一种求解含稀疏滤波器的质子FLASH治疗IPO-IMPT的逆算法
医学物理
2023-04-21 v2
摘要
目的：最近提出的IPO-IMPT框架允许同时优化FLASH治疗计划中的剂量、剂量率和LET。由于计算密集，求解IPO-IMPT十分困难。然而，一个同时指定稀疏滤波器几何结构和质子强度图权重的逆解对于临床和临床前应用都是可取的。此类解可减少癌症患者危险器官的有效生物剂量，并减少临床前研究中推导额外生物剂量模型所需的动物照射次数。方法：与我们初始的正向启发式不同，该逆IPO-IMPT解包含稀疏射程补偿、稀疏射程调制和 spot 强度的同时优化。对此工作至关重要的艰巨计算任务通过分布式计算框架迭代解决，以实现同时强度与能量调制及补偿(SIEMAC)。SIEMAC在一名人类肺癌患者和一头小型猪上进行了演示。结果：SIEMAC改善了 spot 强度图以及患者射野特定的稀疏射程补偿器和射程调制器。对于肺癌患者，在我们300 nA的最大喷嘴电流下，肺中100 Gy/s以上的剂量率覆盖从57%增至96%，心脏中从93%增至100%；肺中4 keV/um以上的LET覆盖从68%降至9%，心脏中从26%降至<1%。对于一个简单小型猪计划，剂量、剂量率和LET分布的FWHM分别减少了30%、1.6%和57%，目标剂量覆盖同样，从而减少了临床前研究中这些量的不确定性。结论：IPO-IMPT的逆解展示了为临床和临床前研究同时调制亚spot质子能量和强度分布的能力。
引用
@article{arxiv.2302.11546,
title = {A novel inverse algorithm to solve IPO-IMPT of proton FLASH therapy with sparse filters},
author = {Nathan Harrison and Minglei Kang and Ruirui Liu and Serdar Charyyev and Niklas Wahl and Wei Liu and Jun Zhou and Kristin A. Higgins and Charles Simone and Jeffrey Bradley and William S. Dynan and Liyong Lin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.11546},
year = {2023}
}