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

С.р. признает грантовое финансирование из программы погашения кредита NIH. A.H. получил финансирование от Байер, Кловис, созвездие, Agensys, Sotio, Лазурный и Calithera.

A.H. имеет гонораров от АстраЗенека, Байер и Новартис. A.H. проконсультировался с Astrazeneca, Bristol-Myers Squibb и Bayer и был оратором фонда Франции.

Предполагается, что 1,7 миллиона человек в Соединенных Штатах будут диагностированы с раком в 2018 году, с более чем 600,000, поддаваясь болезни1. Текущие параметры лечения включают mono или multi modality терапии, хирургии, лучевой терапии (RT) и системной терапии. Что касается RT одной четверти вновь диагностированных пациентов получит его, как часть их начального рака терапии и почти половина в конечном итоге потребует его во время их болезни курс2,3.
Появления RT восходит к 1895, когда Вильгельм Конрад Рентген открыл рентгеновское во время работы с электронно-лучевой трубки – в его лаборатории в университете Вюрцбурга в Германии4. Не долго после этого пациентов с широким кругом заболеваний, таких как волчанка и рак получали лечения с помощью лучей радия. Ранние осложнения были быстро понял и даже обсуждались Пьер Кюри в своей Нобелевской лекции5. Так как излучение влияет на нормальных и опухолевых тканей, тщательно контролируемых доз излучения должны использоваться максимально терапевтическое отношение, определяется как вероятность возникновения опухоли управления против вероятность возникновения неприемлемых токсичности. С постепенным достижениями в технологии, а также лучшего понимания радиобиологии и физики это терапевтический соотношение значительно улучшилась с течением времени. Использование RT значительно повысила результаты для нескольких видов рака, как отражение ее включение в национальные руководящие принципы для рака терапии6,,78,9. В некоторых случаях RT может использоваться как единственного механизма для терапии10, тогда как в других заболеваний, она может использоваться как часть терапии мульти-модальности для контроля местных заболеваний или ликвидация микроскопических заболевания11. Хотя часто используется с лечебной целью, многие пациенты RT обработанной для паллиативной боли или другие симптомы, которые развиваются из опухоли индуцированной сжатие, вторжения или разрушения нормальных тканей в параметре Локо-региональных или широко распространенной, метастатические болезни.
Основные принципы RT прямолинейны. С применением излучения энергия хранится в клетки путем ионизации атомов. Эта энергия, хотя он может поднять температуру облученного региона, только несколько microkelvin, производит свободные радикалы, которые могут непосредственно подвергаются повреждения клеток посредством ДНК травмы12,13. Большая часть нашего понимания частиц высоких энергий излучения и его взаимодействие с веществом происходит от теоретических и экспериментальных исследований космических лучей и их взаимодействия в верхних слоях атмосферы, проведенные в начале 20 века14тыс . Заряженных частиц высоких энергий (МЭВ до ГэВ) взаимодействуют с веществом преимущественно через электромагнитные силы: как эти частицы проходят через вопрос или ткани, Неупругое столкновение с орбиты электронов приводят к ионизации и возбуждения целевых материи, и упругие столкновения с атомными ядрами приводят к точечной или отклонения траектории частиц. Кроме того ядерных столкновений и жесткие столкновения с электронами привести к Каскад вторичного излучения, который добавляет воздействию ионизирующего излучения частиц. Частиц высоких энергий, обход вопрос таким образом оставить позади wake ионизированных атомов, молекул и свободных электронов, которые химически активные и потенциально может вызвать биологические изменения или повреждения организмов, воздействию ионизирующего поля.
Как лучше всего научиться использовать эти ионизирующего поля таким образом, чтобы эффективно лечить болезни человека был основной долгосрочной целью лучевой терапии. Клинически идеальная форма излучения (например, фотон, протонов, электронов или тяжелых ионов) следует побудить достаточно ионизации в болезнь цель предоставлять терапевтические противоопухолевый эффект, в то же время причиной минимальной ионизации в окружающие нормальные ткани для сведения к минимуму пагубных последствий. Какой тип излучения выбирается для RT зависит отчасти от болезни лечат. Для опухолей, которые расположены глубже в теле и может также быть хирургически неоперабельных Мегавольт фотонов, протонов и тяжелых ионов считаются оптимальной15,16. Для поверхностных рака, таких как те, которые касаются кожи электрон терапия может быть оптимальным и даже предпочтительнее хирургии для Батарейная. С другой стороны преимущество Мегавольт фотонов заключается в их способности проникать глубоко в ткани, ограничивая повреждения кожи. В случае заряженных частиц, электронов, протонов или тяжелых ионов их главное преимущество заключается в их «остановить» характеристики; то есть заряженные частицы потеряют энергию непрерывно через неупругими столкновениями, описанных выше, и эта потеря энергии весьма предсказуемым на шкале миллиметр. Таким образом пучка заряженных частиц может быть доставлен больной с точным энергиями до желаемой глубины. Кроме того заряженные частицы производят практически нет выхода доза17. Контрастом не заряженные частицы как фотоны демонстрируют экспоненциальный спад (ослабление) с увеличением глубины, что часто приводит к значительный выход дозы, которые могут скомпрометировать здоровые ткани дистальной к целевому объекту. Эти концепции демонстрируются в Рисунок 1, который показывает радиационной дозы (ионизацией) свойства различных видов излучения используется клинически. Центральный мотивация для вместо протонов и ионов углерода фотонов глубже опухоли целей — это минимальная доза доза вход и вблизи нулевой дозы выхода за пределы тканях-мишенях. В таблице 1 приведены некоторые из клинически значимых характеристик фотонов и протонных пучков.
Достижения в области лучевой терапии, включая протонной терапии, имели место на двух основных направлениях: 1) здания эффективных ускорителях, способных производить высоких энергий излучения (МэВ) например синхротронного и циклотрон ускорителей и 2 Разработка сложных вычислительных методов, которые сочетают болезни визуализации данных и излучения транспорта расчеты позволяют моделировать компьютер «планирование лечения.» Для планирования лечения, пациенты обычно проходят томография компьютерная томография (КТ). КТ изображения содержат 3-мерной анатомические информацию о пациента, а также точного количественного определения плотности ткани. КТ изображения и карты плотности затем используются в компьютерных симуляций планирования облучения: энергии и интенсивность излучения поля математически оптимизированы для каждого пациента. Магнитно-резонансная томография (МРТ) или томография (ПЭТ) сканирование позитронно излучение может также использоваться для дополнения данных КТ.
Ниже мы опишем пошаговое изложение как больных переходите через их курс лечения излучения, следуют примеры некоторых типов опухолей, относились с протонной терапии.

