsmethoden wie Farbverlauf-Such-Algorithmen, dienen zur schnellen Suche nach lokalen Minima im die Funktion. Diese Minima entsprechen optimale Behandlungspläne für jeden einzigartigen Patienten. Die Rolle von Computern in der Behandlungsplanung kann nicht überbewertet werden. Moderne Strahlentherapie und Röntgendiagnostik wäre nicht möglich ohne die Computer-Fortschritte der vergangenen drei Jahrzehnte.
Als ein Endstadium wird der optimalen Behandlungsplan durch das medizinische Team (Arzt, Dosimetrist und Physiker) überprüft. In vielen Fällen kann der Plan weiter angepasst oder neu optimiert mit unterschiedlichen Zielen zur Verbesserung der Gesamtqualität. Sobald der Plan optimal gefunden wird, sind die technischen Parameter des Plans von einem Physiker überprüft und auf die Behandlung Lieferung Rechner übertragen.
In vielen Fällen gibt der Patient für mehrere Brüche in Behandlung (Sitzungen), oft jeden Wochentag für mehrere Wochen zurück. Mehrtägige Fraktionierung akuten strahleninduzierten Nebenwirkungen verstärken kann aber möglicherweise verringern spät, schwerwiegender Nebenwirkungen von RT mit Single-Fraktion Behandlung12im Vergleich. Multi-Bruchteil Ansätze sind optimal für Tumoren, die sich schnell teilenden sind oder nicht in der Lage, subletale Beschädigung von RT zu reparieren Allerdings hängt dies von der exakten Behandlung vor Ort und die Empfindlichkeit der umliegenden normalen Gewebe. Da das Ziel der Strahlung Behandlung Lieferung ist, die gleiche Behandlung während der einzelnen Fraktionen, können sogar ein paar Millimeter Bewegung oder Unsicherheit in der Position des Patienten zum Abbau der Partikel-Therapie-Behandlungsplan führen. Aus diesem Grund an Bord Bildführung sind Systeme von zentraler Bedeutung bei der Multifraktions RT. x-ray Imager, Cone Beam CT Scans oder optische, Laserscanning-Oberfläche Imager sind für diesen Zweck zur Verfügung. Diese Geräte ermöglichen durch die Darstellung der anatomischen Landmarken, Tumor-Ziele oder Surrogat Radio-opak Kugelmarker bildgestützten Strahlentherapie (IGRT). Die IGRT Bilder sind im Vergleich zu den ursprünglichen Simulation-Scans und vor jeder Bruchteil der Strahlung Bedarf angepasst.
Trotz den Vorteil die endliche Reichweite der Protonentherapie, die die Ausfahrt Dosis beschränkt, ist die Genauigkeit der Reihe Vorhersage normalerweise gesehen in die Behandlungsplanung in der Größenordnung von wenigen Millimetern. Die genaue Energieverlust in verschiedenen Patienten Geweben ist ungewiss, Erstens, da die genauen molekularen Bestandteile des Gewebes nicht eindeutig sind, und zweitens da die Anatomie des Patienten im Laufe der Zeit ändert, sowohl über Zeiträume (z. B. Atmung kurze) und längere Fristen (z.B., Gewichtsverlust, Tumorschrumpfung, normale Anatomie Veränderungen). Um diese Unsicherheit zu begegnen, ist das Ziel-Volume einen zusätzlichen Rand des normalen Gewebes gleich hinter die maximale Tumor Tiefe ist, ein "distalen Rand" hinzugefügt. Solch eine Marge sorgt dafür, dass auch mit den Unsicherheiten im Bereich Vorhersage die gesamte Tumor Tiefe mit hohem Vertrauen behandelt werden. Leider kann am Normalgewebe Rand dadurch die volle RT-Dosis ausgesetzt werden die potentiell zu erheblichen Nebenwirkungen von RT in diesem Gewebe führen können. Im Gegensatz dazu wie Photonen nicht aufhören sondern eher das Ziel beenden, ist kein solcher distalen Rand mussten Bereich Unsicherheit zu kompensieren. Eine geometrische Marge noch Photonentherapie Adresse positionellen Unsicherheiten des Ziels genutzt, aber Photonen