Abstract
Målet med denne studien er å evaluere effekten av mellom høyspenningsutstyr (3-MV) fotonstråler på SBRT lungekreft behandlinger. Til å begynne med ble det en 3-MV virtuell bjelke oppdrag på kommersiell behandling planlegging basert på Monte Carlo-simuleringer. Tre optimaliserte planer (6-MV, 3-MV og dual energi av 3- og 6-MV) ble samlet for 31 lungekreftpasienter med identiske bjelke konfigurasjon og optimalisering begrensninger for hver enkelt pasient. Måle beregninger ble vurdert og sammenlignet mellom de tre planene. Totalt sett planlagte dose konformitet var sammenlignbar mellom tre planer for alle 31 pasienter. For 21 tynne pasienter med gjennomsnittlig kort effektiv veilengden ( 10 cm), 3-MV planer viste bedre mål dekning og homogenitet med dose søl indeksen R
50% = 4,68 ± 0,83 og homogenitet index = 1,26 ± 0,06, sammenlignet med 4,95 ± 1,01 og 1,31 ± 0,08 i 6-MV planene (p 0,001). Tilsvarende er gjennomsnittlig /maksimal reduksjon av lungevolum som fikk 20 Gy (V
20Gy), 5 Gy (V
5Gy), og gjennomsnittlig lunge dose (MLD) var 7% /20%, 9% /30% og 5% /10%, henholdsvis i de tre-MV planene (p 0,05). Dosene til 5% volumer av ledningen, spiserør, luftrør og hjerte ble redusert med 9,0%, 10,6%, 11,4% og 7,4%, henholdsvis (p 0,05). For 10 tykke pasienter, kan doble energiplaner bringe dosemålende fordeler med tilsvarende mål-dekning, integral dose og redusert dose til de kritiske strukturer, sammenlignet med 6-MV planer. Konklusjonen vår studie viste at 3-MV fotonstråler har potensielle dosimetriske fordeler i behandling av lungesvulster i form av økt svulst dekning og reduserte doser til tilstøtende kritiske strukturer, i forhold til 6-MV fotonstråler. Intermediate høyspenningsutstyr fotonstråler ( 6-MV) kan vurderes og lagt inn i dagens behandlingsmetoder for å redusere de tilstøtende normale vev doser samtidig opprettholde dekning tilstrekkelig tumor dose i lungekreft strålebehandling
Citation: Zhang Y, Feng. Y, Ahmad M, Ming X, Zhou L, Deng J (2015) Mellom høyspenningsutstyr Photon Beams for Bedre Lung Cancer behandlinger. PLoS ONE 10 (12): e0145117. doi: 10,1371 /journal.pone.0145117
Redaktør: Qinghui Zhang, North Shore Long Island Jewish Health System, UNITED STATES
mottatt: 13 juli 2015; Godkjent: 28 november 2015; Publisert: 16.12.2015
Copyright: © 2015 Zhang et al. Dette er en åpen tilgang artikkelen distribueres under betingelsene i Creative Commons Attribution License, som tillater ubegrenset bruk, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium, forutsatt den opprinnelige forfatteren og kilden krediteres
Data Tilgjengelighet: All relevant data er i avisen og dens saksdokumenter filer
Finansiering:. YZ ble støttet av Kina Scholarship Council (. no 201 206 250 087). Det var ingen annen finansiering støtte for YZ eller medforfatter av dette arbeidet. Finansiører hadde ingen rolle i studiedesign, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere, eller utarbeidelse av manuskriptet
Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklært at ingen konkurrerende interesser eksisterer
Innledning
Lungekreft har blitt den vanligste og dødelig kreft i verden med anslagsvis 1,59 millioner dødsfall hvert år, og står for nesten én av fem av de totale kreftdødelighet i verden [1]. I USA, står lungekreft for flere dødsfall enn noen andre kreftformer hos både menn og kvinner [2]. I de senere årene har stereo kroppen strålebehandling (SBRT) vist lovende utfallet i radioterapeutiske behandling av tidlig stadium ikke-småcellet lungekreft (NSCLC) for ubrukelige lungekreftpasienter [3]. Til tross for økt lokal kontroll og overlevelse, SBRT tilnærming for lungekreft har fortsatt utfordringer i å redusere strålingen giftighet på normalt vev.
