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

レジスタは、NIH のローンの返済プログラムから助成を認めています。A. h. は、バイエル、クロービス、星座、Agensys、Sotio、セルリアン、および Calithera から資金を受けています。

A. h. は、アストラゼネカ、バイエル、ノバルティスから謝礼です。A. h. は、アストラゼネカ、ブリストル ・ マイヤーズ スクイブ社、バイエルと相談しているし、フランス財団のスピーカーだった。

放射線治療計画と癌のための配達は、パーソナライズ、個々 の患者と彼/彼女の特定の癌に非常にカスタマイズされたプロセスです。モダンな放射線治療、画像誘導カスタマイズされた放射線治療計画シミュレーションの時の介入に基づく CT 画像が得られます。線量計算に必要な体内の別の場所で組織密度の患者として正確な定量化に関する 3 次元 (3 D) 解剖学的情報が含まれているので、ct は必須です。Ct 中に患者はモーターを備えられたテーブルの上に配置されます。いくつかの機械的に固定デバイスは、イメージング中とその後の RT 配信中に患者の動きを制限する通常使用されます。剛体頭蓋デバイスなどの複数の侵襲的なデバイスに要求される精度、単純なモールド型クッションと患者の表面に適合し、動きを制限を強化し、プラスチック メッシュからこれらのデバイス範囲に応じて、場所で掘削されています。多くの場合、固定具の必要な精度、腫瘍の近くに重要な構造への近さによって決まります。例として、最も侵襲的な固定具、掘削ヘッドのヘイローを配置、1 ミリメートル精度が目や視神経失明患者の移動から生じる可能性を最小限に抑えるための近くの腫瘍を治療するために必要なとき時々 使用治療中に不適切な位置。
CT についてはまた内部の正常組織解剖学を最適化するために使用されます。たとえば、膀胱の膨満感は膀胱や小腸プロトコルを上で述べたように、前立腺の照射から被曝を最小限に抑えるためしばしば利用されています。同様に、胃が特に上腹部照射 (例えば、胃、肝臓、食道) のシミュレーションの間に食糧と膨張する場合、患者は再模擬胃や腸管を通過する食品を可能にした後.これは胃を縮小し、上部の腹部腫瘍の放射線療法中に放射線被曝のチャンスを減らします。場合、胃や膀胱自身は放射線のターゲットが、意図的に膨張または線量分布を最適化するために空になる可能性があります。
いくつかのインスタンスでは、腫瘍は CT で十分に、または確実にも視覚化はされませんが、MRI や PET スキャンによってより正確に識別することがあります。このような場合は、PET や MRI スキャンは後者の線量計算が必要ですので、CT データを補完するためにされます。これは、治療計画用 CT 画像、MRI や PET 画像を登録することによって達成されます。MRI スキャンは、しばしば多くの大きい視覚的なコントラストと CT は、脳や肝臓など腫瘍の薄い、軟部組織の境界を識別するために有益であるかもしれないより高い解像度を提供します。ペットは、患者に注入される放射性標識トレーサー分子分布の機能ビューを提供します。
それらは呼吸と共に大幅移動可能性があります胸部または腹部の分野でいくつかの腫瘍が発生します。放射線精度を保証するこの動きにするために、呼吸時に時間をかけて変更される 3 D 患者解剖学をキャプチャする 4 次元 CT、「ムービー モード」ct の種類を使えます。いくつかの胸部および腹部のターゲットの圧縮ベルトまたは動きの軽減の他の手段の動きを制限し腫瘍の場所45に関する不確実性を制限治療中に使用することがあります。
癌、腫瘍の場所、および放射線ビーム、粒子の種類、エネルギーの最適な構成に影響を及ぼす、解剖学的特徴を考慮した個別の治療計画を開発した治療のため患者がシミュレートされ、一度個々 の患者の用量レベル。各患者のための基本的な質問の数が最適な治療計画を開発する臨床チームによってと見なされます最初があります。開始点として放射線の最も適切なフォームを選択してください。オプションには、光子、電子、または陽子が含まれます。これは通常、梁 angle(s) 放射の配達のための選択が続いた。RT のほとんどのマシンには、事実上任意の角度によって位置決めテーブル、RT 梁患者に指示することができる回転ガントリー ロボット患者が含まれます。最も効果的に RT とターゲットを打つパスを見つけないと決定と最高回避非ターゲット選択した梁のパスで表示される可能性があります。いくつかの場合、ビームの角度、腫瘍と正常組織の放射線目標で入力後の計画システム自体によって決まります。このプロセスは「逆計画」と呼ばれる複数強度を調節することを含む IMRT の場合、しばしば行われます統一目標用量を提供するが、高不均等投与につながる可能性があります時間依存的に着信の放射ビームターゲット外。光子またはプロトン療法の強度変調、逆の計画、主に利用されている可能性がありますが、光子はのみ IMRT を基づいています。固体放射線ビームを使用する場合は、カスタム金属コリメータは腫瘍の形の放射ビームの形状に合わせて作製した可能性があります。
陽子線治療を選択した場合、後続の決定はパッシブ散布図または PBS のテクニックの使用についてされる必要があります。PBS、場合は、MFO または単一フィールドの最適化/単一フィールド均一な線量 (SFO/SFUD) 戦略の使用に関する追加決定が必要です。MFO のトリートメント、複数のビームが各ビームのみターゲット ターゲットの部分以来すべての分数の間に腫瘍を治療するために必要です。対照的に、SFO の計画のすべてのビームはターゲット全体をカバーしています。MFO はしばしば重要な構造に近い腫瘍の支持 (e.g。、視神経付近の脳腫瘍) 様々 なビーム角度は線量を彫るに有利であるかもしれません。MFO 戦略も、すべて放射線ビーム/スポットはしないように"範囲"線量をブラッグ ピーク効果により予想外に高いことのできる同じエリアに。その一方で、SFO は差分膀胱と直腸の充填のために動くことができる前立腺などの解剖学的不確実性の領域の近くのターゲットに支持されます。SFO では、解剖学的な差異による線量変化に対する強化された堅牢性を提供します。