sind viel weniger empfindlich als Protonen, der genaue Status der Patienten Gewebe stromaufwärts des Ziels. Daher kann die erforderliche Marge manchmal kleiner für Photonen als Protonen sein. Dies kann so verstanden werden, indem man bedenkt, dass Protonen kontinuierlicher Energieverlust in Geweben zu, die großen Einfluss auf die Position ihres Verbreitungsgebietes unterziehen, Photonen sind ungeladen und freie Fahrt in den leeren Raum zwischen den Atomen und ihren orbitalen außer seltenen Kollisionen mit Elektronen oder Kerne. Große Dichteunterschiede im Gewebe, z. B.., metallische Gegenstände oder Hohlräume, jedoch immer noch beeinflussen Photon Dosis sowie Proton Dosis, aber eine geringere Größe.
Eine endgültige und wichtige Unsicherheit bezieht sich auf die strahlenbiologischen Wirksamkeit (RBE) der verschiedenen Formen der Strahlung. Die RBE ist das Verhältnis von Dosen, aus einem Verweistyp Strahlung und eines Testtyps Strahlung, unter der Bedingung, dass beide Strahlungsarten die gleiche biologische Wirkung zu erzielen. Je höher die RBE, desto mehr Strahlung pro Einheit der Energie Ablagerung im Gewebe zu beschädigen. Der RBE-Verhältnis ist in Bezug auf Photon-Strahlung definiert. Trotz dieser einfachen Beschreibung gibt es eigentlich großer Unsicherheit bezüglich der RBE-Werte für geladene Teilchen im Gegensatz zu den Photonen. Unterschiede in der räumlichen Dosisverteilungen zwischen Photonen und geladene Teilchen im Mikrometer und Nanometer-Maßstab führen zu Unterschieden in biologische Wirkung, auch wenn die makroskopischen Dosen identisch sind. Dies kann durch die Untersuchung der räumlichen Muster von DNA-Schäden nach Exposition mit geladenen Teilchen in verschiedenen Dosierungen und verschiedene kinetische Energien verstanden werden. Unterschiedliche kinetische Energien und unterschiedliche Ladungen (+ 1) Protonen und Kohlenstoffionen (+ 6) führen, die Unterschiede in der Energieübertragung in unterschiedlichen Tiefen des Patienten, während für Photonen, die Energieübertragung vergleichsweise niedriger und auch homogener in der gesamten ist der Patient. Zwar theoretisch verstanden, gibt es bedeutende Debatte in der Strahlung Onkologiegemeinschaft in Bezug auf die Fähigkeit, genau vorherzusagen, solche biologischen Effekte. Für Kohlenstoff-Ionen-Therapie gibt es einen Mangel an Konsens zur bestmöglichen diese biologischen Effekte, Modell, obwohl Einigkeit besteht, dass solche Effekte modelliert werden müssen, um die Therapie zu bieten. Für Protonen die meisten klinische Zentren planen derzeit Therapie ohne explizite Modellierung der RBE-Effekte, mit Ausnahme der Nutzung eines konstante Korrektur-Faktor von 1,1, aber dies dürfte sich in naher Zukunft ändern, wie neue kommerzielle Behandlung Planungssysteme zu beginnen sind biologische Modellierung von Software-Tools um die RBE der Protonentherapie zu modellieren.
Mit der Fertigstellung von randomisierten Studien, einschließlich RADCOMP, PARTIQoL und RTOG 1308 hätten wir mehr konkrete Antworten, die welche Formen der Strahlung bzw. für Brust-, Prostata- und Lungenkrebs, überlegen sein können. Ähnliche Studien sind für andere Krankheit-Standorte geplant, die helfen können, um besser zu identifizieren, die beste Behandlungsmethode für diese Tumorarten. Allerdings gibt es bereits genügend Daten darauf die Überlegenheit der Protonen in bestimmten Einstellungen, vor allem in der pädiatrischen Population, wo erhebliche Normalgewebe Schonung erheblich Morbidität von Toxizitäten, darunter sekundäre verkürzen Malignome.

