文摘

目标。同时综合提高前列腺癌(SIB)允许增加肿瘤控制概率,同时尊重正常组织剂量约束。生物优化功能,优化基于治疗结果可以用来创建SIB前列腺的计划。本研究探讨生物优化的可行性体积调制电弧疗法(VMAT) SIB放射治疗前列腺癌。方法。五个前列腺癌患者diffusion-weighted先生选择图像进行分析。一个两步VMAT优化执行,由最初的生物优化静态龙门角传递其次是静态的转换传递一个弧VMAT计划。剂量测定的分析进行最终的计划。结果。VMAT计划导致前列腺癌和提高体积之间的ΔEUD 15.1 Gy之间和20.3 Gy。直肠卷接收75.6 Gy范围从4.5到9.9%。将直肠正常组织并发症的概率是8.6%到21.4%之间。膀胱最大剂量范围从73.6 Gy 75.8 Gy。估计治疗时间是120年代或更少。结论。提出生物优化方法导致交付VMAT计划,实现充分调制SIB在不违反直肠和膀胱剂量约束。知识的进步。本研究提出了一种方法来创建同步集成提高VMAT治疗使用生物目标函数结果。

1。介绍

同时综合提高的好处(SIB)对前列腺癌是允许一个增加的预期肿瘤控制概率(TCP),同时尊重正常组织剂量限制,相比整个前列腺剂量升级计划提供同样的剂量(EUD)相等的整个前列腺癌(1,2]。当交付的SIB前列腺癌、生物剂量分布为优化目标函数,而不是物理剂量可以利用目标函数。也就是说,直接优化的生物可以执行结果。使用这种技术,它已经表明,前列腺癌,SIB可以交付给子卷在前列腺癌而坚持正常组织约束。(1,3]SIB技术允许一个选择性地利用先进的成像技术来提高子卷的剂量治疗的目标可能不是控制与标准剂量,因此需要剂量高于最小外围处方剂量交付达到足够的局部控制。

SIB交付需要增加调制的剂量,以达到预期的提高水平,同时保持足够的剂量梯度之外的目标减少剂量周围的健康组织。金姆和汤姆已经表明,静态龙门角强度可以达到所需的调制(1,3- - - - - -5]。近年来,体积调制电弧疗法(VMAT)已成为一个有吸引力的方法,有效地实现调制剂量分布。VMAT已被证明会导致前列腺癌等效剂量分布在较短的交货时间与静态相比龙门角调强放射治疗(IMRT) [6- - - - - -8]。前列腺癌生物优化VMAT计划也被调查(6,9]。绝大多数的这些研究只集中在前列腺癌或前列腺和精囊体积作为目标。可以说,成就足够的调制在这些情况下比治疗更复杂的几何图形更容易。快乐的et al。10]提供了一个健壮的规划策略与VMAT SIB技术,治疗三个剂量水平包括前列腺和精囊根据传统或Hypofractionated高剂量调强放射治疗前列腺癌(CHHiP)协议(11]。音量下接受最高剂量CHHiP协议,然而,是整个前列腺+ 5毫米的优势,所以这些目标的复杂性是有限的。本研究扩展了调查VMAT SIB更复杂的几何形状,通过使用一个risk-adaptive VMAT优化方法,在提高前列腺的体积是子卷。

2。方法和材料

五个病人选择进行分析。其中包括两名患者使用直肠没有直肠气球气球和三个病人。所有患者接受规划kVCT扫描以及T2图像对比度增强磁共振(MR)。前列腺是男性轮廓的CTV,获取PTV增长了7毫米。活检确诊子卷的增强对比吸收扩散加权成像(驾车)先生是高风险CTV概述。高风险CTV + 8毫米从PTV获得减去剩余PTV, PTV-R。5毫米扩张是应用于高危CTV获取高危PTV PTV-H。这个过程导致PTV-R和PTV-H之间没有重叠。列出的直肠墙在患者直肠气球,并提出了完整的直肠患者直肠气球。膀胱和股头也概述了。 An avoidance structure was outlined, which consisted of a 5 cm wide ring around the PTV plus 2 cm.

