基于预测体积成像的扫描粒子束跟踪:模拟研究

科学领域:

• 颗粒疗法
• 辐射瘤学
• 医学成像
• 图像指导治疗

背景情况:

• 在点扫描粒子治疗中,实时跟踪辐射旨在改善移动目标的治疗时间和精度.
• 系统处理延迟 (图像获取,合成,校正评估,响应) 目前限制临床转换,导致由于瘤运动导致的差异.
• 预测建模是为了弥补这些延迟引起的差异,特别是对于能量校正至关重要的体积图像预测.

研究的目的:

• 在不同的系统延迟条件下使用预测体积成像来评估粒子束跟踪辐射的剂量有效性.

主要方法:

• 开发了一种预测性体积成像技术,将代理驱动的体积图像合成与使用长短期记忆 (LSTM) 网络的代理位置预测相结合.
• 通过使用4DCT数据,建立了一个线性回归模型,以从每个voxel的替代位移中得出内部变形.
• 对肺癌,肝癌和胰腺癌患者的数据 (4DCT,内部标志物轨迹) 进行了剂量模拟,模拟了延迟 (133. 3,266. 6,400 ms),比较了无延迟跟踪,无预测的延迟和预测的延迟.

主要成果:

• 追踪辐射,预测达到与基准剂量相比的剂量 (没有延迟).
• 在没有预测的情况下,肺瘤的CTV剂量差异超过5%,肝/ 胰腺瘤的CTV差异超过400毫秒.
• 随着预测,CTV的剂量差异通常低于5% (肺部) 和低于3% (肝/胰腺),即使在400 ms的潜伏期内,风险器官的偏差也很小.

结论:

• 建议使用预测体积成像进行跟踪照射,其剂量准确性与肺,肝脏和胰腺瘤的各种延迟期治疗计划相美.
• 这种技术在点扫描粒子治疗中显示出有前途的有效运动管理策略.
• 建议进一步开发治疗装置和计划方案,以提高剂量计准确性和治疗效率.