Протонна терапія в основному використовує сканування пучком олівцем (PBS) для точного розподілу дози. Але цей метод обмежений кількістю напрямків пучка, які можна доставити за прийнятний час лікування. Протонна дугова терапія (PAT) вирішує цю проблему, використовуючи траєкторію дуги. PAT відрізняється від PBS великою кількістю кутів пучка та можливістю оптимізувати енергію для кожного напряму, що скорочує час лікування.
Дослідники з Центру протонної терапії Тренто спільно з колегами з RaySearch Laboratories порівняли дозиметричні параметри планів протонної дугової терапії з сучасними планами сканування пучком олівцем, оптимізованими по кількох полях (MFO PBS). У дослідженні брали участь 10 пацієнтів із раком голови та шиї. Ця локалізація була обрана через велику кількість важливих органів, розташованих поруч із пухлиною, які можна захистити за допомогою нової методики.
У майбутньому лікування методом PAT планується проводити з пучком, що включений під час руху гентрі (динамічний режим). Це означає, що потрібно буде автоматично налаштовувати всі параметри системи, доки конструкція обертається. Через складність обладнання та програм таке лікування поки не використовується у лікарнях. Замість використання динамічного PAT, вчені застосували більш простий, статичний варіант. Вони розділили дугу на кілька пучків PBS і використали звичайний спосіб доставки випромінювання. За допомогою програми RayStation було створено плани MFO (з шістьма напрямками пучка) та плани PAT (з 30 напрямками променів), оптимізовані для мінімізації похибок.
З'ясувалося, нові плани PAT набагато краще направляють випромінювання на пухлину, ніж старі методи MFO. Хоча обидва способи однаково добре покривали уражену тканину, PAT знизив дозу, яку одержують важливі органи.
Особливо сильно це помітно на стовбурі головного мозку – там доза зменшилася на 19,6 одиниць (Gy (RBE)) у максимумі та на 9,5 у середньому. Для інших близьких органів різниця була незначною, але PAT сильно знизив дозу для тих органів, які знаходяться далеко від пухлини.
Вчені також вивчили, як відмінності у опроміненні впливають на ймовірність побічних ефектів. Виявилося, що PAT зменшує ризик сухості в роті на 8,5%, а також трохи знижує ймовірність інших проблем, таких як труднощі з ковтанням, необхідність харчування через зонд і підвищене слиновиділення.
Щоб перевірити, чи можна використовувати PAT у реальній лікарні, команда опромінила одного пацієнта, використовуючи обидва плани – MFO та PAT – на клінічному гентрі. Виявилося, що час опромінення майже однаковий: 36 хвилин для PAT (30 напрямків) та 31 хвилина для MFO. Якщо зменшити кількість напрямків до 20, то час скоротиться до 25 хвилин і при цьому якість опромінення майже не зміниться.
Дев'ять пацієнтів вже отримали або отримують лікування PAT: п'ять із пухлинами голови та шиї, троє з пухлинами мозку та один із раком грудей. Першим двом пацієнтам з пухлинами голови та шиї були призначені плани PAT з напівдугою (180°) та 10 напрямками пучка, середній час лікування становив 12 хвилин. Наступні два пацієнти отримали лікування з повною дугою (360°) та 20 напрямками, середній час лікування – 24 хвилини. Контроль якості показав високий рівень відповідності (99,6%), і лише одному пацієнту знадобилося коригування плану. Дослідники планують з'ясувати, чи цей метод знижує токсичність, і працюють над скороченням часу доставки.