所有执行计划顶峰放射治疗计划系统使用SmartArc VMAT优化算法(v9.100,飞利浦放射肿瘤学系统、菲奇堡WI,美国)。一组研究优化目标,构建到顶峰rtp插件,直接优化TCP和NTCP使用。插件和其他详细描述了目标函数(3]。简而言之,目标函数最大化目标卷同时最小化的TCP NTCP器官(浆)的风险。目标函数的形式

TCP和NTCP计算利用现象学物流剂量响应函数评估voxel-by-voxel基础上。即计算为每个TCP和NTCP体素,其中每个体元都有自己的价值和(TCP)和和(NTCP)基于肿瘤的生理结构。是收益率的剂量肿瘤控制概率或正常组织并发症概率分别为50%为TCP和NTCP,然后呢和参数是描述剂量反应曲线的斜率为TCP和NTCP在50%概率点,分别。TCP和NTCP voxel-by-voxel基础上计算,能够占subtumor肿瘤剂量反应曲线的变化控制和正常组织并发症。在这项研究中,肿瘤分为两个子卷要求独立的参数来描述他们的剂量反应曲线,和正常结构近似子卷。读者被称为金和多美的细节和推导TCP和NTCP功能。(3]

一个两步的过程被用于优化。在第一步中,一组15个光束分布在病人每24°。这些被选来模拟初始的位置影响地图SmartArc优化过程中使用。强度调制的理想影响随后执行使用上述生物优化功能。每个器官的优化目标和目标表1。TCP PTV-R PTV-H和使用目标。除了这些TCP目标在目标、一个NTCP目标是用于最初的PTV限制PTV剂量少于100 Gy。两个NTCP目标是用于直肠。第一个使用的值和代表2级或2级更高的直肠出血QUANTEC研究[12]。自从QUANTEC值与2级或2级更高的直肠出血这些倾向于惩罚只有高剂量的直肠。因此,第二个NTCP目标函数是用来减少中低剂量,的值都被塔克从NTCP参数拟合等。13]。我们注意到,尽管这些价值观也为2级或2级更高的直肠出血,参数值的惩罚中低剂量因此被用作代理直肠中低剂量相关的毒性。

优化运行,直到客观价值减少低于某一特定值时,通常5 - 10迭代。第二步的优化涉及创建一个弧VMAT计划使用SmartArc优化工具和一个Elekta无穷线性加速器的X多层陶瓷交付(Elekta北美,亚特兰大,乔治亚州,美国)。360°弧被选中,准直器30°角和剂量率离散变量从0到300亩/分钟。最后的龙门间隔是4°,和最大的交付时间是120秒。创建基于物理剂量优化目标理想的剂量分布来源于生物优化。40两步迭代进行。剂量计算基于一个2×2×2毫米³剂量使用自适应网格然后执行卷积剂量算法。两步优化过程的基本原理是使优化器创建一个“理想”的影响地图,这将坚持尽可能优化目标,在使用这个“理想”的剂量分布的基础交付SmartArc优化。,最初的生物优化允许一个获得最高提高剂量可能subtumor卷在不违反正常组织的正常组织约束卷。

放射治疗的计划被转移到计算环境研究(CERR,圣路易斯华盛顿大学)进行分析(14]。所有计划,计算以下指标:EUD PTV-H PTV-R和这些值之间的差异EUD,直肠的体积百分比收到25 Gy, 50 Gy,和70 Gy,直肠NTCP(计算使用QUANTEC值≥2级直肠出血= 76.9 Gy,= 0.13,收到55 Gy),膀胱容量,最大膀胱剂量。膀胱的最大剂量为膀胱的剂量1 cc接受最高剂量。EUD计算使用公式8 (15)的科幻小说₂0.48。

除了计划质量分析,选择一个治疗计划交付质量保证Elekta无穷线性加速器。病人的治疗计划3计算的kVCT Delta4幻影(Scandidos,乌普萨拉,瑞典)。这个计划是交付和幽灵的剂量测量。比较执行的计划剂量的剂量是使用2 d伽马指标为3% / 3毫米标准。

3所示。结果

剂量分布和五个病人的指标进行比较。图1显示了五个病人,的等剂量线显示足够的调制实现一个弧向PTV-H符合提高剂量体积直肠的报道有限体积的增加剂量。图2显示了五个病人的逆向PTVs和桨。