Schätzungsweise 1,7 Millionen Personen in den Vereinigten Staaten mit Krebs im Jahr 2018, mit mehr als 600.000 erliegen der Krankheit1diagnostiziert werden. Aktuelle Behandlungsmöglichkeiten beinhalten Mono oder modality Therapie mit Operation, Strahlentherapie (RT) und systemische Behandlungen. In Bezug auf RT erhalten sie ein Viertel der neu diagnostizierten Patienten wie Teil ihrer ursprünglichen Krebstherapie und fast die Hälfte letztlich sie während ihrer Krankheit Kurs2,3 benötigen.
Das Aufkommen der RT stammt aus dem Jahre 1895 Wilhelm Conrad Röntgen Röntgen beim Arbeiten mit einer Kathodenstrahlröhre in seinem Labor an der Universität von Würzberg in Deutschland4 entdeckte. Nicht lange danach erhielten Patienten mit weit reichenden Krankheiten wie Lupus und Krebs Behandlungen mit Radiumstrahlen. Frühkomplikationen wurden schnell realisiert und wurden sogar von Pierre Curie in seinen Nobelpreis Vortrag5diskutiert. Da Strahlung Normal und Tumor Gewebe betrifft, müssen sorgfältig kontrollierte Dosen von Strahlung verwendet werden, um das therapeutische Verhältnis, definiert als die Wahrscheinlichkeit der Tumorkontrolle gegen die Wahrscheinlichkeit der inakzeptablen Toxizität zu maximieren. Mit schrittweise Fortschritte in der Technologie, sowie besseres Verständnis der Strahlenbiologie und Physik hat dieses therapeutischen Verhältnis mit der Zeit erheblich verbessert. Die Verwendung von RT hat Ergebnisse für verschiedene Krebsarten erheblich verbessert, wie durch seine Aufnahme in nationalen Richtlinien für Krebs-Therapie6,7,8,9wider. In einigen Fällen kann RT als alleinige Modalität für Therapie10verwendet werden, während bei anderen Krankheiten, es als Teil der Multimodalität Therapie für örtliche Krankheitskontrolle oder die Beseitigung der mikroskopischen Krankheit11verwendet werden kann. Obwohl häufig mit heilender Absicht verwendet, sind viele RT Patienten behandelten für die Linderung von Schmerzen oder andere Symptome, die von Tumor-induzierte Kompression, Invasion oder Zerstörung der normalen Gewebe in der Umgebung des Lok-Regional entwickeln oder weit verbreitet, metastasiertem Erkrankung.
Die grundlegenden Prinzipien hinter RT sind unkompliziert. Bei der Anwendung von Strahlung ist Energie in Zellen durch die Ionisation von Atomen hinterlegt. Diese Energie, produziert obwohl es möglicherweise die Temperatur einer bestrahlten Region von nur wenigen Microkelvin erhöhen freie Radikale, die direkt Schaden ausgesetzt Zellen mittels DNA-Schädigung12,13. Ein Großteil unseres Verständnisses von hochenergetischer Teilchenstrahlung und seine Wechselwirkung mit Materie stammt aus theoretischen und experimentellen Untersuchungen der kosmischen Strahlung und ihrer Wechselwirkungen in der oberen Atmosphäre in den frühen 20th Jahrhundert14durchgeführt. Hochenergetischer (MeV, GeV) geladenen Teilchen mit Materie in erster Linie über die elektromagnetische Kraft interagieren: Diese Partikel Durchgang durch Materie oder Gewebe, unelastischen Zusammenstöße mit orbital Elektronen führen zu Ionisation und Anregung der Ziel-Materie, und elastischen Kollisionen mit Atomkernen führen zu streuen oder Ablenkung von der Teilchenbahn. Darüber hinaus führen atomare Kollisionen und harte Stöße mit Elektronen zu einer Kaskade von Sekundärstrahlung, die die ionisierende Wirkung der Partikelstrahlung hinzufügt. Hochenergetische Teilchen durchqueren Angelegenheit so hinterlassen ein Gefolge von ionisierten Atome, Moleküle und freien Elektronen, die chemisch reaktive und können potenziell induzieren biologische Veränderungen oder Schäden auf Organismen diese ionisierenden Feldern ausgesetzt.
