RU2797493C1 - Способ оптимизации противоопухолевой терапии - Google Patents

Abstract

Настоящее изобретение относится к области онкологии и может быть использовано в качестве инструмента выбора оптимального курса противоопухолевой терапии в моделях, используемых на стадии отработки методик ведения пациентов с онкологическими заболеваниями. Для оптимизации противоопухолевой терапии, включающего в себя выбор из курсов терапии, выражаемых матрицами переменных вида М=(t_i,D_i), где i=1…I, I>I - число пар переменных, соответствующих моментам терапевтических воздействий t_i и их дозам D_i, и отвечающих предустановленному ограничению G(M)=G_oгp, оптимального курса терапии М_опт с использованием предустановленной методики определения показателя эффективности терапии F(M) при каждом конкретном курсе терапии М. Для этого из различных курсов терапии М_равн, включающих в себя воздействия с одинаковыми дозами D_i внутри каждого из них и отвечающих предустановленному ограничению G(М_равн)=С_огр, выбирают и запоминают в качестве текущего оптимального курса терапии М_то курс терапии с наибольшим показателем эффективности терапии F(М_равн). Запоминают количество воздействий в М_то как i_опт и определяют δ=1-10% от значения дозы воздействия в курсе терапии М_то, далее до тех пор, пока происходит увеличение F(M_то), повторяют первый и второй этапы, по завершению чего принимают М_то в качестве итогового оптимального курса терапии М_опт. На первом этапе определяют показатели эффективности терапии F(M_i) в каждом из модифицированных курсов терапии M_i, где i=1…i_опт, каждый из которых получают из М_то приращением одной дозы Di его i-го воздействия на величину δ, а на втором этапе модифицируют М_то путем изменения каждой его дозы D_i воздействия на величину, пропорциональную разности F(M_i) - F(M_то), и последующей коррекции М_то для того, чтобы он отвечал ограничению G(M_то)=G_огр. Изобретение создано при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках Соглашения от 05.10.2021 г. №075-15-2021-1347 (внутренний номер 15.СИН.21.0017). Изобретение обеспечивает высокую степень достоверности результатов оптимизации противоопухолевой терапии при относительно низких затратах временных и технических ресурсов, что повышает практическую ценность оптимизации.

Description

Настоящее изобретение относится к области онкологии и может быть использовано в качестве инструмента выбора оптимального курса противоопухолевой терапии в моделях, используемых на стадии отработки методик ведения пациентов с онкологическими заболеваниями.

Известен способ оптимизации противоопухолевой терапии, включающий в себя выбор из курсов терапии, выражаемых матрицами переменных вида М=(t_i,D_i), где i=l…I, I>1 - число пар переменных, соответствующих моментам терапевтических воздействий t_i и их дозам D_i, и отвечающих предустановленному ограничению G(M)=G_огр, оптимального курса терапии М_опт с использованием предустановленной методики определения показателя эффективности терапии F(M) при каждом конкретном курсе терапии М (см. Leder K. et al. «Mathematical modeling of PDGF-driven glioblastoma reveals optimized radiation dosing schedules», «Cell», January 2014, Vol. 156 (3), pp. 603-616 [1]).

В известном способе задают начальный курс терапии и определяют его в качестве текущего оптимального курса терапии М_то. До тех пор, пока не достигнут предустановленный уровень эффективности терапии при текущем оптимальном курсе F(М_то), производят приращение дозы случайно выбранного воздействия курса терапии М_то на предустановленную величину за счет уменьшения дозы другого случайно выбранного воздействия на значение, приводящее к тому, чтобы полученный курс терапии отвечал предустановленному ограничению, после чего полученный курс терапии принимают в качестве текущего оптимального курса терапии М_то с единичной вероятностью в случае увеличения значения эффективности терапии и с ненулевой, но уменьшающейся со временем вероятностью в обратном случае. Далее принимают М_то в качестве итогового оптимального курса терапии М_опт.

Недостатки известного способа заключаются в неоправданно высоких затратах ресурсов при его реализации в сочетании с достаточно низкой достоверностью результатов.

Известный способ принят в качестве ближайшего аналога заявленного способа. Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, состоит в создании способа оптимизации противоопухолевой терапии, который может быть интегрирован в различные модели противоопухолевой терапии, в том числе, отличающиеся широкой вариативностью параметров, что является критически важным на практике в связи с многообразием опухолевых заболеваний и сложностью их лечения.

При этом достигается технический результат, заключающийся в обеспечении высокой степени достоверности результатов оптимизации противоопухолевой терапии при относительно низких затратах временных и технических ресурсов, что повышает практическую ценность оптимизации.

