湿潤加齢黄斑変性症に対する集束 kV X 線治療の線量モデリング

Dosimetry Modeling of Focused kV X-ray Radiotherapy for Wet Age-related Macular Degeneration.

• Huagang Yan
• Weiyuan Sun
• Prithvi Mruthyunjaya
• Beth Beadle
• Weihong Yu
• Bushra Kanwal
• Carolyn A MacDonald
• Wu Liu

抄録

目的:

湿潤性（新生血管性）加齢黄斑変性症（AMD）は、米国の失明原因の第一位です。主な治療法としては、抗血管内皮増殖因子（VEGF）薬を月に1回、点滴静注する必要がありますが、これには複数回の通院、高額な費用、手術による損傷や感染症のリスクが伴います。抗VEGF薬は新生血管の形成を阻害するが、新生血管を直接攻撃することはない。放射線治療は、新生血管系を破壊することができ、また、VEGF阻害薬では対処できない湿潤AMDに関連する炎症および線維化も潜在的に阻害することができる。しかし、現在のコリメーションベースの放射線治療装置は、固定された4mmのビームを使用しており、これは、様々なサイズと形状のために、脈絡膜新生血管化（CNV）病変を過剰に治療したり、過少に治療したりする傾向がある。本シミュレーション研究では、最先端のポリキャピラリーX線光学系を用いた集束kV照射による個別化コンフォーマル治療の評価を行った。

PURPOSE: Wet (neovascular) age-related macular degeneration (AMD) is the leading cause of blindness in the USA. The mainstay treatment requires monthly intravitreal injection of anti-vascular endothelial growth factor (VEGF) drugs, associated with multiple visits, high cost, and the risk of procedural injury and infection. Anti-VEGF drugs inhibit the formation of neovasculature but do not directly attack it. Radiotherapy can destroy neovasculature and potentially also inhibit wet-AMD associated inflammation and fibrosis not addressed by VEGF inhibitors. However, the current collimation-based radiotherapy device uses fixed 4 mm beams, which are prone to overtreat or undertreat the choroidal neovascularization (CNV) lesions because of their various sizes and shapes. This simulation study evaluates personalized conformal treatment with focused kV radiation using cutting-edge polycapillary x-ray optics.

方法:

ポリカピラリ光学系のシミュレーションは、モンテカルロ(MC)ベースの3次元幾何学的レイトレーシングによって行われました。集束された光子をモデル化した位相空間ファイルを生成した。この方法は、以前にファントム測定によって検証されています。ビーム方向に垂直な0.2mmの超小型ビーム集光点は、空間的に分割されたグリッド治療を可能にし、異常な新生血管を正常血管よりも優先的に損傷させることが示されています。Geant4ベースのMCシミュレーションを用いて、大,中,小の3つのCNV病変に対して、通常の治療とグリッド治療を併用して、回転しながらビームを照射した。直交3方向への±0.75mmの変位、眼球の垂直/水平回転±5°などの位置誤差による照射の不確実性を解析した。

METHODS: Simulation of the polycapillary optics was achieved via Monte Carlo (MC)-based 3D geometric ray tracing. Phase-space files modeling the focused photons were generated. The method was previously verified by phantom measurements. The ultrasmall ~0.2 mm beam focal spot perpendicular to the beam direction enables spatially fractionated grid therapy, which has been shown to preferentially damage abnormal neovascular blood vessels vs normal ones. Geant4-based MC simulations of scanning while rotating beam delivery were performed to conformally treat three clinical cases of large, medium, and small CNV lesions with regular and grid deliveries. Dose delivery uncertainties due to positioning errors were analyzed, including ±0.75 mm displacement in the three orthogonal directions and ±5° vertical/horizontal rotation of the eyeball.

結果:

60kVpの集束X線ビームを用いたCNV治療のシミュレーションでは、病変部とマージン（0.75mm）への線量の高い適合性を示し、鋭い線量フォールオフと制御可能な空間変調パターンを示した。90%～10%の等線量ペナンブラは0.5mm以下です。病変部への16Gyの処方線量では、臨界構造線量は許容範囲をはるかに下回っている。平均CNV線量は、0.75mmの直線変位と眼球の5度の視線角回転により、10％以内（ほとんどが4％以内）で変動する。

RESULTS: The simulated CNV treatments by 60 kVp focused x-ray beams show highly-conformal delivery of dose to the lesion plus margin (0.75 mm) with sharp dose fall-offs and controllable spatial modulation patterns. The 90%-10% isodose penumbra is <0.5 mm. With a 16 Gy prescription dose to the lesions, the critical structure doses are well below the tolerance. The average CNV dose varies within 10% (mostly within 4%) due to 0.75-mm linear displacements and 5-degree gaze angle rotation of the eyeball.

結論:

集束kV技術はCNV病変の個別化された治療を可能にし、隣接する健康な組織への不要な放射線を減少させる。シミュレーションされた線量分布は、現在の技術よりも優れています。

CONCLUSION: Focused kV technique allows personalized treatment of CNV lesions and reduces unwanted radiation to adjacent healthy tissue. The simulated dose distribution is superior to currently available techniques.

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