文摘
“生物优化”(BIOP)意味着治疗计划使用(电台)生物标准和模型,即肿瘤控制概率和正常组织并发症概率。四个不同层次的BIOP标识:我是“isotoxic”个性化的处方剂量水平以固定比例数字。多种多样的NTCP机关风险常数。显著改善非小细胞肺癌肿瘤局部控制预计。II级涉及的一个个性化的isotoxic组合的决心和分离方案。这种方法适合“平行”桨(肺、腮腺)。示例使用我们BioSuite软件。Hypofractionated SABR早期非小细胞肺癌有效ii级BIOP。提升BIOP使用放射生物函数作为IMRT的计划的一部分,例如,TCP而不超过给定NTCP最大化。这将导致目标剂量不均匀。NTCP模型参数(反映组织“架构”)驱动优化器强调逆向的不同区域,例如,惩罚高剂量等quasi-serial桨直肠。iv级BIOP添加功能成像信息,例如,缺氧或clonogen位置,第三级;示例的前列腺“剂量画”协议,BioProp。放射生物中固有的局限性和不确定性模型是强调。
1。介绍
1.1。放射治疗技术的进步和实践从1960年代到现在
外线束放射治疗的实践是深受技术可用在任何一个时代。在1960年代线性加速器开始取代钴机器(1]。因此高(轫致辐射)光子能量与改进组织渗透。下一个重大进展是计算机治疗计划系统(支持),此后不久计算机断层扫描(CT)提供病人的3 d影像解剖学是导入TPS (2]。通过先进的剂量计算的“算法”megavoltage光子束,第一个规划系统的形容词“3 d”开发和商业化开始(3]。这些早期的3 d支持大大改善了针对肿瘤的体积可能还透露多少正常组织被辐照使用原油准直技术的时间。梁的眼睛视图(BEV)计算机图形学然后导致大大改善了光束整形,首先通过自定义铸造屏蔽块(成为联合国的标准做法美国在1980年代),随后通过计算机控制multileaf准直器(4]。已经在这个阶段的改进保留正常组织鼓励努力“剂量升级”(5]。然而,真正重大的进展,强度调制(IMRT)和相关的“反规划”,保留了正常组织或“雕刻”一个全新的水平6- - - - - -8]。现在可以问TPS创建一个治疗计划,大大降低了高剂量的体积甚至“凹”器官在风险(浆)位于紧密相邻目标卷(实际上PTV),例如,直肠前列腺。更普遍的是,数量大大增加的自由度在逆规划过程。和技术的前进丝毫没有减弱的迹象。Tomotherapy Hi-Art (Accuray)和最近RapidArc(瓦里安)和VMAT (Elekta)提供了切实可行的解决方案将multifield IMRT转化为连续旋转强度调制,最初被称为IMAT [9),使强度更容易、更快捷。在与这些梁交付和治疗计划的进步,on-couch病人成像正在稳步发展,从早期EPIDS [10)通过对kV cone-beam CT (11)这是“指导”形象或IGRT开车。除了所有这些megavoltage——日益成熟光子技术,gantry-based、高能scanned-beam质子治疗现在变得可用在较富裕的国家,主要是美国、日本和欧洲,从而实现更高程度的“保形性”,因此保留正常组织比是可能的与任何photon-beam技术(12- - - - - -15]。
1.2。肿瘤剂量是如何规定的
上述技术的进步已被翻译成肿瘤剂量的增加,但这很大程度上是由一个“放之四海而皆准”的战略,也就是说,升级(处方)剂量 到相同值每一个病人(例如,由于采用放射,质子等)或改变的分数相同为每个病人(例如,前列腺或乳房辐射由于较低的肿瘤 )。
尽管大大增加normal-tissue-sparing tumour-targeting能力在我们处理,肿瘤剂量的方式是“规定”几乎没有改变。除了极少数例外,严格遵循协议。这些指定为给定的肿瘤类型应当交付的精确的辐射剂量,严格定义一致性范围内(例如,PTV应当包含95%等剂量线),在一个固定数量的分数(周一到周五每日)。这种严格的预先决定的数量,和部分肿瘤剂量,和确定的概率的局部控制,消除了最重要的武器为提高outcome-increasing肿瘤治疗剂量和/或分数的大小。