一度基本的な計画戦略を決定すると、治療計画の次の段階は通常の放射界の数理最適化を含まれます。エネルギー、強さ、および着信放射線の空間分布 (空間的変化する磁束) は、通常無料パラメーター最適化です。CT による患者の解剖学の大きな 3 D マトリックス表現とともにこれらの自由変数は非常に大規模な問題サイズと対応する大規模な最適化につながる行列 (例えばCT 値の何千と何千もの可能なビーム強度にする必要があります。見なす)。これらの行列は、治療計画の「目標」の数学的定式化である目的関数で囲まれています。前述のように、治療目標にまずターゲットに処方量を達成するために優先、第二に低用量の達成するために正常組織へ可能です。すぐに行列を設定する RT 輸送計算を実行する、この目的関数を最小化する高い計算力が必要なグラデーション検索アルゴリズムなどの数値最適化手法を使用してローカル ミニマムをすばやく検索関数。これらの解はユニークな患者ごとに最適な治療計画に対応しています。治療計画におけるコンピューターの役割を誇張することはできません。モダンな放射線治療、放射線診断過去 3 年間のコンピューターの進歩なしことができないでしょう。
最終段階として最適化された治療計画は (医師、士、物理学者) の医療チームによって審査されます。多くの場合、計画をさらに適応または全体的な品質を改善するために異なる目的に再最適化可能性があります。計画が最適なものが見つかったら、計画の技術的なパラメーターは、物理学者レビューや治療配信マシンに転送します。
多くの場合、患者は、複数治療分数 (セッション) の数週間平日頻繁を返します。複数日分別急性放射線による副作用を強めることができますが、単一分数治療12と比較して RT の後半より深刻な副作用の可能性を減らすことができます。多分数が急速に分裂する腫瘍に最適なルートから致死ダメージを修復できません。しかし、これは正確な治療部位と周辺の正常組織の感受性に依存します。放射線治療配信の目標は、各分画の中に同じ治療を管理することは、以来も数ミリの動きまたは患者の位置の不確実性の粒子療法の処置の計画の低下につながる可能性があります。この理由から、この目的のためのオンボード画像ガイダンス システムは、多ルート x 線イメージャ、円錐ビーム CT スキャン、または光学、レーザー スキャン表面撮像素子の間に重要に充実しています。これらのデバイスは、解剖学的ランドマーク、腫瘍ターゲット、または代理ラジオ不透明なマーカのイメージングによる画像誘導放射線治療 (治療) を許可します。治療のイメージは元のシミュレーション スキャンと比較して、放射線の各分画の前に必要に応じて調整。
陽子線治療終了の投与量を限るの有限の範囲の利点にもかかわらず治療計画で通常見られる範囲の予測の精度は、数ミリ程度です。さまざまな患者組織の正確なエネルギー損失である、まず、組織の厳密な分子部品はあいまいで、第二に、患者の解剖学が変わるので両方で短いタイム スケール (例えば呼吸) と長い時間スケール (例えば、体重減少、腫瘍縮小効果、正常解剖学変更)。この不確実性に対処するため「遠位端マージン」は、最大腫瘍深さを越えてちょうど正常なティッシュの追加マージンは、ターゲット ・ ボリュームに追加されます。このような余白範囲予測の不確実性でも全体の腫瘍の深さが高い自信を持って処理することを保証します。残念なことに、正常組織のマージンは、その組織における RT 副作用につながる可能性、完全な RT 用量に結果として公開できます。対照的に、光子は停止なくターゲットを終了ではなく、このような遠位端マージンは必要ありません範囲の不確実性を補うために。幾何マージンはまだターゲットのアドレス位置の不確実性に光子療法で使用が、光子はターゲットの忍耐強いティッシュ上流の正確なステータスに陽子よりもはるかに少ない敏感。したがって、必要なマージンは、光子の陽子よりも小さいことがあります。これは陽子が大きく光子は荷電および原子とまれを除いて、自分の軌道の間に空の空間で自由に旅行に対し、範囲の位置に影響を与える組織の連続的なエネルギー損失を受けることを考慮したが理解できます。電子や原子核と衝突。組織、例えば大きな密度差。、光子線量陽子線量だけでなく、しかし下の大きさに影響を与えるまだ金属オブジェクトまたは空気のキャビティ、ただし、します。
最後、重要な不確実性は放射の異なった形態の放射線効果 (比 RBE) に関係します。RBE 参照放射型と同じ生物学的作用を両方放射型に生成条件下でのテスト放射型からの線量の比では。高い RBE、組織におけるエネルギー付与の単位放射線の損傷より。RBE 比は、フォトン放射に関して定義されます。この簡単な説明は、にもかかわらず、荷電粒子の光子とは対照的に RBE 値に関して実際に大きな不確実性があります。巨視的線量が同じ場合でも、光子とマイクロ及びナノ単位のスケールでの荷電粒子の空間線量分布の違いは生物学的効果の違いに します。これは、異なる用量と異なる運動エネルギー荷電粒子への暴露後の DNA 損傷の空間パターンを調べることによって理解できます。別の運動エネルギーや炭素イオン (+6) と陽子 (+1) の別の料金は、患者の異なる深さでエネルギー転送の違いにつながる光子、エネルギー転送は比較的低いと全体もより均一なに対し患者。理論的に理解し、このような生物学的効果を正確に予測する能力に関する放射線がんのコミュニティで重要な議論があります。炭素イオン線治療の契約療法を提供するためにこのような効果をモデル化する必要があることがありますが、これらの生物学的効果をモデル化する最善の方法についてのコンセンサスの欠如があります。陽子、最も臨床センターは現在 RBE 効果、1.1 の定数補正係数を使用して除いての明示的なモデリングなし療法を計画、これは新しい商業治療計画システムを始めていると、近い将来に変更される可能性が生物は、陽子線治療の RBE をモデル化するソフトウェア ツールをモデリングします。
無作為化試験、RADCOMP、PARTIQoL、米国 1308 など完成し、どの放射線の形態優位である可能性、乳房、前立腺、肺癌、それぞれより具体的な回答が必要です。同様の研究は、これらの腫瘍のタイプのための最高の治療法を識別しやすくするため他の病気サイトの予定です。ただし、既にある小児人口の特に、特定の設定で陽子の優位性を示唆する十分なデータ、実質的な正常組織を温存大幅に削減できます罹患率など二次毒性から悪性腫瘍。