Eine langfristige Hauptziel der Strahlentherapie wurde wie Sie am besten lernen, nutzen Sie diese Felder in einer Weise, die menschliche Krankheit effektiv zu behandeln, wird ionisierende. Die ideale Form der Strahlung (z. B. Photon, Proton, Elektron oder Schwerionen) sollte klinisch ausreichende Ionisation im Krankheit Ziel zu therapeutischen anti-Tumor-Wirkung, während zur gleichen Zeit Ursache minimale Ionisation in der umgebenden normalen induzieren. Gewebe, nachteilige Auswirkungen zu minimieren. Welche Art von Strahlung für RT ausgewählt ist hängt zum Teil von der zu behandelnden Krankheit. Für Tumoren, die befinden sich tiefer in den Körper und können auch chirurgisch funktionsunfähig werden, gelten als Megavolt Photonen, Protonen und schweren Ionen optimale15,16. Für oberflächliche Krebsarten, wie diejenigen, die die Haut möglicherweise Elektron Therapie optimal und sogar vorzuziehen, Chirurgie für Cosmesis. Auf der anderen Seite liegt der Vorteil von Megavolt Photonen in ihrer Fähigkeit, tief in das Gewebe eindringen, während die Begrenzung der Schäden an der Haut. Im Fall von geladenen Teilchen wie Elektronen, Protonen oder schweren Ionen liegt ihr Hauptvorteil in ihren "stoppen" Eigenschaften; Das heißt, geladene Teilchen verlieren Energie kontinuierlich über die unelastischen Zusammenstöße, oben beschriebenen, und dieser Energieverlust ist sehr vorhersehbar auf die Millimeter-Skala. Daher kann ein geladenes Teilchenstrahl zu einem Patienten mit präzise Energien zur gewünschten tiefen geliefert werden. Darüber hinaus produzieren geladene Teilchen wenig bis gar keine Ausfahrt Dosis17. Im Gegensatz dazu weisen ungeladene Teilchen wie Photonen eine exponentielle Abnahme (Dämpfung) mit zunehmender Tiefe, führt oft zu einer erheblichen Ausfahrt-Dosis, die gesundes Gewebe distal zum Ziel beeinträchtigen könnten. Diese Konzepte sind in Abbildung 1, demonstriert, die die Strahlung Dosis (Ionisation) Eigenschaften der verschiedenen Arten von Strahlung verwendet klinisch zeigt. Eine zentrale Motivation für den Einsatz von Protonen oder Kohlenstoffionen statt Photonen für tiefere Tumor Ziele ist, dass es nur minimale Dosis Eintrag Dosis und in der Nähe von Null Ausgang Dosis über Zielgeweben. Tabelle 1 fasst einige der klinisch relevanten Merkmale des Photon und Proton Beams.
Fortschritte auf dem Gebiet der Strahlentherapie, einschließlich der Protonentherapie, auf zwei großen Fronten aufgetreten: 1) den Bau von effizienten Teilchenbeschleunigern erzeugen energiereichen Strahlung, (MeV) wie Synchrotron und Zyklotron-Beschleuniger, und (2) die Entwicklung von anspruchsvollen Berechnungsmethoden, die Krankheit Bilddaten und Strahlung Transportrechnungen erlauben computersimulierte kombinieren "Behandlungsplanung." Für die Behandlungsplanung, werden Patienten in der Regel Computertomographie (CT) Bildgebung unterzogen. Die CT-Bilder enthalten 3-dimensionale anatomischen Informationen der Patienten sowie präzise Quantifizierung der dichten Gewebe. Die CT-Bilder und Dichte Karten dienen dann in Computersimulationen, um die Bestrahlung zu planen: die Energie und Intensität des Strahlungsfeldes sind mathematisch optimiert für jeden Patienten. Eine Magnetresonanztomographie (MRT)-Scan oder eine Positronen-Emissions-Tomographie (PET)-Scan kann auch verwendet werden, um den CT-Daten zu ergänzen.
Im folgenden beschreiben wir Schritt für Schritt Überblick, wie Patienten durch ihre Strahlung Behandlungszyklus, gefolgt von der Beispiele für bestimmte Tumorarten behandelt mit Protonentherapie navigiert werden.

