Terapia protonowa wykorzystuje przede wszystkim skanowanie wiązką ołówkową (PBS) w celu precyzyjnego rozłożenia dawki. Jednakże ograniczeniem tej metody jest liczba kierunków wiązki, które można zastosować 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 terapii łukiem protonowym z nowoczesnymi, wielopolowymi, zoptymalizowanymi planami skanowania wiązką ołówkową (MFO PBS). W badaniu wzięło udział 10 pacjentów chorych na raka głowy i szyi. Miejsce to wybrano ze względu na dużą liczbę ważnych organów zlokalizowanych w pobliżu guza, które można ochronić, stosując nową technikę.
W przyszłości planowane jest wykonywanie terapii PAT przy włączonej wiązce podczas ruchu gantry (tryb dynamiczny). Oznacza to, że wszystkie parametry systemu będą musiały zostać automatycznie dostosowane 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 wersję. Podzielili łuk na wiele wiązek PBS i zastosowali konwencjonalną metodę dostarczania promieniowania. Za pomocą oprogramowania RayStation stworzono plany MFO (z sześcioma kierunkami wiązki) i plany PAT (z 30 kierunkami wiązki), zoptymalizowane w celu zminimalizowania błędów.
Okazało się, że nowe metody PAT są znacznie skuteczniejsze w kierowaniu promieniowania do guza niż starsze metody MFO. Mimo że obie metody równie skutecznie objęły zmienioną tkankę, PAT zmniejszyła dawkę promieniowania otrzymywaną przez ważne organy.
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 pobliskich narządów różnica była nieznaczna, natomiast PAT znacznie zmniejszyła dawkę w przypadku narządów położonych dalej od guza.
Naukowcy badali również, jak różnice w narażeniu na promieniowanie wpływają na prawdopodobieństwo wystąpienia skutków ubocznych. Stwierdzono, że PAT zmniejsza ryzyko suchości w ustach o 8,5%, a także nieznacznie zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia innych problemów, takich jak trudności z połykaniem, konieczność karmienia przez sondę i zwiększone wydzielanie śliny.
Aby sprawdzić, czy metodę PAT można zastosować w prawdziwym szpitalu, zespół poddał jednego pacjenta napromieniowaniu, stosując oba schematy — MFO i PAT — na stanowisku klinicznym. Okazało się, że czas napromieniowania był prawie taki sam: 36 minut dla PAT (30 kierunków) i 31 minut dla MFO. Jeśli zmniejszysz liczbę kierunków do 20, czas skróci się do 25 minut, a jakość napromieniowania prawie się nie zmieni.
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, ze średnim czasem leczenia wynoszącym 12 minut. Kolejnych dwóch pacjentów poddano leczeniu pełnym łukiem (360°) i 20 kierunkami, a średni czas leczenia wyniósł 24 minuty. Kontrola jakości wykazała wysoki poziom zgodności (99,6%), a tylko jeden pacjent wymagał dostosowania planu. Naukowcy planują zbadać, czy metoda ta zmniejsza toksyczność i pracują nad skróceniem czasu realizacji zamówienia.