それは、アメリカ合衆国で 170 万個人と診断されるがんの 2018 年に 600,000 以上の病気1に屈することが推定されます。現在の治療法の選択肢を伴うモノ modality 療法手術、放射線療法 (RT)、全身トリートメントを使用します。RT に関してこの新規診断患者の四分の一を初期がん治療とほぼ半分の部分が最終的に彼らの病気のコース2,の3の中にそれを必要と表示されます。
1895 ブラウン管4ドイツのヴュルツブルク大学で彼の研究室での作業中、ウィリアムコンラッドのレントゲンが x 線を発見するときに戻って RT 日付の出現。それから間もなく、ループスや癌などさまざまな疾患の患者は、ラジウム放射線を用いた治療を受け取っていた。早期合併症はすぐに実現したし、も彼のノーベル賞受賞講演5でピエール ・ キュリーによって議論されました。放射常態および腫瘍組織に影響するので慎重に制御された放射線量は受け入れられない毒性の確率対腫瘍制御の確率として定義されて、治療率を最大限に利用しなければなりません。放射線生物学と物理学のよりよい理解と同様、技術の漸進的な進歩は、この治療の比率が大幅に時間と改善します。RT の使用では、癌治療6,7,8,9の要領で包含によって反映いくつかのがんの成果を大きく強化しました。いくつかのケースで RT 使える唯一のモダリティとして療法10、に対して、他の病気でそれが複数の集学的治療の一環としての使用ローカル病気制御または病理11の撲滅。多くの RT 患者が痛みや腫瘍による圧縮、侵略、またはロコ地域設定で正常組織の破壊から開発その他の症状の緩和の治療、転移性または広範囲にわたる多くの場合治癒目的で使用、病気。
RT の背後にある基本的な原則は、簡単です。放射光の応用、エネルギーは原子のイオン化を介して細胞に沈着します。このエネルギーによってそれ・のみ、数マイクロをケルビン ・、照射領域の温度を上げるかもしれないが、直接 DNA 損傷12,13を経由して露出損傷細胞のフリーラジカルが生成されます。高エネルギー粒子線と物質との相互作用の私達の理解の多くは宇宙線と大気の初期の 20th世紀14で実施の相互作用の理論的・実験的研究から来る。高エネルギー (GeV に MeV) 荷電粒子は電磁力で主に問題と対話: これらの粒子は、物質または組織を通過、軌道電子との非弾性衝突イオン化と対象物質の励起につながると原子核との弾性衝突は、散布やパーティクルのパスの変形に します。さらに、原子核衝突と電子ではハード ディスクの衝突は粒子放射線の電離の効果を追加する二次放射の連鎖に します。こうして問題を通過する高エネルギー粒子はこれらの電離のフィールドにさらされている生物にイオン化された原子、分子、および自由な電子が化学的に反応性と潜在的生物学的変化を誘発したり損傷をきっかけを残します。
放射線療法の主要な長期的な目標は、効果的に人間の病気を治療する方法でフィールドを電離これらを活用する最善の方法を学ぶしています。放射 (光子、陽子、電子、重イオンなど) の理想的な形が周囲の普通の最小限電離の同じ時間の原因が治療の抗腫瘍効果を提供する疾患ターゲットに十分なイオン化を誘発する臨床的に有害な影響を最小限に抑えるために、組織。RT の放射線の種類が選択されている治療を受けている疾患に依存します。体内深くにある、また手術操作できない場合があります腫瘍、メガボルト光子、陽子、重イオンは最適な15,16と見なされます。などを含む皮膚の表在癌の電子療法が最適な整容手術することに望ましいかもしれない。一方、メガボルト光子を利用は皮膚への損傷を制限しながら、組織に深く浸透する能力にあります。電子、陽子、重イオンなどの荷電粒子の場合の主な利点は、彼ら '停止' の特性;つまり、荷電粒子は、上記で説明した非弾性衝突を介して継続的にエネルギーを失う、このエネルギー損失は非常にミリ波規模で予測。したがって、必要とする深さに正確なエネルギーを持つ荷電粒子ビームが患者に配信されます。さらに、荷電粒子は、ほとんど出口線量17を生成しません。対照的に、光子のような非荷電粒子は、しばしばターゲットに遠位健全な組織を危険にさらす可能性があります重要な出口線量につながる深さの増加とともに指数関数的減衰 (減衰) を展示します。図 1、放射線各種臨床的に使用される放射線の線量 (イオン化) のプロパティが表示されます、これらの概念を説明します。深い腫瘍ターゲットの光子の代わりに陽子や炭素イオンを使用するための中央刺激は最小量のエントリの線量をがあると、ターゲット組織を超えてゼロの出口の線量に近い。表 1は、光子とプロトンのビームの臨床的に関連する特性のいくつかをまとめたものです。
陽子線治療を含む放射線治療の分野での進歩は 2 つの主要な面で発生した: 1) の効率的な粒子加速器シンクロトロンやサイクロトロン加速器のような高エネルギー (MeV) 放射を作り出すことができる建物と 2)疾患イメージング データとコンピュータ シミュレーションを許可する放射線輸送計算を組み合わせた洗練された計算方法の開発"治療計画."治療計画は、患者は通常、コンピューター断層撮影 (CT) 画像を受けます。CT 画像には、組織密度の患者として正確な定量化に関する 3 次元の解剖学的情報が含まれています。CT 画像と密度マップ、コンピューター シミュレーションで計画に用いられる放射線治療: エネルギーと放射場の強さは患者ごとに最適化数学的に。陽電子放出断層レントゲン写真撮影 (ペット) スキャンや磁気共鳴画像 (MRI) スキャンは、CT データを補完するために使用する可能性があります。
陽子線治療特定の腫瘍のタイプの例に続いて、放射線治療のコースを通して患者をナビゲートする方法のステップバイ ステップの概要をご紹介いたします。

