Abstract
Selv om svært konforme dosefordelinger kan oppnås ved IMRT planlegging, dette ofte krever et stort antall segmenter eller bjelker, som resulterer i økte behandlingstider. Mens flatere-filter-free bjelker tilby en høyere dose, kan enda flere segmenter være nødvendig for å skape homogene mål dekning. Derfor er det verdt å systematisk undersøke avhengighet av planen kvalitet på portal vinkler og antall segmenter for flat vs. FFF bjelker i IMRT planlegging. For den praktiske eksempel på hypopharynx kreft, presenterer vi en planlegging studie av flat vs. FFF bjelker ved hjelp av tre forskjellige konfigurasjoner av portal vinkler og ulike segment tall. De to bjelker er svært like i fysikalske egenskaper, og er derfor godt egnet for sammenlegging. Starter med et sett av planer for lik kvalitet for flate og FFF bjelker, vurderer vi i hvilken grad antall segmenter kan reduseres før planen kvalitet er markert svekket, og sammenligne overvåkningsenheter og behandlingstider for de resulterende planer. Så lenge et tilstrekkelig stort antall segmenter er tillatt, alle plan- scenarier gi gode resultater, uavhengig av gantry vinkler og flat eller FFF bjelker. For mindre antall segmenter, plan Kvaliteten forringes både for flate og FFF energier; denne effekten er sterkere for færre løpe vinkler og for FFF bjelker. For lave segmenttall FFF planer er generelt dårligere enn de tilsvarende flate bjelke planer, men de er mindre følsomme for en nedgang i segment nummer hvis mange portal vinkler brukes (18 bjelker); i dette tilfellet kvaliteten på flate og FFF planer forblir sammenlign selv for noen segmenter
Citation. Dzierma Y, Nuesken FG, Fleckenstein J, Melchior P, Licht NP, Rübe C (2014) Sammen Planlegging av Flattening- filter-Free og Flat Beam IMRT for Hypopharynx kreft som en funksjon av Beam og Segment nummer. PLoS ONE 9 (4): e94371. doi: 10,1371 /journal.pone.0094371
Redaktør: Jian Jian Li, University of California Davis, USA
mottatt: 06.12.2013; Godkjent: 14 mars 2014; Publisert: 10 april 2014
Copyright: © 2014 Dzierma 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
Finansiering:. Forfatterne har ingen støtte eller finansiering for å rapportere
konkurrerende interesser:.. forfatterne har erklært at ingen konkurrerende interesser eksisterer
Innledning
Siden advent av moderne behandling planlegging teknikker som intensitet modulert strålebehandling (IMRT), kan svært konforme strålebehandling behandling oppnås med samtidig god dekning av planlegging målvolum (PTV) og tilstrekkelig sparing av organer i fare (OAR). Dette kommer ofte på bekostning av en økning i behandlingstiden. Selv ser bort fra effekten av den kliniske timeplanen, behandling ganger lenger enn et par minutter er ubehagelig for pasientene og gjennomføre en økt risiko for intra-fraksjonen motion [1], som kan kompromittere plan kvalitet spesielt når trange PTV og åre marginene blir brukt som i moderne bildestyrt strålebehandling (IGRT).