Selv om 6-MV og høyere høyspenningsutstyr fotonstråler har vært dominant brukt i klinikken i flere tiår, nylig det har vært økende interesse for mellom energi fotonstråler ( 6-MV). Dette er fordi mellomliggende energi fotoner har smalere penumbra på grunn av redusert rekkevidde av sekundære elektroner. Raskere dose fall-off og lavere exit dose kan også dra de tilstøtende kritiske strukturer. Hvis flere portal vinkler er ansatt i plan optimalisering, kan godt mål dekning også oppnås med middels energi fotonstråler uten over-dosering overfladiske vev [4].
Flere studier har blitt utført nylig involverer mellom energi fotonet bjelker. I 2007 Keller
et al
. viste at 1,2-MV røntgenbilder kombinert med små felt kan redusere den radiologiske penumbra i intrakranial stereotaktisk radiosurgery (SRS), som kan være i det vesentlige gunstig for å forbedre ønsket dose homogenitet og bedre sparsom av kritiske strukturer [5]. Fox
et al
. har sammenlignet med kobolt-60 gammastråle med 6/18-MV fotoner og viste at nesten identisk intensitet-modulerte radioterapi (imrt) planer kan oppnås mellom Co-60 og 6-MV fotoner [6]. Senere, Stevens
et al
. konfigurert en 4-MV utflating filter gratis (FFF) strålen for å bedre fordelingen dose til vev-luft-grensesnitt for lungetumor behandling [7]. Flere nylig, Dong
et al
. undersøkt en 2-MV FFF bjelke for ekstrakraniell robot IMRT. Deres resultater viser at den doble energiplan (2- og 6-MV) hadde den beste dosimetri i form av tilsvarende mål dekning og forbedret organer-at-risk (OAR) sparsom, etterfulgt av to-MV bare og 6-MV bare planer [4].
Mixed energier for kreftbehandling har blitt undersøkt i det siste [8-10]. I en studie av St-Hilaire
et al
., Ble bjelke energi lagt til som en optimalisering parameter i en åpning basert inverse planleggingssystemet automatisk [10]. Deres arbeid viste at energidisponering med 6 og 23 MV bjelker kunne produsere planer for bedre kvalitet med mindre perifere dose og færre MUS for prostata og lungesvulster. Park
et al
. undersøkte effekten av å blande 6-MV og 15-MV fotonstråler på prostatakreft IMRT behandlinger og konkluderte med at mixed-energiplaner har lignende mål dekning, bedre årer dose og integrert dose for dype sittende svulster [8].
3-MV fotonstråler har betydelig lavere energi enn 6-MV fotonstråler med distinkt forskjellige bjelke egenskaper. Til vår beste kunnskap, så langt det har vært noen systematisk studie på potensielle dosimetriske effektene av 3-MV fotonstråler på strålebehandling behandlinger av lungekrefttilfellene. Derfor er målet med denne studien er å undersøke dosimetriske effektene av middels energi fotonstråler, spesielt 3-MV fotoner på lunge SBRT behandlinger med IMRT. De dosimetriske effektene av blandet energiplan ved hjelp av mellom energi fotoner (3-MV) og klinisk mye brukt 6-MV fotoner ble også undersøkt.
