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粒子疗法

粒子疗法

基于LET的计划优化了质子治疗

DoseOpt和LETOpt计划的比较
DoseOpt和LETOpt计划的比较。

在当今的临床实践中,对于质子的相对生物学有效性(RBE),假设质子治疗的常数值恒定为1.1,则计划进行该方案。然而,RBE是一个复杂变量,取决于许多因素,尽管进行了广泛的研究,但尚无公认的可变RBE模型可用于临床治疗计划。因此,质子的生物学不确定性仍然是实现质子治疗的全部潜力的主要挑战。

影响RBE的一个因素是线性能量转移(LET),其中较高的LET与增加的RBE相关。因此,可以通过改变LET来修改已交付的RBE。为此,来自 MD安德森癌症中心 研究了将LET标准直接纳入强度调节质子治疗(IMPT)规划的影响。他们的目标是:与传统计划相比,增加目标数量的LET,同时减少关键结构的LET(物理中生物学 63 015013)。

“目前,IMPT治疗计划并未专门评估LET的分布。但是,LET是质子的重要贡献因素’除了物理剂量外,生物学上的有效性”第一作者解释 曹文华. “常规优化的IMPT计划可能导致将具有高LET的质子放置在正常组织中而不是目标体积中。这可以通过LET优化来改善。”

重新计划结果

曹和同事检查了五名接受质子治疗的脑肿瘤患者。所有患者均具有一个或多个与目标体积相邻或重叠的关键结构。他们为每个患者创建了两个IMPT计划,一个使用常规的基于剂量的优化(DoseOpt),另一个使用建议的LET结合的优化(LETOpt)。所有计划都具有与临床治疗相同的目标处方和现场安排,并且经过定制以产生与临床所提供剂量相似的剂量分布。

对于每个计划,研究人员确定了一系列剂量和平均LET的关键指标(以下简称LET):总肿瘤体积(GTV)的1%和99%的剂量和LET;脑干的最大剂量和LET;脑干0.1 cc中的剂量和LET超过;视交叉的最大和平均剂量和LET。

对于那些选定的剂量指数,他们发现DoseOpt和LETOpt计划之间只有很小的差异。但是,LET指数显示出明显的差异。从DoseOpt到LETOpt,最大LET和LET至脑干0.1 cc分别平均减少了19.4%和23.7%。同时,视交叉的最大和平均LETs分别降低了21.1%和21.9%,而GTV的1%和99%的LETs则增加了27.2%和18.4%。

以胶质母细胞瘤为例,剂量分布和剂量-体积直方图证实了这两种方案产生的剂量具有可比性。 LET分布和LET体积直方图证实,LETOpt计划显着改善了脑干和视交叉的保留。研究人员指出,GTV的LET升高没有危险器官中的LET降低明显。

在另一例患者(室管膜瘤患者)中,这两个计划再次提供了相似的剂量,尽管DoseOpt计划在低剂量区域产生的脑干保留比LETOpt计划差。 LETOpt大大减少了正常组织和脑干中的LET热点,并且生成的靶标中的高LET区域比DoseOpt计划的LET高。

对于该患者,研究人员还研究了剂量和LET目标的最佳优先因素之比如何影响最终计划。他们创建了两个LETOpt计划,并将此比率设置为一个(计划1)或10(计划2)。对于计划1,尽管LETOpt在低剂量时不能很好地保留脑干,但大大减少了其在高LET中的暴露。在计划2中,对于LETOpt和DoseOpt,脑干的剂量节省与之相似,但是无法像计划1那样获得LET节省的好处。

剂量和LET目标之间的权衡

尽管两个LETOpt计划都增加了目标体积中的LET,但计划2的增加幅度较小,因为对剂量给予了更高的优化优先级。作者建议,在临床中,计划1和2之间的选择应由医师决定’对不同指标的偏好(例如对脑干的剂量或目标剂量的增加)。

结果表明,结合LET的IMPT优化可以提高目标体积的剂量平均LET,并在关键的正常组织中降低剂量,同时保持令人满意的剂量分布。研究小组指出,该方法的临床应用无需更改当前的治疗方案,并且可以立即实施以使患者受益。

“到目前为止,我们中心仅用LET优化的IMPT治疗了一名患者,但计划治疗的人数将越来越多,” Cao told 医学物理学网. ”我们正在努力建立一个协议,以便系统地将LET优化用于IMPT。我们认为,经过LET优化的IMPT将使对靠近肿瘤靶标的关键结构具有高辐射诱发毒性风险的患者受益。”

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者