<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

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

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

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

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

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 ...

Es ist wichtig, das Potenzial und die sich entwickelnde Rolle der Protonenstrahlentherapie zur Behandlung bestimmter Krebsarten im Rahmen der traditionelleren Photonenstrahlungstherapie zu verstehen. Eine wichtige Herausforderung besteht darin, die Krebszustände zu identifizieren und zu verstehen, die für eine Protonenstrahlungstherapie besonders geeignet sind und von ihnen profitieren können. Wie bei anderen Formen der externen Strahlentherapie wird die Protonentherapie auf nicht-invasive Weise mit einem externen Robotergerät, das sich um den Patienten bewegt, geliefert.Die Stelle, an der der Protonentherapiestrahl im Körper endet, kann mit hoher Präzision gesteuert werden. Ideal für Tumore neben kritischen gesunden Organen. Bevor Sie mit der Simulation beginnen, legen Sie die erweiterte Tischplatte in den Behandlungstisch ein und stellen Sie sicher, dass sie gesperrt ist.Legen Sie ein aufgeblasenes Immobilisierungskissen über die Tischplatte und die Indizierungsleiste für die Beinform auf dieser Ebene des Knies des Patienten. Legen Sie eine solide Kopfstütze an der Spitze des Tisches und bestätigen Sie, dass der Patient den vollständigen Blasenprozess abgeschlossen hat, indem er 45 Minuten vor der geplanten Scanzeit 16 bis 24 Unzen Flüssigkeit getrunken hat. Nachdem Sie den Patienten in die Computertomographie oder das CT-Patientenregistrierungssystem registriert haben, wählen Sie das Prostata-Scanprotokoll mit einer Schnittdicke von drei Millimetern aus.Bitten Sie den Patienten, auf dem Tisch zu sitzen und den Patienten in eine Supine, Kopfposition zu unterstützen. Legen Sie die Beine der Patienten in das aufgeblasene Immobilisierungskissen, so dass die Form die Seite der Beine umhülleundt und eine Barriere zwischen den Beinen schafft und die Arme des Patienten auf der Brust positioniert. Bestätigen Sie die Ausrichtung des Patienten mit dem Lasersystem und schließen Sie die Doppelvakuumpumpe an die Düse des Immobilisierungskissens an.Sobald sich der Patient in einer wartungsfähigen Position befindet, entfernen Sie mit der Qfix Dual-Vakuumpumpe die Luft aus dem Immobilisierungskissen, um eine feste Form um ihre Beine und Füße zu bilden. Passen Sie den Behandlungstisch manuell so an, dass sich die Laserfaden auf der Hüfthöhe und an der Mittellinie der Hüfte und des Bauches auf Höhe des Hüftgelenks befinden. Verwenden Sie einen Markierungsstift, um die Positionen der Fadenkreuze anzugeben, und platzieren Sie Lokalisierungsmarkierungen auf den Markierungen, um einen Startpunkt für die Überprüfungssimulation während der Strahlungsabgabe festzulegen.Legen Sie die entsprechenden CT-Scanparameter fest, um den Beckenbereich von der L3-Wirbelsäule bis zum mittleren Oberschenkelknochen einzubeziehen. Scannen Sie dann den Patienten mit dem Prostata-Scanprotokoll und exportieren Sie die digitale Scandatei in die Behandlungsplanungssoftware, bevor Sie die Symmetrie benachrichtigen. Verwenden Sie für die Strahlenbehandlungsplanung die Konturierungswerkzeuge des Behandlungsplanungssystems, um alle relevanten geometrischen Volumen auf Basis der erfassten CT-Bilder zu