<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

放射線療法は、固形癌の治療のための頻繁に使用されるモダリティです。細胞死のメカニズムが放射のすべての形態に類似している光子・陽子ビームの体内プロパティは異なる臨床転帰を最適化するために大きく、たぶん悪用。特に、体を通過するとき、プロトン粒子が予測可能な方法でエネルギーを失います。このプロパティは、陽子ビームを終了とターゲット領域を超えて制限線量の深さを制御する臨床的に使用します。この戦略は、腫瘍ターゲットを超えて位置して正常組織への放射線量を大幅に減らしての許可できます。ただし、体のプロトン エネルギーの低下は組織の密度に非常に敏感。結果として、治療の過程で組織密度の変更では、プロトンの線量も大幅に変更します。このような変更は体重、呼吸や腸充填/ガスの変化を介して発生する可能性し、不利な投与法があります。本稿では、我々 は受動的散布と鉛筆ビーム走査前立腺癌のための技術を使用して陽子線治療の配達のための詳細な方法を提供します。記述されていたプロシージャの前立腺がん患者に直接関係しているそのメソッドは適応し、事実上すべての固形腫瘍の治療のために適用される可能性があります。私たちの目的は、ガン治療中にこの療法の適切な統合を促進するためにプロトン療法配信、結果のよりよい理解の読者を装備することです。