Materialer og metoder
Virtual Linac bjelke modellering og validering
I denne studien ble en virtuell 3-MV fotonstråle modellert med Monte Carlo metoden basert på en Varian lineær akselerator (Varian Medical Systems, Palo Alto, California). Nærmere bestemt har en EGS4 /STRÅLE Monte Carlo-koden er brukt til å simulere de partikler som kommer fra en Varian Linac behandling hode med nominell energi av 3-MV [11,12]. Geometrien og materialene som brukes i EGS4 /BEAM Monte Carlo simulering reflekterte en realistisk byggingen av Linac opererer på 6 MV fotonmodus, bare energi av hendelsen elektronstråle ble satt til å være 3 MeV. Spesielt ble ulike komponentmoduler konstruert med EGS4 /BEAM Monte Carlo-kode for å modellere behandling leder av Linac inkludert målet, primære collimator, exit vindu, flatere filter, monitor kammer, sekundær kollimator, kjever og beskyttelse vinduet. En full faserommet filen ble først scoret over foton kjevene ligger på 28 cm nedstrøms fra målet. Fasen plass data inneholder flerdimensjonal informasjon for hver partikkel på tvers av valgt plan, inkludert posisjon, retning, ladning, energi, vektfaktor, og en kode for å spille inn partikkel historien [13]. Den fulle faserommet kan prøves for ytterligere partikkeltransport i resten av geometrien. Imidlertid, den store mengden av informasjon som skal lagres, og den langsomme samplingshastigheten under opphenting av all denne informasjonen er det vesentlig begrensning av fase plass tilnærmingen [14]. Som et alternativ, kan flere kilde modeller utledes med EGS4 /BEAMDP basert på faserommet data [15]. De oppnådde flere kildemodeller besto av detaljert numerisk beskrivelse av energispekteret, romlig fordeling, fluence fordeling, kilde plassering, form og størrelse på hver enkelt kilde for en bestemt behandling hode [15,16]. De flere kilde modellene har vist tilsvarende faserommet dataene i representerer de fotonstråler fra Linac behandling hode og replikere dosefordelinger i vann, men eliminerer ulempene ved store dataoverføring og latent variansen knyttet til faserommet [13, 15,16].
de oppnådde flere kilde modellene ble deretter brukt som strålen innspill i EGS4 /MCSIM for Monte Carlo dose simuleringer slik at alle de nødvendige stråledata som dybde doser og tverrgående doseprofiler for ulike torget og rektangulære felt størrelser fra 3 cm x 3 cm til 40 cm × 40 cm ble generert i et vann fantom. Utgang faktorer normalisert til 10 cm x 10 cm feltstørrelse på 95 cm SSD og 5 cm dybde i vannet ble også beregnet. For alle simuleringene ble EGS4 transport parametere satt som elektron cut-off energi (ECUT) = AE = 700 keV og foton cut-off energi (PCUT) = AP = 10 keV. AE er den lav-energiterskelen for γ-ray produksjon mens AP er den lav-energiterskelen for myk bremsestråling produksjon. Den voxel størrelse varierte fra 0,25 cm x 0,25 cm × 0,25 cm i doseprofil simuleringer til større skritt langs dybderetningen dybdedose simuleringer. Beregningen tid for hvert Monte Carlo-simulering var mellom 1 og 52 timer på en enkelt CPU arbeidsstasjon for å oppnå en statistisk usikkerhet (1σ) på mindre enn 2%. Referanse Resultatene av EGS4 /MCSIM har vært rapportert tidligere [17,18].
De Monte Carlo-simulerte doseprofiler og utgangsfaktorer for de 3-MV fotonstråler ble deretter bestilt inn en Pinnacle
3 behandling planlegging (TPS) versjon 9.6 (Philips stråling Systems, Milpitas, CA). Den auto-modellering i Pinnacle
3 TPS ble først brukt og manuelle justeringer ble deretter gjort for å sikre at avtalen mellom Pinnacle
3 beregninger og Monte Carlo simuleringer var bedre enn 2% /2mm. Nøyaktigheten av 3-MV bjelke modell oppdrag i Pinnacle
3 TPS har blitt evaluert ved å sammenligne Pinnacle
3 doseberegninger med Monte Carlo-simuleringer i en rekke bjelke konfigurasjoner, inkludert både homogen vann fantom (figur 1 og 2 ) og inhomogene vann fantom med lunge blokk (figur 3).
avvikene i dybde doser ble vist i den nedre delen til høyre skala.
Alle dosene var normalisert til midtakse ved 5 cm dyp for sammenligning.
A lunge blokk med 5 cm tykk, med en densitet på 0,3 g /cm
3 ble innført i en vann fantom fra 5 cm dybde, mens laterale dimensjonene var enten 15 × 15 cm
2 eller 15 × 7,5 cm
2. Felt størrelser var 3 × 3 cm
2 og 5 × 5 cm
2.
Pasient egenskaper
31 lungekreftpasienter ble inkludert i denne sammenlignende studie med Institutional Review board (IRB) søknaden godkjent av Yale University Menneskelig Investigation Committee (# 1404013787). Pasientenes egenskaper er oppsummert i tabell 1.
