Terapia protonowa wykorzystuje głównie skanowanie wiązką ołówkową (PBS) w celu precyzyjnego rozłożenia dawki. Jednakże ograniczeniem tej metody jest liczba ukierunkowanych wiązek, które można dostarczyć w akceptowalnym czasie leczenia. Terapia łukiem protonowym (PAT) rozwiązuje ten problem, wykorzystując trajektorię łuku. PAT różni się od PBS dużą liczbą kątów wiązki i możliwością optymalizacji energii w każdym kierunku, co skraca czas leczenia.
Naukowcy z Centrum Terapii Protonowej w Trento wspólnie z kolegami z RaySearch Laboratories porównali parametry dozymetryczne planów terapii łukiem protonowym z nowoczesnymi planami skanowania wiązką ołówkową zoptymalizowanymi dla kilku pól (MFO PBS). W badaniu wzięło udział 10 pacjentów chorych na raka głowy i szyi. Wybór tej lokalizacji podyktowany był dużą liczbą ważnych organów zlokalizowanych w pobliżu guza, które dzięki nowej technice można chronić.
W przyszłości planowane jest prowadzenie zabiegów metodą PAT z włączaniem wiązki w trakcie ruchu gentra (tryb dynamiczny). Oznacza to, że wszystkie parametry systemu będą musiały być automatycznie dostosowywane podczas obrotu konstrukcji. Ze względu na złożoność sprzętu i programów, ta metoda leczenia nie jest jeszcze stosowana w szpitalach. Zamiast stosować dynamiczną metodę PAT, naukowcy zastosowali prostszą, statyczną opcję. Podzielili łuk na kilka wiązek PBS i zastosowali standardową metodę dostarczania promieniowania. Za pomocą programu RayStation stworzono plany MFO (z sześcioma kierunkami wiązek) i plany PAT (z 30 kierunkami wiązek), zoptymalizowane w celu zminimalizowania błędów.
Okazało się, że nowe metody PAT pozwalają na znacznie lepsze ukierunkowanie promieniowania na guz niż stare metody MFO. Mimo że obie metody równie dobrze objęły chorą tkankę, PAT zmniejszyła dawkę napromieniowania w przypadku ważnych narządów.
Szczególnie widoczne jest to w pniu mózgu – tam dawka zmniejszyła się maksymalnie o 19,6 jednostek (Gy (RBE)) i średnio o 9,5. W przypadku innych blisko położonych narządów różnica była nieznaczna, natomiast PAT znacznie zmniejszyła dawkę w przypadku narządów położonych dalej od guza.
Naukowcy badali również, jak różnice w narażeniu wpływają na prawdopodobieństwo wystąpienia skutków ubocznych. Okazało się, że PAT zmniejsza ryzyko suchości w ustach o 8,5%, a także nieznacznie zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia innych problemów, takich jak trudności z połykaniem, konieczność wypróżniania się przez sondę i zwiększone wydzielanie śliny.
Aby sprawdzić, czy metodę PAT można zastosować w prawdziwym szpitalu, zespół poddał napromieniowaniu jednego pacjenta, stosując zarówno plan MFO, jak i PAT w warunkach klinicznych. Okazało się, że czas napromieniowania jest prawie taki sam: 36 minut dla PAT (30 ukierunkowanych) i 31 minut dla MFO. Jeżeli zmniejszysz dawkę promieniowania do 20, czas skróci się do 25 minut, a jakość promieniowania nie ulegnie żadnej zmianie.
Dziewięciu pacjentów już otrzymało lub otrzymuje leczenie PAT: pięciu z guzami głowy i szyi, trzech z guzami mózgu i jeden z rakiem piersi. Pierwszym dwóm pacjentom z guzami głowy i szyi przydzielono plany PAT z półłukiem (180°) i 10 kierunkami wiązki; średni czas leczenia wyniósł 12 minut. Kolejnych dwóch pacjentów poddano leczeniu pełnym łukiem (360°) i 20 kierunkami, średni czas leczenia wyniósł 24 minuty. Kontrola jakości wykazała wysoki stopień zgodności (99,6%), a tylko jeden pacjent wymagał dostosowania planu. Naukowcy planują sprawdzić, czy metoda ta zmniejsza toksyczność i pracują nad skróceniem czasu porodu.