利用可能なデータは、特定の癌20,21の陽子線治療と実質的な利益を示唆しています。PT は、選択の小児腫瘍、照射領域の再発の癌や他の癌の正常組織傷害の危険は光治療と高の支持があります。以下では、アプリケーションと前立腺、胸髄芽腫に陽子線治療の利点について述べる。私たちの目的は、人、女性、および子供の一般的な腫瘍に対する陽子線治療の適用のより良い理解を読者に提供することです。
アメリカ合衆国の前立腺がんは、最も一般に診断された男性と男性の間で癌関連死の 2 番目の最も一般的な原因の悪性腫瘍です。2018 年に、推定 164,690 新たな症例、診断され、以上 29,000 人が病気で死にます。非転移性前立腺癌患者は、アクティブな監視、前立腺全摘除、小線源治療、光子や陽子22外部ビーム放射線を含む治療オプションの対象です。正確な治療の決定は、患者の解剖学、併存疾患、腫瘍の段階、医師の判断と患者の好みに応じて作られています。
放射線につきましては早期前立腺癌は、前立腺に限定されます。中間リスク前立腺癌の場合、近位の精嚢は同様対象と。部分的な前立腺療法が検討されていますが全体の腺治療の標準治療のままです。閉鎖、前仙骨、内部腸骨, と外部, 腸骨リンパ節は不利な中間および高リスク疾患患者の多い。
前処理 kilovoltage 画像を用いた画像誘導治療を許可する放射線治療前に計画、基準マーカーを配置する可能性があります (すなわち。、標準的な x 線)23。また、ハイドロゲルのスペーサーは、直腸と前立腺の直腸組織24,25にそれ以上の限界用量との間のギャップを作成する CT シミュレーションの前に挿入されるかもしれません。治療計画、中に患者は、カスタマイズされたクッション装置を用いて固定した骨盤と仰臥位でシミュレートする必要があります。直腸バルーンは、前立腺の動きと直腸のボリュームと密度26に関する不確実性を制限する CT シミュレーションで置かれるかもしれない。快適なフル膀胱小腸と膀胱27の前部への線量を制限する勧めします。MRI シミュレーションもより正確なターゲット ボリューム描写26を許可する勧めします。
治療は 75.6 79.2 節の選挙報道のためお勧めします 45 50.4 Gy の線量で、前立腺に Gy の線量を提供するように設計や精嚢顕微鏡による病気の危険な地域に広がる9。すべての分数は、分数あたり 1.8 を 2 Gy の 1 日 1 回配信されます。小線源治療の後押しを受けて、中間および高リスク患者のため外部ビーム放射線量は約 45 Gy に限定されるべきです。110 Gy の照射線量は、I-125 低線量率永久的なインプラントで使用ください。高線量率腔内照射カテーテルを介して配信されるとは、一般的に使用されるブースト レジメンは、13 に 15 Gy x 1 分数、11.5 8 Gy x 2 分数、5.5 から 6.5 Gy x 3 分数、4.0 から 6.0 Gy x 4 分数9を含めます。
治療計画の線量測定は、膀胱、直腸と腸への線量を制限する最適化されています。対陽子 --光子間の線量の比較によって基づく療法 (すなわち。、IMPT 技術対 IMRT) 後者のアプローチ28と正常組織への線量の改善・ スペアリングを実証しています。
前立腺癌死は、治療選択に関係なく初期の段階病22人のための 10 年の 2% 未満です。用量強化 RT 高リスク患者も 9 年29で 5% の低い前立腺癌別死亡率を示します。死亡率は主に転移性の設定では有効のまま全身療法の可用性のために低いままです。IMRT とプロトン療法により優れた30,31のままです。PARTIQoL (NCT01617161) の研究では、陽子線治療 (PBT) 間継続的な無作為化試験および他の上に 1 つのモダリティは優れたかどうかを決定するうまくいけば低、中間リスク前立腺癌に対する強度変調放射線治療。
乳がんは、最も一般に診断された女性と米国女性の癌関連死亡の 2 番目の最も一般的な原因の悪性腫瘍です。推定の 268,670 新しいケースは、2018 年に診断され、41,400 女性疾患1死ぬでしょう。前立腺癌患者のほとんどが、単独療法として放射線を受けるのとは異なり、乳がん患者は受け取る11がん再発のリスクを軽減する術後放射線。手術の程度によって必要な放射線腫瘍腫瘍摘出手術後残存乳房や乳房切除術11,32後胸壁に標的になりうる。腫瘍の広がりのリスクがあると認められる場合、腋窩、鎖骨上窩、乳腺の内部領域リンパ節を対象可能性があります。
乳がん患者の治療スケジュールは、通常週 5 日、1 日 1 回治療を伴います。初期段階患者が一般に扱われる従来の分別 (1.8 2.0 Gy/分数; 50 Gy 合計) や乳房全体11,33(2.67 Gy/分数; 40.05 42.56 Gy 合計) に対する治療法。高度なが限局性疾患の患者は、乳房や胸の壁を全体とリンパ節に 50 gy (1.8 2.0 Gy/分画) 従来の分別と扱われます。これらの線量である手術があるかもしれない潜在性疾患に有効であります。
乳房がんの放射線治療のための CT シミュレーション、通常は仰臥位で行います。前立腺がんとは対照的は、両腕は胸の壁や乳房組織の露出を許可するオーバーヘッド拉致されました。さらに、カスタマイズされた接続デバイスと乳房のボードが頻繁に胸骨が治療テーブルに平行になるので、上げられた位置で胸郭を固定します。これにより、乳房組織が、頸部に上方に該当しないこと。
