开创性MCF MKM RBE加权剂量计算用于碳离子放射治疗:开发笔束算法和对临床CT数据的蒙特卡洛模拟进行验证

科学领域:

• 医学物理 医学物理
• 放射治疗 物理 物理
• 计算剂量计计算剂量计.

背景情况:

• 碳离子辐射疗法 (CIRT) 需要准确的相对生物有效性 (RBE) 剂量计算,以便有效的治疗计划.
• 蒙特卡洛 (MC) 模拟提供了高精度,但计算密集,限制了临床适用性.
• 佛罗里达州梅奥诊所微剂量对称运动模型 (MCF MKM) 是用于RBE加权剂量计算的框架.

研究的目的:

• 在CIRT中开发和验证一种笔光束 (PB) 算法,用于基于MCF MKM的RBE剂量计算.
• 将PB算法的准确性和效率与使用患者CT数据的MC模拟进行比较.
• 评估PB算法的临床可行性,用于例行CIRT规划.

主要方法:

• 实施PB算法,使用缩短的微量计分布方法 (AMDM) 计算物理和微量计参数.
• 使用开发的PB算法和MCF MKM计算RBE加权剂量.
• 将PB算法结果与四个临床病例 (大脑,头,肺,前列腺) 的TOPAS MC模拟进行比较,使用DVH,剂量概况和马分析.

主要成果:

• 该PB算法与TOPAS MC对大脑,头和前列腺病例的模拟表现出强烈一致 (马通过率>98%在3%/3毫米).
• 由于PB在模拟异质组织中的库伦散射方面的局限性,在肺病例中观察到较低的协议.
• PB计算在几分钟内完成,比MC模拟快得多,突出显示了它的计算效率.

结论:

• 开发的PB算法在CIRT中为基于MCF MKM的RBE剂量计算提供了准确性和计算效率之间的稳健平衡.
• 尽管在高度异质的地区存在局限性,但PB算法是快速,临床相关的RBE剂量评估的可行工具.
• 这项研究代表了基于MCF MKM的RBE剂量计算的首次完整演示,使用PB算法对患者CT数据进行计算.