独立准直器动态调强放疗的优化模型

来源 :北京协和医学院 中国医学科学院 清华大学医学部 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jianrui02
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应用准直器的调强有两种基本实现方式,根据在射线照射时叶片是否可以运动,可以分为静态调强方式和动态调强方式。1999年戴建荣和胡逸民提出了利用独立准直器实施静态调强的方法,并给出了两种子野序列生成的算法。相对于其它调强方式,独立准直器调强具有独特的剂量学优势,但是存在机器跳数和子野数目过多,治疗时间偏长的问题。 为进一步缩短利用独立准直器的调强时间,本文提出了利用独立准直器动态方式实现强度的调制。该方法类似于多叶准直器(MLC)的动态调强方式,即在射线照射过程中,两对铅门可以独立地在射野内运动,最终完成强度的调制。独立准直器铅门运动轨迹可以用控制点来描述,每个控制点的参数包括铅门位置和时间间隔。为得到最优化的独立准直器铅门动态运动轨迹,本文建立了两个最优化模型,一种是分步确定独立准直器铅门动态运动轨迹的模型,另外一种是直接优化确定独立准直器铅门动态运动轨迹的模型。对于前者,使用两步法,即首先利用计划系统得到最优化的射野强度分布,构建最优化模型,并利用自适应模拟退火算法求解得到最优化的铅门动态运动轨迹。用8例前列腺病例的56个调强射野和8例鼻咽癌的72个调强射野进行测试,并比较了与MLC动态调强时间的比较。比较的前提为:(1)MLC的叶片宽度设定为1cm;(2)采用Spirou S V和Chui C S(Med。Phys,1994)提出的算法求解MLC叶片动态运动轨迹;(3)dIC的强度调制精度与dMLC的强度调制精度相近,甚至要高于dMLC的强度调制精度。强度调制精度用实现的强度分布与理想强度分布之间的最大差值MaxcDev和差方和MSDlimit表示。对前列腺的56个临床射野,dIC强度调制时间平均为dMLC的2.00±0.83倍;对鼻咽癌的72个临床射野,倍数值为2.90±1.39。本文也统计了总的治疗时间,利用dIC调强治疗,前列腺癌的单次治疗时间平均为5.8分钟,鼻咽癌病例的单次治疗时间平均为12.2分钟。这在一定程度上解决了利用dIC实施调强治疗时间偏长的问题。 本文同时建立了直接优化确定独立准直器铅门动态运动轨迹的模型,并利用前列腺癌病例进行了初步测试。根据该方法得到了靶区剂量分布,并与PLUNC自身的index—dose强度优化结果进行了比较,结果表明,对前列腺患者,利用独立准直器能够得到与MLC相近的计划质量。 总之,本文提出了独立准直器动态调强方式,并且建立了两个模型,分别是分步确定独立准直器铅门动态运动轨迹的模型和直接优化确定独立准直器铅门动态运动轨迹的模型来求解最优化的铅门运动轨迹。结果表明,利用独立准直器能够得到与多叶准直器相近的计划质量,同时利用动态调强方式,能够有效地减少IC调强治疗时间,提高治疗效率;独立准直器调强还有下述优点: (1)目前IC已经是医用加速器的标准配置,IC比MLC更为经济; (2)调强矩阵大小可以在x,y两个方向上调节,并且铅门可以在射野内连续运动,所以空间分辨率较高,而MLC调强的精度受叶片宽度的限制; (3)IC的半影宽度较小,漏射线较小,并且没有凸凹槽效应,dIC调强具有独特的剂量学优势; (4)dIC运动比dMLC运动更可靠,故障机会降低。本研究的目标是利用DAO的方法,使dIC不仅能够治疗静止靶区,还可能以同样的效率治疗运动靶区,从而实现以IMRT技术高效率治疗全身各部位肿瘤的目的。
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