乳がんの中に心の被曝は34将来の虚血性疾患のリスクの増加に関連付けられています。その結果、中心線量を最小限に抑えるテクニックが重要です。1 つは、深吸気の呼吸ホールド胸腔内空間と心と前胸部の壁/胸の間の距離を増やす (DIBH) を採用することです。メソッドが示すように DIBH 患者が自分の呼吸のサイクルを中断、インスピレーションの最大のポイントで治療を受けます。しかし、すべての患者がこの技術を許可するのに十分な長さの息を保持しているを許容できます。一部の患者で腹臥位は有利であるかもしれません、心35を含む重要な正常組織からハングアップする乳房組織を許すことができます。この方法の欠点は、そのターゲット リンパ管地域に能力に制限です。陽子線治療は、実質的な心臓線量 DIBH となりやすいテクニック36,37を必要とせず温存を実現できます。
陽子線治療は乳がん患者の採用し、肺、心臓38など重要な構造温存効果に関して光子ベースの技術に優れていることが示されています。鉛筆の単一フィールド ビーム範囲シフター (PBS) プランを走査は、胸壁とリンパ節にプロトン放射線を管理するために利用されるかもしれない。受動的な散布方法も使用されるかもしれない。複数のフィールドは、全体の胸壁とフィールドの制限のため地域のノードを扱うために必要がある場合フィールド マッチングによる方法を採用する必要があります。1 つの戦略は、一致する鎖骨と鎖骨頭39下 2-4 mm の皮膚のギャップに対応胸壁フィールドを採用することです。フィールドの境界線は、ホット/コールド スポットを最小限に抑えるため放射中に異なる時点で 1 cm の距離に移動されます。
乳房癌の放射線治療成績は、初期段階の疾患11の 50%、20 年フォロー アップ32で局所進行患者の 37% の全生存率を示します。長い寛解期間を考えると、治療の最小化関連毒性は大きな懸念。潜在的心臓毒性リスクを下げるには、陽子線治療が期待されている、この質問は光子またはプロトンの放射線治療乳がん患者をランダム化する継続的な RADCOMP コンソーシアム試験 (NCT02603341) で指摘されています。
がんはアメリカ合衆国に 1-14 歳の子供の死の 2 番目の最も一般的な原因のままし、は事故だけで突破します。2018 年に 10,590 子供たちは、がんと診断され、1,180 でその悪性腫瘍1死にます。このグループの中で 250-500 患者は髄芽腫と診断されます。髄芽腫の診断の年齢の中央値は 4-6 年です。脳脊髄液の関与と普及 (30-40%) の高いリスクを考えると、頭蓋照射 (CSI) は、適切な治療と存続の約 80% にこれらの患者のケアの標準です。
髄芽腫患者の外科的切除後残存腫瘍量や転移、異型の存在、自分の年齢に基づく標準リスク、高リスクのグループに重層します。どちらの場合では、治療には術後放射線が含まれています。髄芽腫の RT には初期 CSI 23.4 36 Gy の線量が含まれます。追加投与量は、原発サイト4050.4 55.8 Gy の線量を達成するために腫瘍床に与えられます。治療計画に関する考慮事項は、それぞれ脳幹と脊髄 54 Gy と 45 Gy、最大線量の制限を含めます。CSI は、光子またはプロトン療法を使用して配信することができます。CT シミュレーションと治療はしばしば患者が治療41中移動しないように麻酔が必要です。
放射線、胸部および腹部の構造、脊髄の前方に実質的な被爆で RT 技術の結果を光子ベースの対象との大きい区域のため肺や心臓、腸、腎臓、乳腺を含みます。これらの地域は、プロトン療法 (図 3)42と過剰な放射線から免れることができます。PT ベース CSI 低頸部、胸部、腰部、仙骨の脊椎領域を対象とした 1 つまたは複数の後方ビームと同様、上部頚椎と脳に照射する 2 つのやや斜め横のフィールドが必要です。ターゲット CSI の CTV に S2 ・ S3 椎接合 (図 3) のレベルで馬尾を介して脊柱管に脳の頂点から伸びる全体脳脊髄液 (CSF) スペースが含まれているために、複数のフィールドが必要です。脊椎の長さは、治療に必要な脊柱のフィールドの合計数を決定します。最上部の脊髄フィールドの上縁は、頭蓋のフィールドの下の縁に一致します。背骨フィールドは、全体の背骨をカバーできない、第二脊髄のフィールドを上部脊髄フィールドの下縁と一致します。このプロセス可能性があります 3 番目のフィールドが背の高い患者に必要かを繰り返します。15 歳以下の患者のため背骨フィールドの前縁が拡張され、全体の椎体骨に均一な線量を確保するため開発スケルトンで将来の成長異常を防ぐために必要です。15 歳以上、前方の背骨フィールドの境界線は、脊柱に脊柱管から 2-3 mm が拡張されます。
CSI42,43受動的散布と PBS 技術の両方を利用されています。CSI 療法の具体的な目標は、前頭蓋ベースと篩板、線量ファイバー構造を甲状腺の制限の最小化の thecal sac (S2 または S3) における線量の低い方の端に脳脊髄液 (CSF) を均一な線量を含める処方線量と食道43への線量の最小化の 5% 以上に