Behandling planlegging
For alle 31 pasienter, ble 4DCT skanninger utført med Varian sanntids posisjons styringssystem (RPM) v1. 7,5 og CIVCO Body Pro-Lok immobilisering enhet (CIVCO Medical Solutions, Coralville, Iowa). De 4DCTs ble overført til GE Sim MD arbeidsstasjon for å trimme det innvendige målet volum (ITV) og 7 mm margin ble deretter tilsatt for å skape planleggingen target volum (PTV). Den gjennomsnittlige intensitet projeksjon (AIP) CT datasett ble brukt til konturer av alle relevante årer inkludert ryggmargen, luftrøret, spiserøret og hjertet. Tre behandlingsplaner ble generert for hver pasient, dvs. 3-MV bare, 6-MV bare, og dual energi 3- og 6-MV med oppdrag bjelke modellene i Pinnacle
3. Energiene for de to-energiplanen ble valgt på grunnlag av den effektive veilengde fra bjelken inngangen til isomidtpunktet for hver bjelke. Praktisk talt, ble 3-MV og 6-MV fotonstråler blandet nesten likt i de to energiplaner.
Identiske bjelke konfigurasjon og optimalisering begrensninger ble brukt i alle tre planer for hver enkelt pasient. Alle planer ble optimalisert slik at 100% resept dose volum som dekkes i det minste 95% av PTV. Plan- optimalisering begrensninger for årer har blitt brukt (tabell 2). Mens TG101 og RTOG 09.15 retningslinjene ble brukt som referanser, ble optimalisering begrensninger noe justert i klinikken for å tillate personlig behandling planlegging for den enkelte pasient.
Under planlegging, unngåelse ringstrukturer ble opprettet for å lette hurtig dose fall-off bort fra PTV og for å begrense inngangen dose av enkelte stråler. IMRT inverse planlegging ble gjort ved hjelp av direkte maskin parameter optimering (DMPO) [19]. Den endelige dosefordeling ble beregnet med en kollapset kjegle konvolusjon (CCC) algoritme på en dose rutenett på 0,25 cm oppløsning [20].
Plan evaluering
Per AAPM TG101 anbefalinger, CI
100%, R
50%, og R «sub> 20%, definert som det forhold mellom volumene som mottar 100%, 50% og 20% av foreskrevne dosen til den PTV volum respektivt, ble anvendt for å kvantifisere plan kvaliteten [21 ]. Homogenitet indeksen (HI), definert som forholdet mellom høyeste dosen som mottas av 5% av PTV til laveste dose som mottas av 95% av PTV, ble anvendt for å evaluere heterogenitet dose på innsiden av PTV [22,23]
Foruten de plan kvalitetsindeksene, D
5%, D
1% og gjennomsnittlig dose til ryggmargen, ble luftrøret, spiserøret, hjertet og huden forhold, der D
5% og D
1% var dosene til minst 5% og 1% av det organ volum, som representerer de høyeste dosene mottas av årer. For lunge vev, ble prosent volum motta 20 Gy (V
20Gy) og 5 Gy (V
5Gy), og gjennomsnittlig lunge dose (MLD) registrert. De gjennomsnittlige doser til hver lapp, ble ipsilaterale og kontralaterale lungene også sammenlignet. En to-halet t-test ble anvendt i den statistiske analysen. En vesentlig forskjell ble antatt når p er lik eller mindre enn 0,05.
Resultater
Virtual Linac bjelke modellering og validering
3-MV virtuell Linac modellen ble sammenlignet med Monte Carlo-simuleringer i figur 1. Som vist i figur 1 (A), den dybde dose kurvene for de felt av 3 x 3 cm
2, 10 x 10 cm
2 og 20 x 20 cm
2 100 cm kilde-til-overflate avstand (SSD) ble sammenlignet mellom Pinnacle
3 spådommer og Monte Carlo-simuleringer. Avvikene mellom de to er vist i den nedre del av figur 1 (A), med mindre enn 1% for alle punkter unntatt i oppbyggingen region hvor opp til 5,5% avvik ble observert for feltet av 3 x 3 cm
2. Fig 1 (B) viste side dose profil sammenlikninger på 5 cm dybde for de samme tre felt med bedre enn 2% /2 mm avtalen. Videre ble doseprofil sammenlikninger på 5 og 10 cm dyp for 100 cm SSD for ulike uregelmessige felt kollimert av multi-leaf collimator (MLC) funnet å være innenfor 2% /2 mm mellom Pinnacle
3 spådommer og Monte Carlo simuleringer for både 6-MV og 3-MV bjelker (fig 2). Bjelke modellene ble også evaluert under inhomogene betingelser. En lunge blokk av 5 cm tykk, med en densitet på 0,3 g /cm
3 ble innført i en vann fantom fra 5 cm dybde, mens de laterale dimensjonene var enten 15 x 15 cm
2 eller 15 x 7,5 cm
2. Den PDD og profiler for feltstørrelser på 3 × 3 cm
2 og 5 × 5 cm
2 på steder merket med stiplede linjer i innstikk i figur 3 ble hentet for sammenligning. Sammenligningen viste en bedre enn 2% /2 mm avtale mellom Pinnacle
3 spådommer og Monte Carlo simuleringer på vann /lunge-grensesnitt.