Техническая проблема решается, а указанный технический результат достигается реализацией заявленного способа оптимизации противоопухолевой радиотерапии, включающего в себя выбор из М курсов радиотерапии, выражаемых матрицами переменных вида М=(t_i,D_i), где i=l…I, I>1 - число пар переменных, соответствующих моментам облучающих воздействий t_i и дозам облучения D_i, и отвечающих предустановленному ограничению G(M)=G_огр, оптимального курса радиотерапии М_опт с использованием предустановленной методики определения показателя эффективности радиотерапии F(M) в процессе курса радиотерапии при каждом конкретном курсе радиотерапии М. Для этого из различных курсов радиотерапии М_равн, включающих в себя облучающие воздействия с одинаковыми дозами облучения D_i внутри каждого из них и отвечающих предустановленному уровню повреждения нормальной ткани G(М_равн)=G_огр, выбирают и запоминают в качестве текущего оптимального курса радиотерапии М_то курс радиотерапии с наибольшим показателем эффективности радиотерапии F(М_равн), запоминают количество облучающих воздействий в М_то как i_опт и определяют δ=1-10% от значения дозы облучения в курсе радиотерапии М_то, далее до тех пор, пока происходит увеличение F(М_то), повторяют первый и второй этапы, по завершению чего принимают М_то в качестве итогового оптимального курса радиотерапии М_опт, причем на первом этапе определяют показатели эффективности радиотерапии F(M_i) в каждом из модифицированных курсов радиотерапии M_i, где i=l…i_опт, каждый из которых получают из М_то приращением одной дозы облучения D_i его i-го облучающего воздействия на величину δ, а на втором этапе модифицируют М_то путем изменения каждой его дозы облучения D_i облучающего воздействия на величину, пропорциональную разности F(M_i)-F(М_то), и последующей коррекции М_то для того, чтобы он отвечал ограничению G(М_то)=G_огр.

Заявленный способ реализуют следующим образом.

Моделируют на биологических образцах (см. Филимонова М.В., Самсонова А.С. и др. «Разработка экспериментальных моделей радиотерапии с целью профилактики ранних лучевых поражений в онкологии», Труды регионального конкурса проектов фундаментальных научных исследований, выпуск 22, Калуга, 2017, стр. 190-198 [3]; Матчук О.Н., Саенко А.С. «Влияние редкоионизирующего излучения и химиопрепаратов на опухолевые стволовые клетки (SP) меланомы В16 и аденокарциномы молочной железы MCF-7», «Радиация и риск», 2013, т. 22, №2, стр. 67-76 [2]) курсы радиотерапии М, выражаемые матрицами переменных вида М=(t_i,D_i), где i=l…I, I>1 - число пар переменных, соответствующих моментам облучающих воздействий t_i и дозам облучения D_i.

Из различных курсов радиотерапии М_равн, включающих в себя облучающие воздействия на биологические образцы с одинаковыми дозами облучения D_i внутри каждого из них и отвечающих предустановленному уровню повреждения нормальной ткани (см. Климанов В.А. «Радиобиологическое и дозиметрическое планирование лучевой и радионуклидной терапии. Часть 1. Радиобиологические основы лучевой терапии. Радиобиологическое и дозиметрическое планирование дистанционной лучевой терапии пучками тормозного и гамма-излучения и электронами», Москва, НИЯУ МИФИ, 2011, стр. 62 [3]), обозначаемому G(M)=G_огр, выбирают и запоминают в качестве текущего оптимального курса радиотерапии М_то курс радиотерапии с наибольшим показателем эффективности радиотерапии F(М_равн), количество облучающих воздействий в нем обозначают как i_опт и определяют S=1-10% от значения дозы облучения М_то.

Наибольший показатель эффективности радиотерапии F(М_равн) определяют, например, через минимальное общее количество живых опухолевых клеток в процессе курса терапии (см., например, Munro T.R., Gilbert C.W. «The relation between tumour lethal doses and the radiosensitivity of tumour cells», «The British iournal of radiology», 1961, т. 34, №400, pp. 246-251 [4]) либо любым иным известным способом.

Использование в качестве δ величины, лежащей ниже границы данного диапазона, может привести к неоправданно высоким затратам временных и технических ресурсов; использование в качестве δ величины, лежащей выше границы данного диапазона, может понизить достоверность результата. Далее до тех пор, пока происходит увеличение показателя эффективности радиотерапии текущего оптимального курса F(М_то), определяемого после облучения биологического образца, повторяют нижеприведенные первый и второй этапы, по завершению чего принимают текущий оптимальный курс М_то в качестве итогового оптимального курса радиотерапии М_опт.