上述剂量递增策略导致了一些局部控制利率小幅上涨,特别是对于中期和晚期前列腺肿瘤16甚至没有增加或减少)(主要是直肠)并发症发生率。但将显示在下面,刚性预定义的处方剂量会导致一些病人underdosage和过剂量的不利影响他人17]。参照下面描述的不同级别的生物优化,我们标签上面的方法“0级别的优化。”
2。材料和方法
2.1。为TCP和NTCP放射生物模型
模型评估肿瘤的概率(当地)控制(TCP)和正常组织并发症(NTCP)首次提出下半年的1980年代和1990年代的前半部分(见[18)的一个有用的总结各种模型和相关的引用)。在此期间,20年左右的活动在很大程度上局限于使用这些模型评估治疗计划,尽管非常可观的文学的临床结果数据的分析确定“最适合”的参数值,最近总结的QUANTEC项目正常组织并发症(19]。通过定义这些最佳参数使模型复制的临床数据点他们安装,但相关的置信区间通常是相当广泛的。这有时大的不确定性的来源可能驻留在模型的函数形式,也在数据的性质和他们报告的方式。然而,它应该记住,承担不确定性是内在放射治疗;例如,会议正常组织剂量标准并不是一个保证对并发症的发生。在某种程度上,生物模型也受到这种不确定性。所有的放射生物评价给出应该被理解为估计今天根据可获得的最佳参数。
强调,当前的TCP, NTCP模型在本质上是混合的;他们适用于个人病人的剂量分布,用dose-volume直方图来表示(逆向),但到人口平均病人生物学。因为一般我们不知道病人的肿瘤clonogens辐射敏感度的问题(20.),“马斯登”TCP模型(21,22)使用一个意思和一个假定的标准偏差在人口;如何获得这些参数对于一个给定的肿瘤类型是在下一节简要描述。当前利用NTCP模型还包括平均值生物学虽然这通常是隐性的、而非明确的数学形式。
某些放射生物模型全部或部分机械(如马斯登TCP,相对连续性[18]),而另一些则纯粹现象学(莱曼[23和库彻等。24])。在所有情况下,一些假设是显式或隐式地以渲染的问题预测放疗在数学上可管理的结果。例如,LKB模型认为所有特定器官的体积元素有相同的重要性这个器官的功能。另外的三维剂量分布器官/组织由dose-volume直方图表示,它本质上是二维的,不包括任何空间信息。马斯登TCP模型假定首先,肿瘤(即“控制”。,消除),每一个clonogen已经“死亡”(即。,rendered incapable of further division), and further, at least as applied in the examples given here, that all the clonogens have the same radiosensitivity and that this remains constant from fraction to fraction. It is important to keep in mind these assumptions.
在本文我们重点坚决改变或使用NTCP和TCP模型优化的方式(外线束)治疗计划。的权力这种方法的如下图所示1。然而,在这种情况下,指标如EUD肿瘤(25,26),gEUD正常组织(27,意思是肺剂量(MLD) [28)密切与TCP或NTCP优化基于这些代理数量也可以归入放射生物优化。
2.2。不同的放射生物优化的“级别”
放射生物模型可以用来优化治疗方案以多种方式。我们发现它方便定义五个不同在近似水平,越来越复杂的顺序:
我水平
个性化的在一个isotoxic(即。,iso-NTCP) basis.