PTV dekning
De isodose distribusjoner og dose volum histogrammer (DVHS) av tre planer for en perifer lungetumor ble vist i figur 4 som et eksempel. Mens alle planene møtte samsvarskrav, den tre-MV plan (stiplede linjer) tilbød den beste OAR sparsom i forhold til 6-MV (tykke linjer) og den doble energiplaner (tynne linjer) som indikert av DVHS, og strammere dose innhylle og raskere dose fall-off rundt PTV som illustrert ved isodose distribusjoner (betydelige forskjeller er merket med røde piler)
(a) fra venstre til høyre:. 6-MV, 3-MV og doble energiplaner. Fra topp til bunn: aksial: sagittal og koronale visninger. De isodose linjene er 120% (lilla), 105% (gul), 100% (rosa), 95% (lys blå), 70% (grønn), 50% (oransje), 40% (stålblå) og 20% (mørkeblå). Kjente forskjeller er markert med røde piler. (B) Den 6-MV, 3-MV og doble energiplaner er vist med tykke linjer, stiplede linjer og tynne linjer, henholdsvis. DVH kurver for luftrør, spiserør og huden blir ikke vist på grunn av svært lav dose nivå
Basert på gjennomsnittlig effektiv veilengden (AEP), vi videre klassifiseres de 31 pasientene i to grupper. Kort AEP (SEP, 10 cm) og store AEP (LEP, 10 cm). Som vist i tabell 3, 3-MV planene oppnås bedre dose konformitet i september gruppe med lavere CI
100% (1,07 ± 0,14), R
50% (4,68 ± 0,83) og R
20% (27,3 ± 8,40) sammenlignet med de i 6-MV planene (p 0,01). Nesten ingen signifikant forskjell ble observert mellom 3-MV planer og doble energiplaner på disse dose samsvars indeksene. For PTV dose homogenitet, de tre-MV planer produsert den mest uniform dosefordeling (gjennomsnittlig HI = 1,26, p 0,001) på bekostning av laveste PTV bety dose (p 0,001), etterfulgt av de to energiplaner ( mener HI = 1,28) og 6-MV planer (mener HI = 1,30).
Innenfor LEP gruppe på 10 tykke pasienter, de doble energiplaner viste litt bedre dose samsvar med lavest CI
100% (1,09 ± 0,13), R
50% (4,56 ± 0,61) og R
20% (34,5 ± 11,3) sammenlignet med de i 6-MV planer. Den 3-MV planer likevel gitt de mest homogene doser i PTV (HI = 1,23) med lavere ITV og PTV bety dose, på grunn av svakere penetrasjon kraft av de tre-MV fotoner.
åre doser
dosemålende indekser av årer for alle 31 pasienter er vist i figur 5. generelt er de 3-MV planer tilbys vesentlig bedre sparing av de normale vev sammenlignet med 6-MV planene som antydet ved reduksjon av dose indeksene for ulike årer.
Den prosentvise forskjellen ble beregnet som. Hver pasient er illustrert med et rødt symbol (til venstre) for 3-MV og grønn en (til høyre) for dual energiplan. Gjennomsnittlig forskjell fra hver indeks for hele gruppen er merket med et kryss x.