На первом этапе определяют показатели эффективности радиотерапии F(M_i) в каждом из модифицированных курсов радиотерапии M_i, где i=l…i_опт, каждый из которых получают из М_то приращением одной дозы облучения D_i его i-го облучающего воздействия на величину δ.

На втором этапе модифицируют текущий оптимальный курс М_то путем изменения каждой его дозы облучения D_i на величину, пропорциональную разности эффективности радиотерапии текущего курса и текущего оптимального курса F(M_i)-F(М_то), и последующей коррекции текущего оптимального курса М_то, воздействуя на биологический объект так, чтобы он отвечал предустановленному уровню повреждения нормальной ткани G(М_то)=G_огр.

Для этого совершают следующую последовательность операций.

1) Проводят курс радиотерапии биологического образца и запоминают эффективность радиотерапии, соответствующую текущему оптимальному курсу радиотерапии F₀=F(М_то). Устанавливают значение параметра n=1, что соответствует одному курсу радиотерапии. Далее осуществляют пункт 2.

2) Определяют модифицированный курс радиотерапии М_мод. Сначала к нему приравнивают текущий оптимальный курс радиотерапии: М_мод=М_то. Далее дозу каждого его j-го облучающего воздействия изменяют следующим образом: D_i=D_i+nδ(F(M_i)-F(М_то)) и воздействуют на биологический образец. Далее дозы облучения в рассматриваемом курсе радиотерапии корректируют с целью выполнения предустановленного ограничения G(М_то)=G_огр, таким образом, что для скорректированного измененного курса радиотерапии М_мод=(t_i,γD_i), i=l…i_опт выполняется ограничение G(М_то)=G_огр. Далее осуществляют пункт 3.

3) Если эффективность радиотерапии модифицированного курса выше эффективности радиотерапии текущего оптимального курса F(М_мод)>F(М_то), то М_мод принимают в качестве текущего оптимального курса радиотерапии: М_то=М_мод, увеличивают значение параметра n на единицу: n=n+1 и далее осуществляют пункт 2. Если эффективность радиотерапии модифицированного курса ниже или равна эффективности радиотерапии текущего оптимального курса F(М_Мод)<F(М_то) и проведено более одного курса радиотерапии (т.е. n>1), то далее осуществляют пункт 1. Если F(М_мод)≤F(М_то) и проведен один курс радиотерапии (т.е. n=1), то текущий оптимальный курс радиотерапии принимают в качестве итогового оптимального курса радиотерапии М_опт=М_то.

Claims (1)

1. Способ оптимизации противоопухолевой радиотерапии, включающий в себя выбор из М курсов радиотерапии, выражаемых матрицами переменных вида М=(t_i,D_i), где i=I…I, I>1 - число пар переменных, соответствующих моментам облучающих воздействий t_i и дозам облучения D_i, и отвечающих предустановленному ограничению G(M)=G_огр, оптимального курса радиотерапии М_опт с использованием предустановленной методики определения показателя эффективности радиотерапии F(M) в процессе курса радиотерапии при каждом конкретном курсе радиотерапии М, отличающийся тем, что из различных курсов радиотерапии М_равн, включающих в себя облучающие воздействия с одинаковыми дозами облучения D_i внутри каждого из них и отвечающих предустановленному уровню повреждения нормальной ткани G(М_равн)=G_огр, выбирают и запоминают в качестве текущего оптимального курса радиотерапии М_то курс радиотерапии с наибольшим показателем эффективности радиотерапии F(М_равн), запоминают количество облучающих воздействий в М_то как i_опт и определяют δ=1-10% от значения дозы облучения в курсе радиотерапии М_то, далее до тех пор, пока происходит увеличение F(М_то), повторяют первый и второй этапы, по завершению чего принимают М_то в качестве итогового оптимального курса радиотерапии М_опт, причем на первом этапе определяют показатели эффективности радиотерапии F(M_i) в каждом из модифицированных курсов радиотерапии M_i, где i=l…i_опт, каждый из которых получают из М_то приращением одной дозы облучения D_i его i-го облучающего воздействия на величину δ, а на втором этапе модифицируют М_то путем изменения каждой его дозы облучения D_i облучающего воздействия на величину, пропорциональную разности F(M_i)-F(М_то), и последующей коррекции М_то для того, чтобы он отвечал ограничению G(М_то)=G_огр.