Valutazione del piano basata su DMH e ottimizzazione inversa in radioterapia

I malati di cancro continuano a rappresentare una popolazione di malattie impegnative, che deve affrontare una prognosi piuttosto sfavorevole con le attuali pratiche di pianificazione e consegna del trattamento. Sono chiaramente necessarie sedi per una potenziale escalation della dose e/o un aumento del risparmio di tessuto sano, attraverso approcci terapeutici innovativi per quei pazienti. L'attuale pianificazione del trattamento radioterapico allo stato dell'arte si basa sul paradigma dose-volume-istogramma (DVH), in cui le dosi a volumi frazionari (più spesso) o assoluti di strutture anatomiche sono impiegate sia nel processo di ottimizzazione che di valutazione del piano. È stato tuttavia sostenuto che gli effetti della dose erogata sembrano essere più strettamente correlati alla tossicità del tessuto sano (e quindi agli esiti clinici) quando gli istogrammi dose-massa (DMH) sono considerati nella valutazione del piano di trattamento.

I ricercatori propongono l'incorporazione di informazioni di massa e densità esplicitamente nelle funzioni di costo del processo di ottimizzazione inversa, passando così dal paradigma di pianificazione del trattamento DVH a DMH. Questa nuova ottimizzazione della radioterapia a intensità modulata (IMRT) basata su DMH mira a ridurre al minimo le dosi di radiazioni a una certa massa, piuttosto che a un volume, di tessuto sano. L'ipotesi di lavoro dei ricercatori è che l'ottimizzazione del DMH ridurrà sostanzialmente le dosi ai tessuti sani. In alcuni casi, con malattie estese e difficili da trattare, è possibile utilizzare dosi inferiori al tessuto sano per l'aumento della dose isotossica, che può comportare un aumento della probabilità stimata di controllo del tumore loco-regionale.

Per testare l'ipotesi di studio, i ricercatori perseguiranno i seguenti obiettivi specifici:

• (1) Sviluppare il quadro teorico e computazionale dell'ottimizzazione IMRT basata su DMH. Questa struttura incorporerà l'IMRT 3D e 4D e la pianificazione dell'arco modulato volumetrico 3D (VMAT) per diversi siti anatomici.
• (2) Indagare diverse forme parametriche per le funzioni di ottimizzazione DMH. L'obiettivo finale sarebbe la minimizzazione simultanea delle dosi ai tessuti sani e/o l'aumento delle dosi terapeutiche, senza violare le tolleranze dosimetriche stabilite per le strutture anatomiche sane.
• (3) Implementazione pratica e applicazione di questo nuovo paradigma di ottimizzazione, in cui verranno eseguiti studi clinici virtuali per coorti di casi di cancro ai polmoni, alla testa e al collo e alla prostata.

Verrà quantificata la significatività statistica dei miglioramenti dosimetrici dell'ottimizzazione DMH rispetto all'ottimizzazione DVH standard di cura. La raccolta prospettica di dati CT 3D e 4D verrà utilizzata per studiare le interazioni tra i cambiamenti di trend temporale del tumore e i risultati di ottimizzazione basati su DMH. I dati TC 4D saranno utilizzati anche per indagare e quantificare la correlazione tra gli endpoint basati sul DMH e la perdita della funzione polmonare durante e dopo il trattamento radioterapico. La consegna (con l'attrezzatura per il trattamento radioterapico esistente) dei piani 3D VMAT e 3D/4D IMRT dei ricercatori sarà verificata sperimentalmente, aprendo così la strada all'avvio delle sperimentazioni cliniche.