<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

Лучевая терапия является механизм часто используется для лечения солидных раковых заболеваний. Хотя механизмы убить клетки похожи для всех видов излучения, в естественных условиях свойства фотонов и протонных пучков отличаются и, возможно, сильно эксплуатируемых оптимизировать клинические исходы. В частности частицы протона терять энергию на предсказуемой основе, как они проходят через тело. Это свойство используется клинически для контроля глубины, на которой наведение протонного луча прекращается и предел дозы излучения за пределами целевого региона. Эта стратегия может позволить для значительного сокращения дозы излучения для нормальных тканей, расположен сразу за опухоль целевой. Однако деградация Протон энергии в организме остается крайне чувствителен к плотности ткани. Как следствие любые изменения в плотности ткани в ходе лечения могут существенно изменить Протон дозиметрии. Такие изменения могут происходить через изменения веса тела, дыхания или кишечника наполнения/газ и может привести к неблагоприятным дозы осаждения. В этой рукописи мы предоставляем подробный метод для доставки протонной терапии с использованием пассивной разброс и карандаш луч сканирование техники для рака простаты. Хотя описанная процедура непосредственно относится к пациентам рака простаты, метод может адаптировать и применяется для лечения практически всех твердых опухолей. Наша цель – вооружить читателей лучшего понимания протонной терапии доставки и результаты для того чтобы содействовать надлежащей интеграции этого механизма во время терапии рака.

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

Представлены основы радиационной планирования и доставки для протонной терапии, используя в качестве модели рака простаты. Применение этих принципов на другие сайты, выбранные болезни подчеркивает, как Протон лучевой терапии могут улучшить клинические исходы для больных раком.

Протонная терапия доставки и его клинического применения в выберите твердых опухолей злокачественные новообразования

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 ...