Figur 5 (A) viste de prosentvise forskjeller i lunge indeksene for 3-MV og doble energiplaner i forhold til 6-MV planer. Store variasjoner ble observert blant 31 pasienter. De gjennomsnittlige reduksjoner for V
20Gy og V
5Gy var 5,2% og 8,2%, og 4,5% og 8,1% for det 3-MV og den doble energi planene, henholdsvis (p 0,05), som markert med et symbol X på figur 5 (A). Sammenlign MLDs ble observert for alle tre typer planer. Et flertall av pasientene dratt nytte av den kontralaterale lunge sparsom og gjennomsnittlig dosereduksjon av kontralaterale lunge var 8,4% og 8,6% for 3-MV og doble energiplaner, henholdsvis (p 0,001). Mer detaljerte dosemålende sammenligninger er vist i figur 6 til lungen og ryggmargen. For september gruppe, tre-MV og doble energiplaner var nesten identiske i form av lunge dosimetriske indekser. De gjennomsnittlige /maksimale reduksjoner av V
20Gy, V
5Gy og MLD av lungen var 7% /20%, 9% /30% og 5% /10%, henholdsvis i 3-MV planer (alle p 0,05). I gjennomsnitt, kontralaterale lunge fikk 11% mindre dose i september gruppe. For LEP gruppe, de doble energiplaner viste litt overlegne resultater i lungedosereduksjon.
Alle parametre ble normalisert til kolleger av 6-MV plan vist som solid svart linje. Pasientene ble inndelt i korte effektive veilengde (SEP, 10 cm) og Long effektive veilengde (LEP, 10 cm). Grupper
Når det gjelder ledningen dose, sammenlignet med 6 -MV planer, 3-MV og den doble energiplaner levert 7,0% og 5,2% mindre doser til D
5%, og 7,8% og 4,4% mindre doser til D
1% av ryggmargen, henholdsvis som vist på figur 5 (B). I mellomtiden, den midlere ledningen dose var 3,5% og 3% lavere i 3-MV og doble energiplaner, henholdsvis (all p 0,05). Som vist i figur 6, i september gruppe, 3-MV og doble energiplaner utføres like godt med 9% reduksjon av D
5%, og mer enn 5% reduksjon i gjennomsnittlig dose av ledningen (p 0,05). I LEP gruppe, ble ingen signifikant forskjell observert mellom tre typer planer i form av ledningen dosefordelinger (p 0,05).
For spiserøret og luftrøret, både 3-MV og den doble energiplaner ga redusert gjennomsnittsdosen og redusert D
5% og D
1% som vist i figur 5 (C) og 5 (D). For alle pasienter, D
5% og D
1% av spiserøret ble redusert med 6,7% og 7,5% for det 3-MV og 5,0% og 4,9% for de to energiplaner henholdsvis, sammenlignet 6-MV planer. For luftrøret, D
5% og D
1% reduksjon var 9,0% og 6,6% for det 3-MV og 5,2% og 4,6% for de to energiplaner, respektivt. (p 0,05) i september gruppen ble betydelig sparing observert i de tre-MV planene som 10,6% og 11,4% D
5% reduksjon i spiserøret og luftrøret, henholdsvis, mens nesten identiske middeldoser ble observert i LEP gruppe (p 0,05).
For de 13 pasienter med ikke-ubetydelig hjerte dose (gjennomsnittlig hjerte dose 0,7 Gy), både 3-MV og doble energiplaner viste bedre hjerte sparing. Sammenlignet med de seks-MV planer, D
5% og D
1% reduksjon var 7,4% og 9,3% for 3-MV og 10,1% og 8,3% for de to energiplaner, henholdsvis (p 0,05).
Integral dose og leveringsdyktighet
Integral dose , definert som volumet i ett av dosen avsatt i pasientens anatomi med PTV utelukket, ble sammenlignet i figur 7 for alle de 31 pasientene. Bare tre av 31 pasienter fikk mer enn 5% høyere integrert dose i 3-MV planer i forhold til 6-MV planer, som alle var tykke pasienter med lang gjennomsnittlig effektiv veilengden ( 10 cm). For andre pasienter, integrert dose var sammenlignbar med eller lavere enn de seks-MV planer (p 0,05). Resultatene viste også at for tykke pasienter i LEP gruppe, 6-MV planer var mer å foretrekke med mindre integrert dose, etterfulgt av de to energiplaner.