definieren.Konturieren Sie das erste klinische Zielvolumen, oder CTV1, um die Prostata, Samenbläschen, und beteiligt Lymphknoten enthalten. Das CTV1 wird 45 Grautöne vorgeschrieben und hat das Aussehen einer U-förmigen Struktur auf den axialen Bildern. Das normale Gewebe des kleinen Darms, des Rektums und der Blase befindet sich innerhalb des U-förmigen Zielvolumens.Konturieren Sie das CTV2, um die Prostata und Samenbläschen enthalten. Dem CTV2 wird eine Gesamtdosis von 34,2 Grautönen verschrieben. Wählen Sie drei Strahlen in Portalwinkeln von 90, 180 und 270 Grad für die Behandlung des CTV1-Volumens aus.Und wählen Sie nur die 90- und 270-Grad-Strahlwinkel für die CTV2-Behandlung. Maßnahme zur Bestätigung der Genauigkeit der geplanten Dosis mit Ionisationskammer-Arrays und zur Überprüfung der Genauigkeit der Dosisberechnung mit einer sekundären unabhängigen Dosisberechnungssoftware. Wenn die Pläne und Dosisverteilungen den akzeptierten Dosisbeschränkungsrichtlinien und robustkeit entsprechen, erhalten Sie die ärztliche Zulassung, bevor Sie alle Behandlungsplanungsdaten in das Behandlungssystem für die Patientenbehandlung exportieren.Am Tag der Behandlung den Behandlungsraum zu arrangieren, um die Patienteneinrichtung während der CT-Simulation verwendet zu reproduzieren. Achten Sie darauf, dass das Immobilisierungskissenetikett mit der Patienten-ID übereinstimmt und legen Sie das Kissen mit der richtigen Indizierung und der entsprechenden Kopfstütze an der Spitze des Tisches auf den Behandlungstisch. Bestätigen Sie, dass der Patient den vollständigen Blasenprozess abgeschlossen hat und eskortieren Sie den Patienten in den Behandlungsraum.Helfen Sie dem Patienten in die Hinterhältende Position auf den Behandlungstisch mit Händen über die Brust und die Beine im Immobilisierungskissen geklammert. Bewegen Sie die Behandlungstabelle elektronisch von der Lastposition in Richtung Isozentrum, um den Patienten an den Markierungen auszurichten, die während der Simulation platziert wurden. Anpassen der Tabelle, um bei Bedarf grobe Fehler in der Patientenpositionierung zu korrigieren.Sobald der Patient richtig an den Simulationsmarkierungen ausgerichtet ist, schließen Sie die Verschiebungen von der Startposition zu den während des dosimetrischen Behandlungsplanungsprozesses ermittelten Schichten ab, um den Patienten an dem gewünschten Behandlungsisozentrum auszurichten. Führen Sie orthogonale Kilospannungs-Bildgebung durch, um die richtige interne Patientenausrichtung auf die Beckenknochen und die treuen Marker zu sicherstellen, die zuvor von der Urologie innerhalb der Prostata platziert wurden. Überlagern Sie die erfassten Kilospannungsbilder auf digital rekonstruierten Röntgenaufnahmen aus dem Planungs-CT-Simulationsscan, um festzustellen, ob Positionsanpassungen erforderlich sind, und wenden Sie alle notwendigen Verschiebungen an, um die Ausrichtung zu versichern.Wenn die Kilovolt-Bilder übermäßiges Darmgas zeigen, bitten Sie den Patienten, die Luft zu vertreiben, während er auf dem Behandlungstisch liegt, wenn möglich und neu auszurichten und neu zu bilden. Sobald akzeptable Kilospannungsbilder erfasst und bestätigt sind, führen Sie einen Kegelstrahl-Ct-Scan durch, um die Blasen- und Rektalfüllung zu bewerten, indem Sie bei Bedarf zusätzliche Positionierungsanpassungen für den Patienten auf der Grundlage des Scans vornehmen. Dann initiieren Sie die Behandlungsabgabe mit hörbarer Überprüfung