Важно понимать потенциал и развивающуюся роль протонной лучевой терапии для лечения некоторых видов рака в течение более традиционной фотоно лучевой терапии. Важной задачей является выявление и понимание состояния рака, которые могут быть особенно пригодны для протонной лучевой терапии и извлечь из них пользу. Как и в случае с другими формами внешней лучевой лучевой лучевой терапии, протонная терапия проходит неинвазивно, используя внешнее роботизированное устройство, которое перемещается вокруг пациента.Расположение, что протонная терапия луч заканчивается в организме можно контролировать с высокой степенью точности. Что делает его идеальным для опухолей, прилегающих к критическим здоровым органам. Перед началом моделирования вставьте расширенную столешную вершину в таблицу обработки и убедитесь, что она заблокирована.Поместите надутую иммобилизацию подушки над столешной верхней и индексации бар для ноги плесени на этом уровне колена пациента. Поместите твердый подголовный отдых в верхней части стола и подтвердить, что пациент завершил полный процесс мочевого пузыря, выпив от 16 до 24 унций жидкости за 45 минут до запланированного времени сканирования. После регистрации пациента в компьютерной томографии, или КТ системы регистрации пациентов, выберите протокол сканирования простаты с ломтиком толщиной три миллиметра.Попросите пациента сесть на стол и помочь пациенту в положении лежа, головой. Поместите ноги пациентов в надутую иммобилизацию подушки так, что плесень будет окутывать сторону ног и создать барьер между ног и положение рук пациента на груди. Подтвердите выравнивание пациента с лазерной системой и подключите двойной вакуумный насос к сопла подушки иммобилизации.После того, как пациент находится в поддерживаемом положении, используйте двойной вакуумный насос qfix удалить воздух из иммобилизации подушки для формирования твердой формы вокруг ног и ног. Вручную отрегулируйте таблицу обработки так, чтобы лазерные перекрестия были на уровне бедер и в средней линии бедер и живота на уровне тазобедренного сустава. Используйте ручку для обозначения местонахождения перекрестия и поместите маркеры локализации на знаки, чтобы обозначить отправную точку для моделирования проверки во время доставки излучения.Установите соответствующие параметры КТ сканирования, чтобы включить тазовой области от позвоночника L3 до середины бедренной кости. Затем просканировать пациента с помощью протокола сканирования простаты, и экспортировать цифровой файл сканирования в программное обеспечение планирования лечения, прежде чем уведомить о симметрии. Для планирования лучевой терапии используйте инструменты контурирования системы планирования лечения для определения всех соответствующих геометрических объемов на основе полученных КТ-изображений.Контур первого клинического целевого объема, или CTV1 включить простаты, семенные пузырьки, и участие лимфатических узлов. CTV1 будет предписано 45 серых и будет иметь вид U-образной структуры на осяных изображений. Мелкий кишечник, прямая кишка и мочевой пузырь нормальные ткани будут находиться в U-образный целевой объем.Контур CTV2 включить простаты и семенных пузырьков. CTV2 будет предписана общая доза 34,2 серых. Выберите три балки под углом 90, 180 и 270 градусов для обработки тома CTV1.И выберите только 90 и 270 градусов пучка углы для лечения CTV2. Мера для подтверждения точности запланированной дозы с использованием массивов ионизации камеры и проверить точность расчета дозы с помощью вторичного независимого программного обеспечения расчета дозы. Если планы и распределения доз отвечают принятым руководящим принципам ограничения дозы и надежности, получить одобрение врача, прежде чем экспортировать все данные планирования лечения в систему доставки лечения для лечения пациента.В день лечения организуйте процедурный зал, чтобы воспроизвести установку пациента, используемую во время моделирования КТ. Убедитесь, что этикетка подушки иммобилизации соответствует идентификатору пациента и поместите подушку на стол для лечения с правильной индексацией и с соответствующим подголовником во главе стола. Подтвердите, что пациент завершил полный процесс мочевого пузыря и сопроводить пациента в процедурное отделение.Помогите пациенту войти в положение лежа на столе лечения с руками, сложенными через грудь и ноги в подушке иммобилизации. Электронно переместите таблицу обработки из положения нагрузки в изоцентр, чтобы привести пациента в соответствие со следами, которые были размещены во время моделирования. Корректировка таблицы для исправления любых грубых ошибок в позиционировании пациента по мере необходимости.После того, как пациент правильно выровнены по симуляции знаки, завершить сдвиги от начала позиции, к тем, которые определены в процессе планирования дозиметрического лечения, чтобы привести пациента к желаемому лечению изоцентра. Выполните ортогональные фотоэлектрические изображения, чтобы обеспечить надлежащее внутреннее выравнивание пациента к тазовым костям и фидуциальным маркерам, ранее размещенным урологией в предстательной железе. Наложение приобретенных изображений килоэлектрограмм на цифровые реконструированные рентгенографии из планирования КТ моделирования сканирования, чтобы определить, если позиционные корректировки необходимы и применять любые необходимые сдвиги для обеспечения выравнивания.Если киловольт изображения демонстрируют чрезмерное газа кишечника, попросите пациента изгнать воздух, лежа на столе лечения, если это возможно и перестроить и reimage. После того, как приемлемые изображения килоэлектроги приобрели и подтвердили, выполнить конус пучка CT сканирования для оценки мочевого пузыря и ректальной заполнения применения дополнительных корректировок позиционирования пациента на основе сканирования по мере необходимости. Затем инициировать лечение доставки с звуковой проверки между двумя терапевтами gantry угол, монитор единиц, количество сканирующих пятен и слоев, и снег позиции для каждого угла лечения, маркировка лечения изоцентр для ежедневного выравнивания и удаления знаков после лечения.Из-за больших площадей, целевых во время излучения рака молочной железы, фотон на основе методов лучевой терапии приводят к значительному облучению грудной структуры, в том числе легких, сердца и контралатеральной груди. Эти регионы могут быть избавлены от избыточного излучения с помощью протонной терапии. Для фотонной терапии на основе краниоспинального облучения требуется несколько полей облучения.Так как цель CTV для краниоспинального облучения включает в себя все пространство спинномозговой жидкости, простирающейся от вершины мозга, к спинномозговой канал, через цауна эквида на уровне S2, S3 позвоночного соединения. Преимущество использования протонной терапии для черепно-мозгового лечения, является то, что терапия существенно ограничивает дозу облучения грудной брюшной структуры передней к спинному мозгу, по сравнению с областью дозировки опытных с фотонной терапии, за то же время лечения опухоли. Важно, чтобы каждый пациент был помещен в удобное положение во время моделирования КТ.Так что одно и то же положение может быть воспроизведено для каждого сеанса излучения. Протонная терапия может быть тщательно улучшена, воспользовавшись уникальными радиобиологическими свойствами протонов, такими как изменения в линейной передаче энергии, или сочетая протоны с другими способами лечения. Проблемы включают в себя выбор пациентов, которые больше всего выиграют от протонной терапии и как использовать протоны, чтобы доставить четыре колонки больше нерва щадящей лечения рака простаты.