II级
个性化的不仅但也数量的分数在一个isotoxic的基础上。
第三级
使用放射生物功能(EUD和/或NTCP和TCP)反规划算法。
第四级别
此外,针对病人的放射生物功能成像的信息添加到逆dose-painting计划。
水平V
个别患者生物学,例如从基因组学,添加到上面。
I - IV水平通过示例将依次讨论和演示使用软件生成创建我们的中心。
3所示。结果与讨论
3.1。我Isotoxic定制:处方剂量水平
后不久的外观第一NTCP模型(23,24,29日)建议这些模型可以用来选择一个最佳剂量的肿瘤(30.,31日];其次是更详细的研究,如(32]。然而,直到最近,“isotoxic”临床协议已经付诸实践33]。
基本思想是见数据2和3。激进的标准Clatterbridge协议放射疗法的治疗非小细胞肺癌的肿瘤,直到2009年左右,治疗55 Gy的总剂量20分数超过4周(34]。是采用一个相对简单的3-beam 6 MV技术。图2显示了NTCP值(2级辐射肺炎)的一系列24患者约2005 - 6;NTCPs被计算的逆向双肺-制造使用Lyman-Kutcher-Burman (LKB) NTCP模型(23,24从[]参数35];自然地校正了逆向不同分数的大小,使用(18]。这些价值观的广泛是显而易见的,从低≈高达2%≈22%,相应的梁的正常的肺覆盖上的巨大差异,造成病人肿瘤的大小和位置的差异。决不可能是说,这些患者都是“宽容对待。“本地控制利率估计35%的地区36]。
(一)
(b)
处方剂量的同样的人群,重新计算,以便NTCP针对每种情况是10%。少量的治疗计划,减少低于其“isotoxic”价值由于食管的约束(设置在哪里= 63 Gy 20分数)。我们实施一个额外的约束是不允许TCP超过99.0%;这个限制的最高价值大约85 Gy。在所有情况下分数的数量保持在20。的“光谱”处方剂量如图3(一个)。在这两种情况下才留在≈55 Gy。图3 (b)显示了TCP值“之前”(淡蓝色)和“后”(栗色)剂量定制,估计使用“马斯登”TCP模型[21,22从[]参数37)(见下文)。在TCP传播常数55 Gy是由于制造中心的变化,这是翻译成初始clonogen号码通过clonogen密度。的安全和处方剂量范围从“isotoxic”≈5%,至≈100%(准确地说,99%)。真正重要的是平均TCP增加≈44%,至≈60%。这已经实现了平均NTCP绝对没有增加,这是≈在这两种情况下的10%。在临床实践中产生的局部控制平均增加可能更大,因为减少在的病人在这个造型运动可能不会被临床应用。
TCP使用的参数估计克隆厘米−3; , ,Gy;天;天。推导出这些TCP模型的拟合预测临床结果发表(37)广泛的分数大小,总剂量,和整体治疗时间(36,39,40];配合非常好。
3.2。基于一级优化治疗方案
在英国两个电流I / II期试验NSC的激进的放射治疗肺肿瘤已经开发基于“isotoxic”剂量个体化。IDEAL-CRT试验(34,43)涉及30日报分数超过6周,处方剂量调整,直到被忽视的热带病的意思是(平均归一化总剂量)non-involved肺等于18.2 Gy;这对应于二年级的20%,或者更大,肺炎。然后减少10%,以弥补可能的并发化疗的效果。此外,被限制为63 - 73 Gy的窗口。
我开始(ISoToxic加速放疗)协议(44)是一个20-fraction,四周治疗,辐射,和第二阶段希望NSCLC病人有资格。选择这样Gy,范围仅限于58 - 65 Gy,除非进一步限制由于心脏,脊髓或食管的约束。这可以比标准Clattebridge协议55 Gy为这个病人组在20个分数。应该注意的是,协议都是固定数量的分数;因此增加意味着每一部分的剂量也增加。
范Baardwijk et al。33)描述一个个性化的剂量处方166 iii期NSCLC患者的研究。患者治疗的最大容许剂量(MTD)增加分数(每天两次1.8 Gy),直到noninvolved肺和脊髓的正常组织约束。他们报告说优惠1 - 2年总生存期和可接受的毒性。