頭蓋のフィールドの作成で始まる通常パッシブ散布治療計画。手動編集範囲の補償は、目と蝸牛への線量を制限しながら脳内で均一な線量分布を作成する必要があります。脊髄などの補償は線量を最小限に抑えるための甲状腺レベルで肥厚しました。特別な注意は、フィールド接合頭蓋および背骨のフィールド間、および複数の脊髄フィールド必要なときに、支払われます。接合部は、フィールドが隣接 1.25 〜 1.5 cm の長さとして定義されます。接合部は、ホットまたはコールドの線量領域の開発を防ぐために頭部または尾側方向毎週にシフトされます。理想的には、用量差異は処方量の 95 108% の間保持されます。フィールドの重み、絞り値の編集、および補償の編集は、この目標の43を達成するために用いられます。
MD アンダーソンがんセンターの研究者は、CSI42を計画の段階的戦略を開発しました。このアプローチには、胸椎の SFO プランの作成に続いて頭蓋および下部脊椎分野の治療に MFO 計画の開発が含まれます。線量勾配は、接合分野で利用されています。SFO 計画は、最終的に複合 MFO の計画を開発する初期の MFO 計画にコピーされます。背骨の接合は一度治療の 4 週間のコース上 2 cm でシフトします。受動的な散布 CSI と比較する PBS と CSI 線量レンズ、蝸牛と耳下腺が、増加した甲状腺線量42を犠牲にして提供しています大幅に削減しました。
髄芽腫患者リスク層44によって 60-80% のイベント フリー生存率が期待できます。CSI は、照射された組織の広域と小児患者の敏感な性質を考えると、長期的な副作用のリスクはかなり、神経認知障害、二次悪性腫瘍、下垂体機能不全、難聴、心臓病が含まれて、不妊症、甲状腺機能低下症、血管、ドライアイ、白内障形成、視力低下、放射線壊死/脊髄炎。したがって、プロトン ベース CSI は、多くの患者の相当な利点を提供するかもしれない。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58372/58372fig1.jpg"> 図 1: 放射線治療の深さの線量曲線。様々 な臨床放射線ビームの水の深さの関数として線量分布。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58372/58372fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58372/58372fig2.jpg"> 図 2: 陽子と光子の乳房放射線の比較。% の線量 IMRT (A, B) と (C, D) の陽子線治療を受けると心に相当な被曝低減の検討を示す局所進行乳癌患者の分布とプロトンと肺。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58372/58372fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58372/58372fig3.jpg"> 図 3: 陽子と光子の頭蓋放射線の比較。髄芽腫頭蓋照射のいずれかを使用しての受信と % 線量患者分布陽子 (A) または IMRT (B) および示す実質的な放射線線量の胸部と腹部の地域への還元陽子。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58372/58372fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td></td>
			<td>光子</td>
			<td>プロトン</td>
		</tr>
<tr>
<td>パーティクル タイプ</td>
			<td>ボソン</td>
			<td>複合フェルミオン</td>
		</tr>
<tr>
<td>料金 [C]</td>
			<td>0</td>
			<td>+1.602 × 10-19
</td>
		</tr>
<tr>
<td>質量 [kg]</td>
			<td>0</td>
			<td>10-27 x 1.672
</td>
		</tr>
<tr>
<td>スピン</td>
			<td>1</td>
			<td>1/2</td>
		</tr>
<tr>
<td>Energy† [MeV]</td>
			<td>0.1 - 25</td>
			<td>10-250</td>
		</tr>
<tr>
<td>一般的な情報源</td>
			<td>線形加速器、Co 60 放射性同位元素 x 線管</td>
			<td>サイクロトロンまたはシンクロトロン加速器</td>
		</tr>
<tr>
<td>配信方法</td>
			<td>平行ビームを固体、照射コリメータ強度変調方式、円弧</td>
			<td>受動的な散乱、磁気スキャン</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">† 通常、人間のがんを治療するために使用されますエネルギー範囲</td>
			<td></td>
		</tr>
</tbody></table>表 1: 陽子と光子放射線の比較。