Enkelte pasienter var representert med gjennomsnittlig effektiv veilengden (AEP ) og categorzed inn i to grupper (korte effektive veien legnth (SEP) og lang effektive veien legnth (LEP)). Integral doser ble calcuated som
D
meanBody
×
V
Kroppsanmeldelser –
D
meanPTV
×
V
PTV Hotell og normalisert til 6-MV planer.
stråle på tid (BOT ), beregnet som den totale overvåkningsenhetene (MU) pr fraksjon dividert med doserate på 600 MU /minutt som vanligvis brukes i SBRT, ble anvendt for å evaluere leveringseffektiviteten. Som vist i figur 8, boter var lik mellom tre planer for tynne pasienter (SEP). For tykke pasienter (LEP), de tre-MV planer kreves den lengste strålen-on-tid til å levere reseptbelagte doser.
Enkelte pasienter var representert med den gjennomsnittlige effektive veilengde (AEP) og kategoriseres i to grupper (korte effektive veien legnth (SEP) og lang effektive veien legnth (LEP)).
Diskusjoner
i dette arbeidet studerte vi dosimetriske effektene av 3-MV fotonstråler for lunge SBRT behandlinger. Sammenlignet med de seks-MV planer, de tre-MV planer viste bedre måldose konformitet og homogenitet (Figur 4 og Tabell 3), samt bedre sparing av årene (figur 5 og 6) for de tynne lungekreftpasienter. For tykke pasienter, ble 3-MV fotonstråler vist mindre gunstig på grunn av deres svakere penetrasjon makt, mens de tykke pasienter kan ha nytte av den doble energiplaner med sammenlign PTV dekning, integrert dose og redusert dose til de kritiske strukturer.
Tidligere studier har vist at mellomenergi fotoner har potensielle dosimetriske fordeler for intrakraniell stereotactic radiosurgery (1,2-MV) [5] og ekstrakraniell robot IMRT (2-MV /6-MV) [4]. Spesielt Dong
et al
. undersøkt muligheten for å bruke 2- /6-MV fotoner for ekstrakraniale robot IMRT behandlinger av en rekke lesjoner med en pasient per lesjon stedet [4]. I sin studie på lunge IMRT behandling, Dong
et al
. viste at 2-MV fotoner kan redusere V
20Gy, V
5Gy og gjennomsnittlig dose av lungevevet med 13%, 30% og 24%, respektivt, sammenlignet med 6-MV fotoner. I dette arbeidet undersøkte vi effekten av 3-MV fotoner på Linac-baserte SBRT behandlinger av 31 lungekreftpasienter. Med 31 lungekreftpasienter som dekker et bredt spekter av kliniske tilstander i form av pasientens størrelse, alder, kjønn, tumorvolumet, tumor beliggenhet og svulst laterality, kunne vi oppsummere dosimetriske variasjoner med statistisk signifikans for plan sammenligning. Samlet våre resultater viser at i gjennomsnitt, kan 3-MV fotoner redusere V
20Gy, V
5Gy og MLD med 5,2%, 8,2% og 3,6%, henholdsvis i forhold til 6-MV fotoner. I tillegg, for tynne pasienter med kort effektiv veilengden ( 10 cm), gjennomsnittlig /maksimal reduksjon av V
20Gy, V
5Gy og MLD var 7% /20%, 9% /30% og 5% /10%, henholdsvis i de tre-MV planer. Den store forskjell mellom Dong
Resultatene et al
. «S og våre resultater kan i stor grad være på grunn av prøvestørrelsen og annen energi fotoner som brukes. Imidlertid har begge studiene bekrefter mer konformt mål dekning, bedre homogenitet og bedre OAR sparsom i lunge imrt behandlinger med mellomliggende energi fotoner.
Jo lavere gjennomtrengning kraft og høyere hud dose er antatt å være begrensninger av mellomliggende energi foton bjelker. Imidlertid, med modulert dose levering, har det vist seg at radioterapi har blitt mindre begrenset av disse begrensninger i lavenergi røntgenstråler [24,25]. Dette er fordi som fotonstråler gå gjennom pasientens anatomi fra flere vinkler, dosen levering byrden vil i hovedsak være utvannet [26]. I denne studien ble sammenlignet med 6-MV planer, økte den absolutte midlere huden dose i området fra 46-330 mGy og 2-152 mGy for 3-MV og doble energiplaner, respektivt. Median /maksimumsverdiene for D1% for huden ble funnet å være 10,2 /21,3 Gy, 12,9 /23,0 Gy og 12,4 /23,0 Gy for den 6-MV, 3-MV og doble energiplaner, henholdsvis, som fortsatt var mye lavere enn toleranse (maksimal dose 30 Gy). Dermed vil huden dose ikke være en alvorlig bekymring i vedtakelsen av middels energi fotonstråler for kliniske applikasjoner.