剂量测定的指标展示在表2。PTV-H目标收到EUDs 88.34 Gy和94.75 Gy之间;然而,这些有一个剂量测定的上限在优化过程中,没有剂量体积直方图(逆向)超过100 Gy。Subtumor提高允许增加的高风险PTV EUD之间15.22 Gy和20.55 Gy剂量PTV-R收到了。

所有患者的直肠逆向值符合V50 Gy < 30% Mohan等人提出的目标为2.5 Gy×28分数制度(16]。由于每部分在这个规划研究中使用剂量,增加的最大直肠剂量目标74 Gy(没有考虑使用汉等人16]。相反,接受75.6 Gy进行分析,每卷86.4 Gy Zelefsky等报告的治疗方案。17]。所有的病人容易遇到这种治疗的目标V75.6 Gy < 30%,最大是6.3%(病人5)。直肠NTCP值≥2级直肠出血范围从8.2%到20.0%。膀胱逆向值所指定的所有符合V55 Gy < 30% Mohan et al。16]。没有明显的剂量测定的区别这两个患者没有气球气球和三个病人。

Delta4幽灵的测量剂量与治疗计划的剂量计划选择的交付。使用伽马/ 3毫米的标准为3%,95.9%的点通过(cf图3 (b))。

4所示。讨论

VMAT功能的实现足够的调制与同步集成提高前列腺癌放疗已在这项研究调查。尽管目标几何形状越复杂,治疗弧足以满足治疗目标之一。这允许一个利用先进的成像技术,如核磁共振成像和正电子有效识别肿瘤异构环境的条件和升级的剂量选择卷。应该注意的是,这种技术可能适用于其他治疗地点同时集成提高可能是有利的。

尽管巨大差异之间的直肠解剖患者直肠没有直肠气球,气球和病人有直肠计划的差异非常小剂量和患者之间没有一个直肠气球。然而,由于高剂量交付给PTV-H体积,一般的后叶前列腺,邻近直肠,任何微小的变化在前列腺癌或直肠位置、大小或形状可能导致计划和交付剂量差别很大。结果,使用直肠球囊由于改进的设置都是有益的再现性和一致性的直肠使用直肠提供的大小和形状的气球。

尽管轮廓、膀胱和股骨头结构不用于优化由于他们很少对优化结果的影响。也就是说,这些结构优化是不需要获得膀胱和股骨头低剂量观察。这可能是一个组合的结果交付技术,从各个角度的剂量交付扩散剂量分布,减少剂量交付给每个关键结构,使用正常结构和优化,已趋陡的效果目标的剂量梯度外卷。

前列腺剂量提出的计划被治疗PTV-H有限,PTV-R作为目标卷,而是整个PTV正常组织结构。这是类似于基于EUD函数为优化目标剂量方法提出的吴et al。18),治疗目标体积作为目标和正常组织结构来提高剂量分布的均匀性。我们的目标优化方法的结果是PTV-H的剂量增加88 - 95 Gy的EUD之间同时仍然保持一个EUD PTV-R 72.5 Gy和74.2 Gy。这限制了剂量尿道、直肠剂量小于允许MSKCCC剂量递增试验。(17]我们当前提出的方法不同于金和本3),不限制剂量在前列腺癌和这样的观察更异构目标剂量。正常结构的剂量使用VMAT技术不足,通过金和本3)使用一个静态龙门角IMRT技术。当前的方法也用两个NTCP目标在直肠(而不是一个在金正日,多美3)减少直肠卷接收高中低剂量。这也是一个因素,降低直肠剂量在当前的研究中观察到。

5。结论

我们已经表明,生物优化VMAT计划可以来源于risk-adaptive subtumor剂量升级战略前列腺癌。一个弧提供足够的调制来实现剂量升级的高危前列腺子卷的ΔEUD上方20.3 Gy gEUD前列腺的其余部分。这是实现在不违反直肠NTCP限制,允许有效的交付risk-adaptive放射治疗前列腺癌。

承认

作者要感谢博士爱德华·t·本德的援助计划交付和Delta4测量。