通过粒子群集优化 (SPArc-粒子群) 实现高效的点扫描质子弧疗法的新规划框架
Yujia Qian1, Qingkun Fan2, Riao Dao1
1Wuhan University, School of Physics and Technology, Wuhan, People's Republic of China.
Physics in medicine and biology
|December 2, 2023
概括
一个新的算法,SPArc-粒子群,通过减少能量层 (EL) 切换来提高点扫描质子弧疗法 (SPArc) 交付效率. 这种优化显著减少了癌症治疗的光束传递时间 (BDT).
科学领域:
- 医学物理 医学物理
- 辐射瘤学 辐射瘤学
- 计算生物学 计算生物学
背景情况:
- 交付效率是点扫描质子弧疗法 (SPArc) 的一个主要挑战,因为频繁的能量层 (EL) 切换.
- 优化EL输送对于减少治疗时间和提高患者舒适度至关重要.
研究的目的:
- 开发和评估一种新的算法,SPArc粒子群,用于缓解SPArc中的EL上升开关.
- 通过最大限度地减少总能源切换时间来提高SPArc的交付效率.
主要方法:
- SPArc-粒子群算法使用K-平均集群来进行水等效厚度 (WET) 部门选择.
- 粒子群优化在各个行业内使用,以尽量减少能量切换时间并优化EL传递序列.
- 该框架在matRad开源平台上实施,并在脑,肝脏和前列腺癌病例上进行了测试.
主要成果:
- 与具有相似计划质量的传统SPArc_seq相比,SPArc-粒子群显著提高了交付效率.
- EL上升开关的数量减少了 (例如,在脑病例中从21个减少到7个).
- 在使用新算法的SPArc治疗中,光束传递时间 (BDT) 减少了16% - 26%.
结论:
- 该SPArc-粒子群框架为SPArc交付效率提供了显著的改进.
- 这种优化为先进的质子疗法技术的常规临床实施铺平了道路.
