用于质子SBRT FLASH治疗计划的集成生物优化框架可利用患者特异性脊形滤波器实现剂量、剂量率和LET优化
医学物理
2025-01-22 v1
摘要
目的：患者特异性脊形滤波器可调节质子能量以获得适形剂量。我们描述了一种用于优化滤波器设计和光斑图以满足FLASH放疗独特需求的新框架。我们展示了一种集成生物优化IMPT (IBO-IMPT) 方法，用于优化剂量、剂量平均剂量率(DADR)和剂量平均LET (LETd)。方法：我们开发了逆向计划软件来设计患者特异性脊形滤波器，将固定能量250 MeV束流的布拉格峰展宽至近端束流特异性计划靶区。该软件优化患者特异性脊形滤波器，并使用基于Geant4的蒙特卡洛计算引擎提供剂量和LET影响矩阵。使用matRAD进行的计划优化容纳了IBO-IMPT目标函数，同时考虑剂量、剂量率和LET以及最小MU约束。该框架支持设计规则间隔和稀疏优化脊形滤波器，后者可实现更快照射和选择性LET优化。针对心脏和肺的特定评估结构比较了剂量、DADR和LETd的体积分布和直方图。结果：我们使用IBO-IMPT为一名中央型肺肿瘤患者设计脊形滤波器。相对于IMPT计划，IBO-IMPT框架通过降低LET并提高剂量率选择性地保护了心脏和肺。稀疏优化脊形滤波器在剂量率方面优于规则间隔脊形滤波器。总之，这些创新在保持良好靶区覆盖的同时显著提高了心脏和肺中的DADR。接受高于40 Gy/秒 FLASH剂量率的体积在心脏中增加31%，在肺中增加50%。结论：该概念验证研究证明了使用IBO-IMPT框架实现质子FLASH SBPT并同时考虑剂量、DADR和LETd的可行性。
引用
@article{arxiv.2207.08016,
title = {An Integrated Biological Optimization framework for proton SBRT FLASH treatment planning allows dose, dose rate, and LET optimization using patient-specific ridge filters},
author = {Ruirui Liu and Serdar Charyyev and Niklas Wahl and Wei Liu and Minglei Kang and Jun Zhou and Xiaofeng Yang and Filipa Baltazar and Martina Palkowitsch and Kristin Higgins and William Dynan and Jeffrey Bradley and Liyong Lin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.08016},
year = {2025}
}