这种类型的优化的一个明显的优势是,改进程度的保形性的治疗方案对于任何给定的肿瘤类型,例如,从三维适形强度调制,从固定,few-field IMRT难以转动(VMAT Tomotherapy, RapidArc,等等),甚至从megavoltage光子质子,自动翻译成目标剂量的增加,因此在可能的改善临床结果。
3.3。ii级优化:定制的处方剂量和部分号码在“Isotoxicity”
分离可能是最“放射生物”的所有变量外线束放射治疗(45,46]。配方是最经典的教材一样小的一小部分尺寸是可行的应该用于最大化“治疗比率”(参见图1),它遵循逻辑α/β低高late-reacting正常组织和肿瘤clonogens [46- - - - - -48]。然而,两个问题复杂化这过于简单化的照片。首先,增加分数的数量很可能总治疗时间超过3周,因此,在肺癌和头颈部肿瘤的情况下,扩散到clonogen时区(40),导致的损失为给定的肿瘤局部控制床(49]。其次,LQ-based“枯萎”公式计算正常组织isoeffect的函数α/β每分数和总剂量,剂量41,50)是经常使用在一个不合逻辑的方式。如果不是设置剂量威瑟斯的表情等于(肿瘤)处方剂量,“教科书”程序,它是选为代表的“行为”的正常组织,其目的是应用(例如,接近均值器官剂量的情况下“平行”肺),那么它可以显示更大的分数大小可以安全地使用,尤其是对高度适形治疗计划(42,51]。图4说明了这种情况下的肺肿瘤周围肺组织“平行”;类似的曲线可以发现Vogelius et al。52]。
BioSuite软件(53)可以改变数量的分数的影响广泛探讨。数据5和6一直使用BioSuite生成的“isotoxic优化”选项,选择10% NTCP辐射肺炎(RP),两个对比治疗NSC肺肿瘤放射治疗计划。图的情况下5的(标准)处方55 Gy 20分数,TCP是48.0%,NTCP (RP) 6.6%。当(总)剂量增加NTCP (RP) = 10%,我们看到TCP经历最多15左右分数,然后减少,由于clonogen扩散(天,天假设)。最优数量的分数是15日,也就是说,你的治疗。这个数字代表的“经典放射生物学”行为的治疗比增殖的肿瘤(如,[49,54])。
治疗计划图进行了分析6也是NSC肺部肿瘤,但这里的肿瘤更小和更积极。non-involved肺的报道更少,这将导致一个非常不同的依赖TCP的分数。这是一个明确的情况下有效剂量的正常的肺非常远低于肿瘤剂量,因此完全无效的常规使用威瑟斯“isoeffect公式(参见本节开始时讨论)。
上述两个数据中的例子说明非常清楚如何从另一个不同的一个病人的依赖的肺isotoxicity下TCP的分数。这强烈表明,当风险的主要器官的行为“并行”的方式(肺一样55),有证据表明肿瘤clonogen扩散(40),生物优化放疗将导致定制分离方案基于病人的治疗计划。所谓极端辐射受雇于stereoablative放疗(SABR,原名SBRT)早期NSC肺肿瘤(56实际上是一个这样的例子,虽然通常没有个性化的剂量。然而,对于许多报道一系列SABR治疗局部控制利率可以接受低并发症率如此之高,可能是认为没有必要isotoxic剂量定制(57,58]。
霍夫曼et al。17)进行了一次在网上试验中,不同于前一节中描述的一个(数字2和3)。他们个性化的剂量处方考虑剂量约束不仅对肺也对脊髓,食管,臂神经丛,心。分数的数量是15日,20,33。他们发现剂量升级在79%的情况下是可能的。他们强调,肿瘤剂量更高水平至关重要雇佣技术最大限度地闲了食道。
3.4。提升BIOP:放射生物反规划引导
没有修改的治疗计划,相对的剂量分布,参与水平I或II级优化。三世超越这个水平,在强度调制的背景下,利用TCP和NTCP函数的数学特性创建“逆”计划。这种方法有一个明显的优势dose-volume-based逆规划方法:可用自由度优化器的数量明显增加。每个beamlet的强度由计划变成了一个变量,可以调整生产最好的计划,从一个放射生物的观点。因此优化器现在可以找到解决方案,比如减少目标剂量毗邻重要正常组织加上推动目标的其他部分体积(59]。显然目标体积剂量将不再是统一的,但TCP的功能将自动照顾“热”和“冷”的效果。
