基于贪心能量层优化的快速IMPT治疗计划系统开发与实验验证
医学物理
2024-11-28 v1
摘要
背景：以铅笔束技术进行强度调制质子治疗（IMPT）会逐层逐点扫描肿瘤，然后提供高度 conformal 的剂量以保护邻近风险器官（OAR）。快速递送IMPT可提高患者舒适度并减少运动引起的不确定性。由于能量层切换时间占据计划递送时间的主导地位，减少能量层的数量对于提高递送效率至关重要。尽管存在各种能量层优化（ELO）方法，但鲜有进行实验验证或临床实施，因为将这些方法集成到开源的商业可用治疗计划系统（TPS）中具有技术难题。方法：验证IH-TPS的剂量计算精度与测量束数据和RayStation TPS相匹配。对于治疗计划，提出了一种通过贪心选择算法的新型ELO方法，以减少能量层切换时间和总计划递送时间。为验证IH-TPS的计划精度，计算IH-TPS计划与RayStation计划之间的3D伽马指数，以进行各种情景的验证。进行了针对数个临床案例的患者专用质量保证（QA）验证，以实验方式验证IH-TPS计划所述递送剂量。结果:IH-TPS中的剂量分布与RayStation TPS相匹配，3D伽马指数结果超过95%（2mm、2%）。ELO方法在保持计划质量的同时显著减少了递送时间。例如，在一个脑部案例中，能量层数从78个减少到40个，导致总递送时间减少62%。患者专用QA验证通过IBA Proteus ONE质子机器，所有案例通过率均超过95%。
引用
@article{arxiv.2411.18074,
title = {Development and experimental validation of an in-house treatment planning system with greedy energy layer optimization for fast IMPT},
author = {Aoxiang Wang and Ya-Nan Zhu and Jufri Setianegara and Yuting Lin and Peng Xiao and Qingguo Xie and Hao Gao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.18074},
year = {2024}
}