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粒子疗法

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呼吸运动如何影响笔形束扫描质子治疗?

06 Apr 2020
Measurement set-up

通过质子笔形束扫描(PBS)进行的强度调节质子治疗(IMPT)是可用于靶向高辐射剂量肿瘤,同时将对周围健康组织的影响降至最低的最精确方法之一。然而,由呼吸相关的肿瘤运动与质子束运动的相互作用引起的相互作用影响可以负面地影响辐射剂量分布。

关于相互作用的影响已经发表了很多研究。基于测量的对称和非对称呼吸模式研究 辛辛那提大学医学院 现已确认标准分级分离可用于治疗对称运动幅度小于5 mm的移动目标,而采用更高的分级分离方案将有助于最小化相互作用效应引起的目标剂量降解。但是研究还发现,受大运动和不规则呼吸模式影响的小肿瘤靶标并非如此(J.应用临床中物理 10.1002 / acm2.12846)。

通过测量多达15个治疗分数的光束传输,具有不同的对称和非对称呼吸模式,研究人员确定不规则运动会导致系统错误,而增加分馏无法弥补这些错误。对于呼吸不规则的患者,需要进行患者特定的运动管理,以确保将剂量有效地输送到目标肿瘤并减少对周围健康组织的毒性。

首席研究员 李恩信 他们的同事量化了相互作用效应对不同目标尺寸,运动幅度和笔形束斑尺寸的剂量学影响。他们没有使用任何模拟模型或治疗递送日志文件,而是针对特定数量的组分多次提供了200 cGy的实际组分剂量。

Eunsin Lee

在PBS质子治疗中,每一层都通过一系列离散的笔形束斑进行输送。扫描磁铁用于重新配置系统以在后续位置输送剂量。” Lee解释说。 “这不是一个瞬时过程。在存在因呼吸而引起的肿瘤运动的情况下,该斑点可能会以不正确的位置传递。这使得扫描质子束固有地对运动敏感,因为除肿瘤运动外,束本身在分娩过程中也在运动。”

他补充说:“作用是随机的,因此,如果在几天内以小剂量分次递送所需剂量,则相互作用的作用可以减轻。” “我们想通过利用合格指数和同质性指数以及作为分级的函数来量化分级分离如何减轻相互作用的影响。”

研究小组制定了治疗计划,以模拟直径为3厘米和10厘米的球形目标,在固态水幻影中深度为1厘米和5厘米。 95%的等剂量线覆盖了所有目标体积。他们使用正弦和余弦模拟了±0.5,±1.0和±2.0 cm的呼吸运动范围4 分别代表正弦对称和实际不对称呼吸模式的波形。

研究人员以1、5、10和15级分的剂量每级分200 cGy。对于3 cm的小目标,他们使用了浅层深度为119点的8层,较深深度为296点的9层的能谱。对于较大的10厘米目标,他们使用22层1厘米处1488点的斑点和23层5厘米处4615点的斑点。

然后,他们评估了每个移动目标中心平面上每个测量数据集的剂量一致性和均匀性。他们确定呼吸方式对剂量分布一致性的影响较大,但对均质性的影响较小。固有的束斑特征在更大程度上影响了剂量均匀性。

根据他们的实际测量结果,研究人员再次确认了先前研究的发现,即相互作用的影响随着所传递的馏分数量的增加而降低。但是,在运动较大的情况下(例如患者在靶向小肿瘤时进行深呼吸),增加分级分离并不能改善剂量的一致性或均匀性。

“我们的研究仅限于研究均质水体模型中移动目标的简单几何形状与PBS相互作用的影响,并在2D平面测量中评估受运动影响的剂量,” Lee说。 “我们认识到,在不规则的目标几何形状,实际的特定于患者的呼吸运动以及真实患者身体的高度异质性下,对PBS输送的相互作用可能要复杂得多。”

接下来,研究小组计划使用拟人化的幻象研究(例如乳房,肺和肝脏)来研究对几个实际患者病例的相互作用影响,这些研究需要运动管理技术(例如呼吸门控和屏气)。

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