En reduksjon av behandlingstiden kan oppnås på tre måter. Først bruker færre bjelker eller segmenter i IMRT plan innebærer risikoen for å miste plan conformality. For det andre high-end moderne behandlingsteknikker som volum modulert arc terapi (VMAT) og RapidArc tilbyr høy kvalitet planer så godt som IMRT (eller bedre hvis IMRT er begrenset til et lite antall segmenter eller bjelker), med generelt mye raskere behandling ganger ([2], se [3] for en gjennomgang). Likevel, steder som head-og-hals svulster generelt krever mer enn én portal rotasjon eller hybrid felt [4] – [5], som igjen øker behandlingstiden; Videre, disse avanserte renseteknikker er ikke vanlig tilgjengelige. Tredje, flatere-filter-fri (FFF) bjelker kan brukes i både IMRT og VMAT behandling planlegging, med den praktiske fordelen av mye høyere doserater sammenlignet med vanlige flate bjelker [6]. A trekke tilbake tas i betraktning her, er at den koniske stråleprofilen av FFF bjelker er generelt funnet å kreve flere segmenter og /eller flere overvåkningsenheter for å oppnå de samme standarder for PTV homogenitet enn for flate stråler (f.eks, [7] – [ ,,,0],8]); dette igjen forlenger behandlingstiden noe, spesielt for store PTVs. Den største reduksjonen i behandlingstiden kan oppstå fra en kombinasjon av bue behandling med FFF bjelker; Men her vil vi vurdere FFF bjelker i IMRT behandling planlegging på grunn av sin raskt spre tilgjengelighet.
Formålet med dette arbeidet er å systematisk undersøke avhengighet av planen kvalitet på portal vinkler og antall segmenter for flat vs. FFF bjelker i IMRT planlegging for praktisk eksempel på hypopharynx kreft. Vi starter med en IMRT løsning med 70 segmenter fordelt mellom 7 og 18 portal vinkler, som vi bestemmer inversjon mål og føringer som skaper nesten identiske planer for de flate og FFF bjelker av Siemens Artiste (Siemens Healthcare, München, Tyskland). De to bjelke linjer – flate 6 MV (6X) og FFF 7 MV (7XU) – er svært like i fysikalske egenskaper, slik som midlere energi, dybde-dose-kurve og overflate dose [9], og er derfor godt egnet for komparativ planlegging. Starter fra disse planene, vurderer vi i hvilken grad antall segmenter kan reduseres før planen kvalitet er markert svekket, og sammenligne overvåkningsenheter og behandlingstider for de resulterende planer. Spørsmålene er relevante er:
Hvilke sammensetningen av gantry vinkler er best
Har 7XU energi tilbudet tilsvarende plan kvalitet til 6 × strålen, og hvordan dette avhenger av portal vinkler
Hvordan svarene på disse to spørsmålene svare på en reduksjon i segment nummer
Denne studien er organisert som følger: Vi starter med en standard IMRT plan med 7 portal vinkler, noe som pleide å være en standard metode ved vår institusjon i begynnelsen av denne studien. Normalt er mindre enn 70 segmenter ville ha blitt brukt for å redusere behandlingstider; her er de valgt for å påføre ingen begrensning på plan kvalitet på grunn av en utilstrekkelig antall segmenter – på denne måten, en inversjon ikke begrenset av segmentnummeret skal oppnås. Etter å ha funnet et sett med inversjon parametere som produserer like gode planer med 6 × og 7XU bjelker for denne planen malen, er disse inversjon mål og begrensninger (dvs. dose og DVH målsettinger /begrensninger som brukes i optimalisering) brukt i denne studien. I et andre trinn blir planene beregnet for begge energier, hver i 7, 11 eller 18 bjelker, og reduserer segmentene trinnvis fra 70 til 25. Deretter undersøker forhold hvordan valget av gantry vinkler, segmenter og energi (flat vs. FFF ) påvirker plan kvalitet.
Pasienter og metoder
1. Pasient kollektive
Etikk uttalelse
Åtte pasienter (fem menn, tre kvinner, 44-77 år, gjennomsnittsalder 55 år). Med hode- og halskreft, i hvem adjuvant strålebehandling eller samtidig radiochemotherapy ble indikert, ble undersøkt. Pasientene som blir behandlet mellom oktober 2010 og september 2012 ble valgt ut fra en tidligere planlegging studie i vår avdeling å undersøke virkningen av en individuelt fabrikkert oral avstand applikator for ekstern stråle strålebehandling på dosereduksjon i muntlig i hode- og halskreft (ligger i den muntlige hulrom, Oro- /hypopharynx eller strupehode (Fleckenstein et al., in prep.)). Denne tidligere studie ble godkjent av den lokale etikkutvalg (Aerztekammer des Saarlandes) og alle pasienter ga skriftlig informert samtykke til påfølgende vitenskapelige studier. For denne studien ble anonymiserte data fra forrige undersøkelse brukes, uten ytterligere samhandling med pasientene.