然而有一些障碍需要克服之前可以应用这种方法。首先,所有TPS逆优化引擎工作通过最小化一个全球成本函数的一个标准的计划满足临床需求(例如,8,60])。dose-based计划,制定本要求的剂量/体积限制(例如,最大剂量OAR1 50 Gy的最小剂量64 Gy的目标卷2,等等)。然而在放射生物计划的情况下,目标函数是最小化应该包含TCP NTCP-based标准,可能除了剂量/基于卷的。一种可能性是定义目标函数,优化器将尝试最大化TCP在保持NTCP等于或低于用户定义的阈值。另一种可能性是让优化器找到剂量分布的收益率最高的也叫“简单的肿瘤局部控制概率”(61年,62年]。目标函数的数学形式对由此产生的剂量分布有至关重要的影响。
其次,逆规划引擎依赖于某种形式的梯度下降法算法以最小化目标函数(例如,60])。这些算法可以陷入局部最小值8),相应的理想计划,当目标函数具有特定的数学nonconvexity等属性。虽然TCP和NTCP的功能使用最广泛的模型本质上凸,数学转换可以帮助让这些函数的梯度下降最小化(与局限性,见文献[63年])。在实践中,很少有商业TPS包括这种优化。当他们做的,放射生物模型简化为提高逆优化过程的可靠性(64年放射生物治疗比率为代价的。
我们给放射生物优化的一个例子,以下的情况下非小细胞肺肿瘤。这是由我们自己编写一个目标函数包括马斯登TCP和LKB NTCP模型在顶峰研究界面(飞利浦肿瘤系统)65年]。使用的参数是相同的如前面描述的“ii级”的例子。由此产生的逆向如图(累积)7。
在寻找最高的TCP固定NTCP更高强度的优化器创建梁中心(这里没有显示明确)导致不均匀分布的PTV和制造中心;相应的逆向贴上“Bio-Plan (isotoxic)”的人物。有一个显著的TCP增加而“配对”的逆向肺-制造中心(“冷漠”肺)标准和放射生物优化的计划实际上是一样的,从而证明优化器能够保持NTCP几乎不变。PTV计算TCP要低得多,这是一个有些人为的结果,是由于两个因素:第一,显然PTV体积明显大于制造中心从而自动减少TCP,其次PTV的剂量不均匀性非常大。这是强调,如果这一策略是实现临床然后减少肿瘤运动将非常重要,主要是由于呼吸。Witte et al。66年等级3)描述的复杂实现BIOP涉及不仅TCP和NTCP还随机和系统误差的影响;他们的软件平台也顶峰研究界面。
Engelsman et al。67年)表明,离开一个统一的剂量肺部肿瘤可能导致治疗比率的增加。他们的方法是更复杂的比放射生物反规划;他们探索减少字段大小的影响,因而PTV-CTV保证金,从而导致肿瘤剂量不均匀。同时他们增加了所有的梁的梁监测单位为了保持NTCP常数。密切相关的肿瘤EUD TCP,经历了一个最大值大小幅度远低于一般推荐。贝克也得到类似的结果等。68年和Popescu et al。69年]。在后一种情况下4 dct图像,重建呼吸周期,被用作输入顶峰研究TPS,累积每体素的剂量为呼吸的图像变形。这是发现边距宽度产生最高TCP的常数NTCP冷漠的肺(每种情况下所有的剂量都新)约5毫米,比标准的临床选择15毫米。上述三种方法可以划分为“forward-planned放射生物优化,“尽管他们属于“第三级”,因为它们涉及修改治疗方案,以提高TCP。
固定数量的分数被认为在这些例子中放射生物提升优化。不需要这样,尽管很难看到分数的数量,,可以添加作为一个独立变量的逆规划过程中,TCP和NTCP的值对于一个给定的剂量依赖。这意味着逆优化需要进行几次,不同每一次。一个可能的策略来减少迭代的数量可以选择一个标准分数,说20日执行放射生物优化和出口的逆向BioSuite。然后一个TCP和曲线(类似的数据5和6)建议的最佳值可以反馈TPS和放射生物逆优化器然后重新运行这个修改数量的分数。
3.5。从功能成像IV级BIOP-Adding针对病人的信息
目前大量的注意力正在致力于信息如何在个体肿瘤“生物学”揭示了函数成像可用于修改剂量目标的特定区域(例如,69年- - - - - -73年])。如果特定肿瘤相关属性成像是clonogen密度则明显的意义提高剂量确定子卷。同样如果图像可以转化为缺氧的程度的辐射敏感度TCP模型可以适当修改。描述性术语“剂量画”已经进入了放疗词汇来描述被试的各种方法。