zwischen zwei Therapeuten des Portalwinkels, Monitoreinheiten, Anzahl der Scan-Spots und -Schichten und Schneeposition für jeden Behandlungswinkel, markieren Sie das Behandlungsisozentrum für die tägliche Ausrichtung und entfernen Sie die Markierungen nach der Behandlung.Aufgrund der großen Bereiche, die während der Brustkrebsstrahlung ins Visier genommen werden, führen photonbasierte Strahlenbehandlungstechniken zu einer erheblichen Bestrahlungsexposition gegenüber Thoraxstrukturen, einschließlich der Lunge, des Herzens und der kontralateralen Brust. Diese Regionen können durch Protonentherapie von übermäßiger Bestrahlung verschont bleiben. Für die Photonentherapie-basierte Craniospinalbestrahlung sind mehrere Bestrahlungsfelder erforderlich.Da das Ziel-CTV für die craniospinale Bestrahlung den gesamten zerebrospinalen Flüssigkeitsraum umfasst, der sich vom Hirnscheitelpunkt bis zum Spinalkanal erstreckt, durch die Cauna-Equida auf Höhe der S2, S3-Wirbelkreuzung. Der Vorteil der Protonentherapie für die Craniospinalbehandlung besteht darin, dass die Therapie die Strahlendosis auf die brustaxigen Bauchstrukturen vor dem Rückenmark im Vergleich zum Bereich der Dosierung, der mit photonenbasierter Therapie erlebt wird, für die gleiche Zeit der Tumorbehandlung wesentlich begrenzt. Es ist wichtig, dass jeder Patient während der CT-Simulation in eine komfortable Position gebracht wird.Damit für jede Strahlungssitzung die gleiche Position reproduziert werden kann. Die Protonentherapie kann durch die Nutzung der einzigartigen radiobiologischen Eigenschaften von Protonen wie Veränderungen der linearen Energieübertragung oder die Kombination von Protonen mit anderen Behandlungsmodalitäten gründlich verbessert werden. Zu den Herausforderungen gehören die Auswahl der Patienten, die am meisten von der Protonentherapie profitieren würden, und die Verwendung von Protonen, um vier Säulen mehr nervenschonende Prostatakrebsbehandlung zu liefern.

Research

JoVE Journal

Medicine

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Forschung

Medizin

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Halbautomatische Anpassung der Umlauftumorzellen (CTC)-Assays für die klinische und vorklinische Forschungsanwendungen

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In vitro Enrichment of Ovarian Cancer Tumor-initiating Cells

In vitro Anreicherung des Eierstockkrebs Tumor-initiierenden Zellen

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

Optimierte LC-MS/MS-Methode für die Hochdurchsatz-Analyse der klinischen Proben von Ivacaftor, seinen Hauptmetaboliten und Lumacaftor in biologischen Flüssigkeiten von Mukoviszidose-Patienten

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

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

Eine Ratte Carotis Arterie Druck-kontrollierte segmentale Ballonverletzung mit periadventitialen therapeutischen Anwendung

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

Charakterisierung der Exon-Skipping-Effizienz in DMD-Patientenproben in klinischen Studien mit Antisense-Oligonukleotiden

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

Anwendung von Lucilia sericata Larven beim Debridement von Druckwunden in ambulanten Einrichtungen

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 Anwendung von 24 g Kanülennadel und 3-0 Polypropylennaht in der Vas Deferens Exploration

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 ...