Beoordeling van out-of-field-doses bij protontherapie met variatie van klinische parameters

Tegenwoordig is pencil beam scanning (PBS) de meest veelbelovende vorm van protonentherapie (PT) met een duidelijke vermindering van de out-of-field-doses in vergelijking met oudere PT-technieken en conventionele fotonenradiotherapie [W. Newhauser, Phys Med Biol, 2015]. Niettemin gaat PT onvermijdelijk gepaard met de productie van secundaire hoogenergetische neutronen in de patiënt en structurele materialen van de bundellijn [Stolarczyk, Phys Med Biol, 2018]. Neutronen zijn bijzonder zorgwekkend omdat ze in staat zijn om grote afstanden af te leggen om doses buiten het veld te deponeren in organen die ver van het veld van de primaire behandeling liggen en met een relatief hoge biologische doeltreffendheid [Ottolenghi, Radiat Prot Dosim, 2015]. Bovendien zullen niet-elastische kernreacties ook secundaire protonen, zwaardere ionen en fotonen produceren. Vooral de secundaire protonen en zwaardere ionen kunnen een significant nadelig effect hebben op het omliggende gezonde weefsel. Deze doses buiten het veld zijn vooral een probleem voor de stralingsbescherming van kinderen, vanwege hun hoge stralingsgevoeligheid en lange levensverwachting. Een andere groep patiënten die speciale aandacht verdient, zijn zwangere vrouwen, die baat kunnen hebben bij PT tijdens de zwangerschap als de blootstelling aan foetale straling zo laag mogelijk wordt gehouden, waardoor vertragingen in de behandeling, vroeggeboorte en overlijden van de moeder worden vermeden [Geng, Phys Med Biol, 2016]. Sommige onderzoekers zijn voorzichtig dat de bestaande kennis en begrip van de out-of-field-doses en het bijbehorende risico op het induceren van secundaire maligne neoplasmata (SMN's) niet volwassen genoeg is om het gebruik van moderne technieken, zoals PT, voor de behandeling van kinderen of zwangere vrouwen te rechtvaardigen. vrouwen [Newhauser, et al., Nat Rev Cancer, 2011]. Daarom vereist een volledige karakterisering van de out-of-field-doses, met name aan de PT-veldrand, speciale aandacht voor stralingsbescherming en preventie van SMN's [Harisson, EURADOS SRA, Radiat Prot Dos, 2021]. Hoewel de out-of-field-doses kunnen worden verminderd door optimalisatie van klinische parameters (zoals uitlijning van de patiënt, richting en energie van de primaire bundel, keuze van bundelmodificatoren, enz.), zijn de doses afkomstig van secundaire straling bij PT over het algemeen niet berekend door behandelplanningssystemen. Dit laat de artsen en medische fysici achter zonder een hulpmiddel voor dosisbeoordeling en -optimalisatie buiten het veld. Terwijl eerder werk gericht was op de karakterisering van geschikte detectoren en de beoordeling van out-of-field-doses in specifieke gevallen, is het hoofddoel van dit doctoraat het beoordelen van de impact van variërende klinische parameters op de out-of-field-straling met behulp van geavanceerde meettechnieken en het bouwen van een Monte Carlo-raamwerk op basis van een stralingstransportcode. Tijdens dit doctoraat zal een Monte Carlo-stralingstransportmodel worden ontwikkeld om doses buiten het veld te simuleren. Dit model zal worden gevalideerd door vergelijking met de resultaten van eerdere meetcampagnes en aanvullende metingen met verschillende detectoren, zoals ook de nieuwe op Timepix gebaseerde gepixelde siliciumdetectoren en de MicroPlus en mini-TEPC microdosimetrische detectoren. Dit gevalideerde model voor out-of-field-doses zal vervolgens worden gebruikt om out-of-field-doses te beoordelen voor een groot aantal klinische plannen, met een sterke focus op pediatrische patiënten, inclusief hersen- en craniospinale bestralingen, en zwangere vrouwen, inclusief hersenbestraling. , lymfoom en borstkanker. Een belangrijk aspect zal zijn het systematisch veranderen van specifieke behandelingsparameters zoals stralingshoek, protonenenergieën, veldgrootte, modulatiebreedte, aanwezigheid van range shifter, openingen etc. Op basis van deze resultaten zal onderzocht worden hoe gevoelig de out-of-field doses zijn. zijn voor de parameters van het klinische plan en hoe deze gevoeligheid het meest efficiënt kan worden geparametriseerd. Verder zullen we de vertaling van out-of-field-doses naar bijbehorende risico's onderzoeken door huidige risicomodellen toe te passen, maar ook door meer geavanceerde risicomodellen te gebruiken, waarbij bijvoorbeeld rekening wordt gehouden met dosisinhomogeniteit, fractioneringsschema's in radiotherapie [Dasu, Acta Oncol, 2005] en dosisdepositie. op cellulaire schaal [Ottolenghi, Rad Prot Dos, 2015]. Uiteindelijk zullen deze resultaten medische fysici in staat stellen om doses buiten het veld en de bijbehorende risico's te beoordelen als een functie van de belangrijkste behandelingsparameters, wat optimalisatie van behandelplannen mogelijk maakt en een essentiële input levert voor epidemiologische studies over behandelingsgerelateerde bijwerkingen en het risico van secundaire kanker van behandelde kinderen en/of blootgestelde foetus.