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

放射線計画と配信モデルとして前立腺癌を用いた陽子線治療のための基礎が掲載されています。選択した病気の他のサイトへのこれらの原則の適用は、陽子線治療は、がん患者の臨床転帰を高めることができる方法を示しています。

プロトン療法配信と選択固体腫瘍悪性腫瘍の臨床応用

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 ...

より伝統的な光子放射線療法を介して特定の癌を治療するための陽子線治療の可能性と進化する役割を理解することが重要です。重要な課題は、陽子線治療に特に適している可能性のあるがん疾患の状態を特定し、理解することです。他の形態の外部線放射療法と同様に、陽子線治療は患者の周りを動く外部ロボット装置を使用して非侵襲的な方法で提供される。陽子線治療ビームが体内で終了する位置は、高度な精度で制御することができます。重要な健康な器官に隣接する腫瘍に最適です。シミュレーションを開始する前に、拡張テーブルの上部を処理テーブルに挿入し、ロックされていることを確認します。膨らませた固定クッションをテーブルトップの上に置き、患者の膝のそのレベルで脚の金型用のインデックスバーを置きます。テーブルの上部に固体ヘッドレストを置き、患者が予定されたスキャン時間の45分前に16〜24オンスの流体を飲むことによって完全な膀胱プロセスを完了したことを確認します。コンピュータ断層撮影、またはCT患者登録システムに患者を登録した後、3ミリメートルのスライス厚さで前立腺スキャンプロトコルを選択します。患者にテーブルの上に座って、患者を頭から先に押し付ける。患者の足を膨らませた固定化クッションに入れ、金型が脚の側面を包み込み、脚の間に障壁を作り、患者の腕を胸に置きます。レーザーシステムと患者の位置合わせを確認し、二重真空ポンプを固定クッションのノズルに接続します。患者が維持可能な位置に入ったら、Qfixデュアル真空ポンプを使用して固定クッションから空気を取り除き、足と足の周りに固体モールドを形成します。手動で、レーザー十字が腰のレベルとヒップ関節のレベルで腰と腹部の正中線になるように、治療テーブルを調整します。マーキング ペンを使用して十字線の位置を示し、マークにローカリゼーション マーカーを配置して、放射線送達中の検証シミュレーションの開始点を指定します。L3脊椎から大腿骨中までの骨盤領域を含むように適切なCTスキャンパラメータを設定します。次に、前立腺スキャンプロトコルを使用して患者をスキャンし、対称性を通知する前に治療計画ソフトウェアにデジタルスキャンファイルをエクスポートします。放射線治療計画では、治療計画システムの輪郭ツールを使用して、取得したCT画像に基づいて関連するすべての幾何学的体積を定義します。第1の臨床標的容積を輪郭を描き、またはCTV1は前立腺、精嚢、および関与するリンパ節を含む。CTV1は45グレーを規定し、軸のイメージにU字型の構造の出現を有する。小腸、直腸、膀胱の正常組織は、U字型の標的体積内に存在する。前立腺および精嚢を含むようにCTV2を輪郭を描く。CTV2は34.2グレーの総投与量を処方されます。CTV1ボリュームの処理には、90、180、270度のガントリ角で3つのビームを選択します。CTV2処理には90度と270度のビーム角度のみを選択します。イオン化チャンバアレイを用いて計画線量の精度を確認し、二次独立線量計算ソフトウェアを用いて線量計算の精度を検証する測定。計画および用量分布が受け入れられた用量制約ガイドラインおよび堅牢性を満たす場合は、患者治療のための治療計画データをすべて治療デリバリーシステムにエクスポートする前に医師の承認を得る。治療の当日に、治療室を手配して、CTシミュレーション中に使用した患者のセットアップを再現する。固定クッションラベルが患者IDと一致することを保証し、正しいインデックス付けとテーブルの先頭に適切なヘッドレストで治療テーブルの上にクッションを置きます。患者が完全な膀胱プロセスを完了したことを確認し、治療室に患者を護衛します。患者を、固定クッションの胸と脚に手を抱いた治療台の上に、患者を助けます。治療テーブルを負荷位置からアイソセンターに向かって電子的に移動し、シミュレーション中に配置されたマークに患者を位置合わせします。必要に応じて、患者の位置における重大な誤差を修正するためにテーブルを調整する。患者がシミュレーションマークに適切に整列されたら、開始位置から、行量測定治療計画プロセス中に決定されたものへのシフトを完了し、患者を所望の治療アイソセンターに揃える。直交性キロ電圧イメージングを行い、前立腺内の泌尿器科によって以前に配置された骨盤および受託マーカーに適切な内部患者の整列を保証する。計画CTシミュレーションスキャンからデジタル再構成されたX線写真に取得したキロ電圧画像を重ね合わせ、位置調整が必要かどうかを判断し、必要なシフトを適用して位置合わせを保証します。キロボルト画像が過度の腸ガスを示す場合は、可能であれば治療台に横たわっている間に空気を排出し、再調整して再画像化するように患者に依頼してください。許容可能なキロ電圧画像が取得され、確認されたら、必要に応じてスキャンに基づいて追加の患者の位置調整を適用する膀胱および直腸充填を評価するためにコーンビームctスキャンを実行します。次に、ガントリー角、モニターユニット、スキャンスポットとレイヤーの数、および各治療角度の雪位の2人のセラピスト間の可聴検証で治療配信を開始し、毎日のアライメントのための治療アイソセンターをマークし、治療後のマークを取り除きます。乳がんの放射線の際に対象となる領域が大きいため、光子による放射線治療技術により、肺、心臓、および対側乳房を含む胸部構造への実質的な照射被ばくが生じる。これらの領域は、陽子線治療による過剰な放射線から免れてもよい。光子治療ベースの頭蓋脊髄照射には、複数の照射場が必要です。脳脊髄照射の標的CTVは脳脊髄液空間全体を含むので、脳の頂点から脊柱管に延び、S2、S3椎骨接合部のレベルでカウナエクイダを通る。頭蓋脊髄治療にプロトン療法を使用することの利点は、治療が実質的に腫瘍治療の同時に、腫瘍治療の同時に、フォトンベースの治療で経験された投与量の領域と比較して、脊髄に前部胸部腹部構造に放射線量を制限することである。すべての患者がCTシミュレーション中に快適な位置に置かることが重要です。放射線セッションごとに同じ位置を再現できるように。陽子線治療は、線形エネルギー移動の変化などの陽子の固有の放射線生物学的特性を利用したり、陽子を他の治療モダリティと組み合わせることによって、徹底的に改善することができます。課題には、陽子線治療の恩恵を最も受ける患者の選択と、前立腺癌治療を控える4つのカラムをより多くの神経温熱性の高い前立腺癌治療に提供するために陽子を利用する方法が含まれる。

Research

JoVE Journal

Medicine

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

初代ヒト骨髄およびその悪性腫瘍を研究する三次元組織培養モデル

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

臨床および前臨床研究用途のための半自動循環腫瘍細胞（CTC）アッセイの適応

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

ラット網膜へのエルバックス40Wを通じて徐放性ドラッグデリバリー：慢性症状の治療のための含意

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

卵巣がんの腫瘍開始細胞の体外富化

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

Ivacaftor、主要な代謝産物および嚢胞性線維症患者の体液中の Lumacaftor の臨床サンプルの高スループット分析のための最適化された LC-MS/MS 法

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

新生児集中治療室における早産児とその親のための創造的音楽療法の臨床実践プロトコル

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

過期治療アプリケーションを用いてラット頸動脈圧制御区分バルーン損傷

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

アンチセンスオリゴヌクレオチドの臨床試験におけるDMD患者サンプルにおけるエキソンスキップ効率の特徴付け

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

外来の設定で圧力創傷のデブリドマンにおける ルシリアセリタータ の幼虫の適用

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

輸精管探査における24gカニューレ針と3-0ポリプロピレン縫合糸の臨床応用

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 ...