下面我们描述自己的工作中间,高危前列腺肿瘤。占主导地位的interprostatic病变(迪勒)确定使用的组合diffusion-weighted先生,胆碱宠物和模板活检。我们BIOPROP协议利用放射生物PRI-based逆规划(见前一节BIOP III级)。目标函数试图最大化的TCP迪勒(见图8),同时保持NTCP直肠低于7%,为每个两个截然不同的端点,出血和粪便尿失禁。另外,还有物理剂量约束之外的74 Gy最小剂量迪勒但在PTV和最大尿道剂量74 Gy。到目前为止我们有少量的飞行员提供治疗药物,在37个分数。
顶峰(PRI)不能使用临床研究界面。目前在Clatterbridge使用治疗前列腺肿瘤RapidArc(瓦里安),是一种旋转强度(9]计划在Eclipse(瓦里安)TPS (74年]。因此我们想实现逆放射生物优化剂量绘画计划使用RapidArc。我们的解决方案是将PRI-derived逆向Eclipse TPS和使用这些驱动RapidArc优化器。由此产生的逆向的一个例子是图所示8。
可以指出的是,迪勒逆向RapidArc计划对应一个同质性较高的剂量(80年至83年间Gy)比顶峰计划,这是使用11创建固定IM领域。这是因为它是不可能让RapidArc优化器“TCP最大化”。然而,结果只是TCP减少1.5%。我们的分析的第一个5 BioProp治疗表明平均%对应于最大剂量的迪勒从82.4到87.4 Gy,相比-71%的标准74 Gy治疗(TCP模型中的参数假定: , ,, ;这些都是获得一个合适的临床结果报道Dearnaley et al。75年])。
3.6。水平V BIOP-Adding个别患者生物学到以上的水平
据我们所知道的文献中没有具体的例子在网上放射生物或临床研究进一步细化的优化策略。正如前面所讨论的,目前使用TCP和NTCP模型是混合动力车,而他们预测特定治疗方案(精确为计划)的逆向计算他们有效地治疗患者特定人口的计划。因此,%的意思是,65年的100名患者将肿瘤的大小控制的剂量分布。然而,如果我们知道肿瘤的辐射敏感度clonogens为病人接受治疗(20.),那么这个预测将是压倒性地转换为一个或零,控制/不控制,与TCP越来越迅速从零到统一在一个非常狭窄的范围内的剂量(18,21,22]。这些信息将使我们能够选择最低的处方剂量仍实现TCP > 99%。同样,预测的并发症率的说6.0%意味着特定的正常组织剂量分布问题,6 100名患者将经历的并发症。我们拥有这个预测病人的个体生物学信息原则上会缩小至一个很低(可能是零)的概率还是很高的。探讨了这些问题,在其他人,Lambin et al。76年]和Rutkowska [77年]。
塔克等。78年]表明,单核苷酸多态性(snp)可以显著提高莱曼MLD的能力模型来预测放射性肺炎的发病率。在同一组临床危险因素研究表明,广义莱曼与病人吸烟状态模型考虑了NTCP估计多达27个基点不同模型仅基于dose-volume因素(79年]。Valdagni et al。80年]试图理解为什么,尽管“优秀”直肠dose-volume直方图(逆向),某些病人治疗前列腺癌晚期展出直肠出血(LRB)与“穷”逆向而另一些没有。35个基因参与DNA修复/辐射响应进行了分析。发现明显下调基因9个低风险易出血组与高风险的泄漏和高风险non-bleeder组;四个基因显著调节non-bleeder高危人群相比其他组。是希望这样的研究将导致NTCP模型能对“生物不同的“病人有不同的预测非常相似的逆向,并最终在这样的改进模型的合并放射生物的不同层次优化这里讨论(81年,82年]。
4所示。摘要和结论
最近AAPM任务组报告的使用和QA血缘关系模型治疗计划(83年]介绍说:
直到最近,RT的质量计划已经被物理量判断,也就是说,剂量和dose-volume (DV)参数,认为与生物反应而不是估计的生物学结果本身。人们普遍认识到,DV的标准,仅仅是替代措施的生物反应,应被生物指标取代为了治疗过程更紧密地反映临床目标rt发展我们对现有的剂量反应模型的优点和局限性的理解开始允许生物概念的整合到一个常规治疗计划过程。