Uavhengig av virkelige plasseringen av pasientenes svulster konturer ble etablert for hypotetiske uniform svulstsider (etasje munnen, orofarynx og hypofarynks).
for denne studien alle planer er basert på PTV av hypopharynx kreft området inkludert bilaterale livmorhalsen og supraklavikulære lymfeknuter (nivå II-V, se fig. 1), mens boost -contours ble ignorert. En referansedose på 50 Gy ble foreskrevet til isomidtpunktet, administrert i 2 Gy fraksjoner.
2. Behandling planlegging
Behandling planlegging ble utført med Philips Pinnacle
3 behandling planlegging v9.2 og 9.4 basert på CT-data fra Philips Brilliance CT BigBore (Philips Healthcare, Amsterdam, Nederland). IMRT inversjon ble gjort ved hjelp av direkte maskin parameter optimering (DMPO). Den endelige dosefordeling ble beregnet med en kollapset kjegle algoritme på en dose rutenett på 0,4 cm oppløsning
Tre ulike portalkonfigurasjoner ble brukt: a. «Enkel» IMRT plan med 7 bjelker, en forbedret IMRT plan med 11 bjelker , og en flerstråle plan ment å simulere rotasjons behandlinger (18 bjelker.) – se tabell 1 for en oppsummering av pensjons egenskaper
Den første delen av denne studien sikte på å finne et sett med inversjon mål /begrensninger som kan anvendes like godt for både 6 x og 7XU planer, for derved å tilveiebringe en enkel «oppskrift» som brukes i planleggingen. Dette virket obligatorisk for standardisering og comparibility av planer for både strålelinjene. Denne tilnærmingen ble tilrettelagt siden Pinnacle
3 TPS bruker en gradient-basert inversjon metoden, slik at to sett med tilsvarende begrensninger vil reproduserbart føre til svært lignende planer. For et undersett av 3 pasienter, ble forskjellige sett med inversjon mål og begrensninger testet for en plan konfigurasjon med 7 bjelker og 70 segmenter, standard hode-og-hals imrt innstilling ved vår institusjon ved undersøkelsen startet. Vi startet med optimaliserte «in-house» mål og begrensninger som brukes til 6 × bjelker. Når gode 6 × planene ble opprettet, ble den samme malen optimalisert for 7XU energi. Vi endret vårt valg av inversjon mål /føringer for de tre første pasientene iterativt ved prøving og feiling til gode planer ble oppnådd for både 6 × og 7XU for disse tre pasientene; Disse målene /begrensningene ble deretter opprettholdt for alle åtte pasienter og alle stråle og segment scenarier for resten av studien.
Sammenligning en rekke ulike valg av inversjon mål /begrensninger, ble det funnet at de fleste målene som rutinemessig brukes ved vår institusjon for 6 × planer kan brukes for 7XU strålen. Den største forskjellen mellom de resulterende planene var en redusert PTV homogenitet for FFF planer, som krevde å inkludere en ekstra begrensning tvinger 5% PTV homogenitet. Denne begrensningen neppe påvirket 6 × planer, som vanligvis følges det selv når det ikke ble eksplisitt nevnt (faktisk er det inkludert i PTV maksimum, minimum og uniform dose mål). Siden vårt mål var å finne et sett av mål /begrensninger som kan brukes like godt til 6 × og 7XU bjelker, ble homogenitet begrensningen inkludert. Det endelige valget av mål /begrensninger som ga planer for tilstrekkelig kvalitet er gitt i tabell 2; eksempel dosefordelinger er vist i figur 2-3. Ulike valg av mål /begrensninger kan sikkert brukes til å lage gode planer; vi her til stede ett eksempel som vi bruker ved vår institusjon å pålitelig gi tilstrekkelige planer for de fleste pasienter.
