Evaluación de planes basada en DMH y optimización inversa en radioterapia

Los pacientes con cáncer continúan representando una población de enfermedades desafiante, que se enfrenta a un pronóstico bastante malo con las prácticas actuales de planificación y administración del tratamiento. Claramente se necesitan lugares para un posible aumento de la dosis y/o una mayor preservación del tejido sano, a través de enfoques terapéuticos innovadores para esos pacientes. La planificación del tratamiento de radioterapia de última generación se basa en el paradigma de histograma de dosis-volumen (DVH), en el que se emplean dosis a volúmenes fraccionados (la mayoría de las veces) o absolutos de estructuras anatómicas tanto en la optimización como en el proceso de evaluación del plan. Sin embargo, se ha argumentado que los efectos de la dosis administrada parecen estar más estrechamente relacionados con la toxicidad del tejido sano (y, por lo tanto, con los resultados clínicos) cuando se consideran los histogramas de dosis-masa (DMH) en la evaluación del plan de tratamiento.

Los investigadores proponen la incorporación de información de masa y densidad explícitamente en las funciones de costo del proceso de optimización inversa, cambiando así del paradigma de planificación del tratamiento DVH al DMH. Esta novedosa optimización de radioterapia de intensidad modulada (IMRT) basada en DMH tiene como objetivo minimizar las dosis de radiación a una determinada masa, en lugar de un volumen, de tejido sano. La hipótesis de trabajo de los investigadores es que la optimización de DMH reducirá sustancialmente las dosis al tejido sano. En ciertos casos, con enfermedad extensa y difícil de tratar, se pueden usar dosis más bajas para el tejido sano para aumentar la dosis isotóxica, lo que puede resultar en un aumento en la probabilidad estimada de control del tumor locorregional.

Para contrastar la hipótesis del estudio, los investigadores perseguirán los siguientes objetivos específicos:

• (1) Desarrollar el marco teórico y computacional de la optimización IMRT basada en DMH. Este marco incorporará IMRT 3D y 4D, así como planificación de arco volumétrico modulado (VMAT) 3D para diferentes sitios anatómicos.
• (2) Investigar diferentes formas paramétricas para las funciones de optimización de DMH. El objetivo final sería la minimización simultánea de las dosis en tejido sano y/o el escalado de dosis terapéuticas, sin violar las tolerancias dosimétricas establecidas para estructuras anatómicas sanas.
• (3) Implementación y aplicación práctica de este novedoso paradigma de optimización, donde se realizarán ensayos clínicos virtuales para cohortes de casos de cáncer de pulmón, cabeza y cuello y próstata.

Se cuantificará la importancia estadística de las mejoras dosimétricas de optimización de DMH sobre la optimización de DVH estándar de atención. La recopilación prospectiva de datos de TC 3D y 4D se utilizará para estudiar las interacciones entre los cambios de tendencia temporal del tumor y los resultados de optimización basados ​​en DMH. Los datos de TC 4D también se utilizarán para investigar y cuantificar la correlación entre los criterios de valoración basados ​​en DMH y la pérdida de la función pulmonar durante y después del tratamiento con radioterapia. La capacidad de entrega (con el equipo de tratamiento de radioterapia existente) de los planes 3D VMAT y 3D/4D IMRT de los investigadores se verificará experimentalmente, allanando así el camino para el inicio de ensayos clínicos.