På grunn av rask dose fall-off med liten penumbra på feltet kanten, 3-MV fotonstråler kan hjelpe redusere dosene deponert til de tilstøtende kritiske strukturer i lungecancerbehandlinger, som vist i denne studien. De kliniske fordelene kan være multi-folder. Først vår studie viste at 3-MV fotoner kan i gjennomsnitt redusere V
20Gy og V
5Gy med 7% og 9%, henholdsvis i forhold til 6-MV fotoner. Redusert V
20Gy og V
5Gy kan potensielt redusere risikoen for stråling pneumoni og lungefibrose, noe som kan kompromittere pasientens livskvalitet [27]. For det andre, i denne studien, ble 3-MV fotoner vist seg å redusere D
5% av ledningen, luftrøret og spiserøret med 6,7 til 9% og redusere D
1% med 6,6 til 7,8% i forhold til 6- MV fotoner. Som ryggmargen, luftrøret og spiserøret er serie organer, og med et lite volum bestrålt utover sin terskel kan potensielt føre til hel organsvikt [28]. Derfor er det svært viktig for å redusere de høye dosene for disse kritiske organer. For det tredje, når det lungetumoren er proksimalt til hjertet, kan en fraksjon av hjerte volum motta en relativt høy dose som øker potensiell risiko for strålingsrelatert hjertesykdommer [29,30]. Studien viste at 3-MV planene bedre resultater enn de 6-MV planer med et gjennomsnitt på 7,4% D
5% reduksjon (p 0,05) og 8,5% bety dosereduksjon til hjertet (p 0,05), som oversatt til 0,72 Gy og 0,35 Gy i absolutt dosereduksjon i D
5% og betyr hjerte dose, henholdsvis.
en annen potensiell fordel med å bruke 3-MV fotonstråler kan være i behandling av barn kreft pasienter som har forholdsvis små dimensjoner med nærhet mellom tumoren og de kritiske strukturer. Som barn er langt mer utsatt for stråling induserte sekundære maligniteter enn voksne, har stråleinduserte toksisitet til pediatriske kreftpasienter vært aktivt undersøkt de siste 50 årene [31]. I denne studien var betydelig forbedring i mål dekning, målrette homogenitet og OAR sparing knyttet til 3-MV fotonstråler i tynne lungekreftpasienter innebærer at mellom energi fotonstråler som 3-MV fotoner kan være et bedre valg for stråling behandlinger av pediatrisk kreftpasienter. Videre studier vil være nødvendig for å undersøke hvilken rolle mellom energi fotoner i radioterapeutiske behandling av barn kreft.
Det er vist at MV viftestråle CT (MVCT) med effektiv energi på 3,5-MV fra en Helical Tomotherapy enhet kan gi tilstrekkelig kontrast for bløtvev avgrensing [32,33]. Flere studier har videre vist at med lav-Z mål i lineære akseleratorer som produserer fotonstråler på 2,35-MV og 1,9-MV, kan bildekvaliteten bli betydelig forbedret i forhold til de seks-MV fotoner [34,35]. Faktisk har 2,5-MV fotonstråler fra en Varian TrueBeam linac vært tilgjengelig i klinikken for rutine portal bildebehandling med bedre bildekvalitet enn vanlige 6-MV fotoner. Derfor er det sannsynlig at en enkelt mellomliggende energi fotonstråle kan brukes til både strålebehandlinger og bilde veiledning samtidig for visse aktuelle situasjoner som lungekreft behandlinger og pediatriske pasienter. Vi vil rapportere våre undersøkelsesresultater om dette temaet i vår fremtidige kommunikasjon.
Konklusjon
I forhold til 6-MV fotonstråler, 3-MV fotonstråler har statistisk signifikante dosimetriske fordeler i behandling av lungesvulster i form av økt svulst dekning og reduserte doser til de tilstøtende kritiske strukturer.
