用被动散射质子疗法治疗的儿科患者正常组织的个性化剂量-体积重建工作流程

科学领域:

• 医学物理 医学物理
• 辐射瘤学 辐射瘤学
• 儿科瘤学 儿科瘤学

背景情况:

• 美国国家癌症研究所启动了一项研究,研究了儿科患者随后的癌症风险,这些患者接受了光子与质子放射治疗.
• 准确的剂量重建对于风险分析至关重要,但目前的治疗计划系统 (TPS) 在异质组织和场外区域具有局限性.
• 蒙特卡洛 (MC) 模拟提供了高精度,但对于大规模研究来说,计算要求很高.

研究的目的:

• 开发和验证用于被动散射质子疗法中正常组织剂量的大型蒙特卡洛 (MC) 计算的框架.
• 为了能够准确地重建国家儿科放射治疗队列研究的剂量.
• 通过提供精确的剂量估计,提高对与放射治疗相关的晚期健康影响的理解.

主要方法:

• 开发了一个为超级计算机环境优化的自动化MC工作流程,以模拟特定患者的治疗.
• 整合了光线喷嘴的详细建模,CT图像的患者解剖学,并将部分身体图像扩展到全身模型.
• 使用自动细分来划分正常组织,并计算了30名患者的剂量-体积指标.

主要成果:

• MC模拟准确地描述了远离场外 (cGy的十分之一到十分之一) 的散射剂量,这是TPS经常错过的.
• 对于大多数近场组织,MC和TPS剂量差异在5%以内,但MC修订了远距离光束边缘附近的多个Gy的估计.
• 中子剂量估计范围从0.1cGy (远外场) 到15cGy (近场).
• 超级计算工作流实现了<5%的统计不确定性对于大多数器官剂量在每名患者不到一个小时.

结论:

• 开发的自动化MC框架为质子疗法提供了准确和计算可行的正常组织剂量重建.
• 这种方法捕获了TPS错过的显著的外场和远端剂量,这对于后期效应研究至关重要.
• 将这一框架扩展到整个队列将使儿科放射治疗患者能够进行可靠的剂量反应分析.