本文提出了几种方法(或水平)的“生物指数”TCP和NTCP可直接并入到治疗计划过程中,不仅仅是为了评估和比较竞争对手的计划(例如,八神庵等。84年),但是优化治疗计划的处方剂量和数量的分数,从而改善临床结果。由于多仔细研究,总结在QUANTEC(正常组织影响的定量分析诊所)系列的论文(85年的预测,尤其是广泛应用和研究Lyman-Kutcher-Burman NTCP模型(23,24现在足够可靠的对某些重要器官/组织和端点(直肠出血86年),肺炎55),辐射诱导肝脏疾病,口腔干燥在腮腺腺体,也可能心脏并发症(87年]),涉及“isotoxic”肿瘤剂量个体化治疗方案可以开发与应用(17,33,34,44]。等软件BioSuite(53)使这只简单只要处方剂量重新调节和/或分数定制数量。为了计划和交付基于放射生物的强度,但是,治疗计划系统必须将TCP和NTCP合并到目标函数;放射生物在写作的时候全面逆计划是可能的最多的两个商业系统(64年,83年],虽然计划基于gEUD [27更广泛使用。
通过充分利用稳步改善程度的保形性与现代技术,实现个性化的分馏(对更少的分数)放射生物有着巨大的潜力。此外,辐射也提供增加病人方便,每疗程成本的减少,这可能是对质子治疗(尤其重要13]。为了不过是两个音符的谨慎。首先使用的方法和模型生成的数据摘要(例如,数据4,5和6)要么是直接在马斯登TCP模型(18,21,22,31日),或间接地在Lyman-Kutcher-Burman NTCP模型(18,23,24),基于线性二次表达式连接细胞存活分数和吸收剂量(41,45- - - - - -50,88年]。每一部分的剂量≈10 Gy,然而,所谓的广义王等人提出的线性二次模型。89年和Carlone et al。90年)可能更正确,但这决不是公认的(91年]。无论“真相”最终结果是,如果LQ模型overpredict细胞杀死在非常大的分数大小在这样的剂量每一部分LQ-based放射生物模型将导致在预测NTCP而是一个下TCP的预测。因此产生的辐射方案不太可能导致过度的并发症发生率(58]。其次,关于质子束放疗有额外的并发症(谢天谢地!)不存在当考虑还有形式(包括产生的轫致辐射光子光束在线性加速器):给定的灰色的生物效应吸收剂量是不一样的在病人(或幻影);这取决于质子能谱(92年- - - - - -94年]。虽然这种依赖能源,因此质子RBE的深度,因此在病人的位置,可能从来没有超过≈10%,戴尔等。93年)指出,10%的不确定性RBE正是相当于10%的不确定性在光子剂量治疗计划,这将不会被容忍。因此更多的研究需要在质子RBE变异92年,93年]。
总之,如果今天的复杂的成像、治疗计划和radiation-delivery技术,和明天的genome-based病人生物学转化为最大临床益处的规定一个固定剂量体积目标在今天的治疗方案必须更换个性化的剂量在某些情况下,个性化的分馏。在右手biomathematical辐射效应的模型是强大的工具95年,96年];套用查普曼和Gillespie97年),让我们使用它们!
确认
中许多同事已经在很大程度上造成了思想和本文作者描述的工作尤其要提到Beatriz Sanchez-Nieto,乔凡娜Gagliardi,毛罗·八神庵,Aswin霍夫曼,征服者Malik Chinnamani Eswar,杰森·莱斯特,伊莎贝尔Syndikus戴安娜泰特,科林·贝克,约翰•芬威克伊娃Rutkowska,凡妮莎Panettieri,菲利普•如同查普曼,戈登钢铁、罗杰·戴尔查理Deehan,杰克·福勒Marco Carlone帕维尔Stavrev, Marnix威特,乔·Deasy另Ruggieri,马可·施瓦兹克劳迪奥Fiorino,斯特凡诺Gianolini,里卡多。Valdagni。他们也要感谢谢尔•埃里克森RaySearch AB使用轨道和飞利浦顶峰的使用研究肿瘤系统接口。