Research

JoVE Journal

Medicine

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

Трехмерная Tissue Culture моделью для изучения первичного костного мозга человека и его злокачественных новообразований

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

Адаптация полуавтоматического циркулирующих опухолевых клеток (СТС) Анализы для клинических и доклинических исследований приложений

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

Замедленное высвобождение доставка лекарств через Elvax 40 Вт в сетчатке крыс: последствия для лечения хронических условий

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

В пробирке обогащения рака яичников опухоли, инициирующие клетки

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

Оптимизированный метод LC-MS/MS для высокой пропускной способности анализа клинических образцов Ivacaftor, его основных метаболитов и Lumacaftor в биологических жидкостях больных муковисцидозом

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

Протокол клинической практики творческой музыкальной терапии для недоношенных детей и их родителей в отделении интенсивной терапии новорожденных

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

Крыса сонной артерии Давление контролируемых сегментальных воздушный шар травмы с Периавентициального терапевтического применения

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

Характеристика Exon Пропуск эффективность в DMD пациент образцов в клинических испытаниях антисенс олигонуклеотидов

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

Применение личинок Lucilia sericata в санациях ран под давлением в амбулаторных условиях

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

Клиническое применение иглы канюли 24 г и полипропилена 3-0 в исследовании семявыносящих протоков

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 ...