物理·生物·技术
针对射程不确定性的质子调强放疗鲁棒优化方法
中华放射肿瘤学杂志, 2019,28(2) : 119-124. DOI: 10.3760/cma.j.issn.1004-4221.2019.02.008
摘要
目的

因治疗精度高、副作用小,质子调强放疗(IMPT)成为放疗领域的研究热点,但其精度对射程变化非常敏感。本研究提出一种针对射程不确定性的IMPT鲁棒优化方法用于减小射程偏差对放疗计划的影响。

方法

首先建立鲁棒优化模型,目标函数采用二次型函数表达式,其中包含3种射程:射程增加、射程正常、射程缩短;每种射程对应的器官剂量贡献矩阵采用质子笔形束算法计算得到。对射程偏差进行离散化,每个射程的发生概率基于高斯分布函数得到。最后采用共轭梯度法优化出最优解,最优解使得靶区和危及器官实际剂量分布在射程偏差内尽量达到期望剂量。

结果

采用AAPM TG-119号报告的3套模拟例题测试本研究方法的有效性:鼻咽癌病例、前列腺病例和"C"型病例。与常规IMPT优化结果对比,发现该方法对射程不确定性的敏感性更低。射程发生偏差时,鼻咽癌病例和前列腺病例的靶区和危及器官基本达到期望剂量,"C"型病例的靶区高剂量覆盖率和危及器官保护都有了提高。

结论

针对射程不确定性,该方法可得到更高的靶区覆盖率,同时降低危及器官剂量。

引用本文: 裴曦, 徐遥, 张练, 等.  针对射程不确定性的质子调强放疗鲁棒优化方法 [J] . 中华放射肿瘤学杂志, 2019, 28(2) : 119-124. DOI: 10.3760/cma.j.issn.1004-4221.2019.02.008.
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质子放疗由于可以在复杂肿瘤区域实现高度适形和均匀的剂量分布,同时最大程度保护周边的危及器官,有较大治疗增益比[1]。儿童肿瘤是质子放疗重要适应证之一,可明显减少二次原发肿瘤发生概率[2]。质子在治疗靠近脑干、脊髓等重要器官的肿瘤效果也非常显著,例如脊索瘤、软骨肉瘤等[3]。质子束最大能量深度低于或高于预期的话,那么肿瘤附近的危及器官可能会受到高剂量照射[4]。质子调强放疗(intensity-modulated proton therapy,IMPT)通过优化质子笔形束的能量和强度得到靶区和危及器官的剂量目标,是主要的质子治疗模式,其受射程、患者定位等影响较大[5,6,7,8]。这些不确定性导致实际治疗的剂量分布与放疗计划之间出现偏差,可能导致不理想的治疗和不可预见的结果。因此,在质子放疗计划设计和优化中给予考虑。

 
 
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