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剂量率优化可提高FLASH质子治疗期间的健康组织备用

放射诊疗 质子治疗 FLASH 辐射剂量
发布:2020-12-21 15:53:12    

使用强度调制质子治疗和同时进行剂量和剂量率优化(SSDRO)获得10Gy分数的多个治疗束产生的剂量和剂量率分布。对于使用九个光束的SDDRO方法,计划质量最佳。(礼貌:医学物理学10.1002 / mp.14531)

放射疗法的主要目标是向癌细胞提供大剂量的辐射,同时保留周围的健康组织。最近的发展表明,通过向癌组织传递超高剂量率,一种称为FLASH放射疗法的技术,可以降低健康的组织毒性,从而提高治疗率。

提供FLASH所需的超高剂量率的一种方法是使用质子疗法。当质子穿过组织时,它们将大部分能量沉积在其范围的末端。通过确保在有限的体积内提供最大剂量,质子治疗和FLASH的组合可以进一步提高治疗率。

在提供治疗之前,治疗计划系统(TPS)中的严格计算过程有助于确定最佳计划。该优化过程还考虑了如何将总剂量分成多个治疗部分-称为超分割。

当前,TPS优化算法仅在不考虑剂量率的情况下优化剂量。但是,给药剂量率对FLASH放射疗法的疗效有重大影响。为了解决这个问题,埃默里大学Winship癌症研究所和山东大学的郝浩及其同事开发了一种同时进行剂量和剂量率优化(SDDRO)的方法。

剂量率优化

当只考虑剂量优化和使用SDDRO时,Gao及其团队研究了对计划质量的影响。他们将SDDRO产生的剂量和剂量率分布与三位肺癌患者的传统强度调制质子治疗(IMPT)计划(仅具有剂量优化)进行了比较。他们考虑了用1、3、5、9和17束光进行治疗,处方剂量为2、6和10 Gy。

SDDRO方法将通常的剂量限制纳入目标体积和高危器官(OAR)。与剂量约束类似,在目标区域(ROI)中强制执行其他剂量率约束。ROI被选择为围绕临床目标体积(CTV)的环状扩展。剂量率约束确保了大部分ROI都收到了所需的FLASH剂量率(40 Gy / s或更高)。

提高剂量率覆盖率

与IMPT计划产生的剂量和剂量率分布相比,SDDRO显示出FLASH剂量率覆盖率的显着改善。在所有情况下,所有SDDRO计划均满足剂量率约束条件,其中98%的ROI应获得所需的剂量率。在优化过程中考虑多个治疗束时,总体计划质量在剂量和剂量率分布方面均得到改善。

计划使用9束和10 Gy分数的治疗时,可以获得最佳的FLASH剂量率覆盖率。这表明,可以通过增加每部分的剂量来进一步提高SSDRO的计划质量,这种方法称为超分割。

研究人员还表明,在有和没有优化剂量率的情况下产生的剂量分布具有可比的CTV覆盖率。Gao认为:“为了节省正常组织,同时保留剂量分布,与IMPT相比,SDDRO可以大大提高FLASH的剂量率覆盖范围”。

SDDRO的未来实施

所提出的SDDRO方法处理剂量率约束的能力是显而易见的。对于该方法的未来实施,Gao建议“应以与剂量-体积约束相似的方式规定剂量率-体积约束”。

尽管作者承认SDDRO方法的实施需要进一步的发展,但他们相信这种方法将来可能会成为FLASH治疗计划的常规方法。“与剂量-体积约束不同,已经建立了与临床终点相对应的各种定量指标,而剂量率-体积约束却是新的,因此需要建立定量指标。”

研究人员在《医学物理学》中报告了他们的发现。

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