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放射疗法

放射疗法

非常高能量的电子可以将肿瘤视为身体深处

16 Oct 2020 Tami Freeman.
 克拉拉
研究人员正在达斯伯里实验室使用Clara Electron Accelerator来研究非常高能量电子进行放射疗法。 (礼貌:STFC)

非常高能量的电子(VHEE),通常定义为高于40 meV,提供了具有剂量测定优点的潜在的新放射疗法。这种电子的光束渗透到患者深处,使得能够治疗深层肿瘤,即光子的辐射可能无法达到。

在医学物理学中说话&工程会议( MPEC. ), Louie Hancock. 来自曼彻斯特大学描述了最近对VHEE放射治疗的兴趣复兴。 “在过去几年的几十年中,新的Linac设计意味着它现在可以在大约两到三米处产生大约200 MeV的电子,而在可能拍摄20米之前,”他解释说。 “这对使用这些VHEE治疗深层肿瘤来施加兴趣。”

Hancock指出,基于Linac的VHEE治疗系统应该足够紧凑,以适应医院掩体。 “把一台机器放在现有的沙坑里比建造一个新的建筑更便宜,”他指出。 “我希望VHEE可能比光子生产更贵,但比质子更便宜。”

虽然目前没有可用的临床系统,但有用于研究使用的电子加速器,例如CERN的高梯度X波段LINAC 清除 例如,设施和 克拉拉 达斯伯里实验室的电子加速器。与此同时,蒙特卡罗模拟可以提供对VHEE处理的洞察,而无需实际构建机器。

深度剂量曲线表明,除了患者内部的递送剂量,VHEE也应该非常有弹性变化患者几何形状。为了确认这一点,Hancock对其中心中含有圆柱形5cm肿瘤的简单水块进行了背包计算。他通过在靶周围旋转梁模拟肿瘤的处理,然后引入肿瘤上方的腔(骨骼或空气的5cm球体)以计算其对肿瘤剂量的影响。

对于使用1.3 MeV X射线模拟的处理,引入气泡导致的热点约为15%,而意外的骨区导致冷斑约为10%。对于250 mev Vhees,而且看到了炎热的斑点,它们只有约2%。 “在这种简单的情况下,与X射线相比,VHEE似乎几乎是出乎意料的均匀性的数量级,”汉袋说。

但这种优势会翻译给患者吗?要了解,汉考克和同事们研究了一个临床案例,比较了VHEE和体积调制的ARC疗法的治疗计划(VMAT)。

VHEE治疗计划是一个高度复杂的过程,具有数百万个变量,从而创造了一个巨大的优化问题。因此,曼彻斯特的团队开发了一个开源治疗计划系统,用于聘请各种工具来创建完整的规划工作流程。这包括使用Slicer 3D软件,Monte Carlo Dose计算使用Geant4的器官识别,然后用Hancock编写的Python软件优化生成的剂量配置文件。

研究人员使用他们的VHEE码,为宫颈癌的患者创造了一种治疗计划,其中包括两个大型靶位点,以照射和许多附近的器官以避免。他们将其与使用摩纳哥创建的VMAT计划进行了比较。这两项计划向目标提供了相同的剂量,而附近的器官(锡形结肠,肠道和膀胱)比Vhee的剂量略小于VMAT。对于来自肿瘤的进一步的器官,VHEE赋予了显着的剂量优势,特别是对股骨头,其降低了从35至15Gy降低的递送剂量。

“我们通过VHEE实现了所有肿瘤的覆盖范围,所以可以说这些电子能够在患者内部治疗大型肿瘤,”汉袋说。 “与VMAT计划相比,我们也可以看到低剂量背景。”

为了检查几何变化的影响,该团队将填充空气而不是水的直肠腔重新模拟治疗计划。两个vhee计划之间的错误大约是0.15 GY,而对于X射线计划,它约为0.7 Gy。 “在简单的水幻影中,我们看到剂量误差几乎是vhees更低的数量级,现在我们已经看到了这种效果 在Silico. 在实际的耐心案例中,“汉考克解释道。

他说,下一步,将以肺和脑案件重复分析,并“走向真实梁上的真实事物”。真实的是马文人头和颈部幻影,而真正的梁将由达斯伯里克拉拉送达,并在核心清晰。这两个设施提供了广泛的电子能量,并将在现实环境中实现VHEE测量。

利用45 MeV电子束在Clara照射Marvin的计划实验初步模拟在幻影内的大面积上显示出近似均匀的剂量。 Hancock注意到该研究目前由于大流行而持有 - 尽管存在在Q1 2021中执行这些实验。

汉考克得出结论认为,使用团队的VHEE治疗计划软件临床测试案例表明VHEE放射疗法能够治疗深层和大而肿瘤。 “VHEE可能很不敏感对不均匀性和比光子的患者几何变化更不敏感,我认为可能在临床上有益,”他补充道。

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