Ved hjelp av dette valget av begrensninger, for hver pasient tre ulike portal og collimator konfigurasjoner ble brukt (for begge energier, henholdsvis): den «enkle» IMRT plan med 7 bjelker, en forbedret IMRT plan med 11 bjelker, og 18 trålen plan ment å simulere rotasjons behandlinger. Alle planer ble revidert av en erfaren stråling onkolog og ble ansett som klinisk akseptabelt. En representant DVH av en start plan med 11 bjelker er vist i figur 4.
Solid linjen: 6 MV, stiplet linje: FFF 7 MV. Retten parotiden falt inne i PTV, så det fikk betydelige doser sammenlignet med den venstre parotid, som ble spart så mye som mulig.
Gitt «starter» planer dømt av tilstrekkelig kvalitet, antall av segmenter tillatt i optimaliseringen ble redusert fra 70 til 25 i et antall trinn (50, 40, 35, 30, 25) for hver av de plan varianter. Dette resulterte i 36 forskjellige planscenarier, telle alle bjelke ordninger, energier, og segment tall.
3. Plan evaluering
Følgende tiltak av planen kvalitet ble vurdert [10] – [12]: Paddick konformitet indeksen
som produkt av overdose ratio OR og underdose ratio UR, hvor
vedrører volumet av PTV som inngår i resepten isodose (TV
PIV) til det totale resept isodose volum PIV = V (95%) og
vedrører målet volum inne i den foreskrevne isodose til det totale PTV volum (TV).
PTV homogenitet er målt ved homogenitet indeksen
.
dosen fall-off er gitt ved gradient indeksen
.
Sammen med kvalitetsindekser maksimaldose til ryggmargen, mener parotiden dose og maksimal dose i PTV blir vurdert. Til sammen skal disse verdiene gir et godt grep både på PTV dekning og dose utenfor PTV. Evalueringen av planen kvalitet basert på DVH, spesielt dose på organer i fare, er basert på Quantec anbefalinger [13] -. [15]
4. Statistisk analyse
Når individuell plan scenarier ble sammenlignet (f.eks 7 bjelker, 70 segmenter, 6 × vs. 7XU), en normalfordeling ble antatt og T-test for parede data ble brukt; når samlede planene ble sammenlignet (f.eks alle planer ved hjelp av 6 × vs. alle planer med 7XU), en normalfordeling ikke kunne bli ansett, og Wilcoxons signert-rank test for parede data ble brukt. En 5% signifikansnivå ble påført. Den samlede sammenligning på tvers av alle planer ble utført av Friedmann test og enveis ANOVA, som ble utført ved like avvik, en forutsetning som ble kontrollert ved hjelp av Brown-Forsythe test.
Resultater
1. 7 bjelker imrt planer ved hjelp av flat og FFF bjelker med 70 segmenter
Når man sammenligner de to bjelke energier for den innledende planleggingen med 7 bjelker og 70 segmenter, visuell inspeksjon av dosefordeling viser at begge settene med planene er klinisk akseptabelt for alle pasienter, med svært lik kvalitet (for eksempel, se fig. 2). For begge bjelke modaliteter, er det ingen statistisk signifikant forskjell i alle kvalitetstiltak vurderes (KI, HI, GI, PTV max, parotiden gjennomsnitts, ryggmarg max). Begge stråle energier gi gode planer med det samme valget av inversjon parametre, som heretter beholdt for resten av studiet.
2. Påvirkning av gantry vinkler og segmentnummer reduksjon på plan kvalitet for flat og FFF bjelker
a) Planer med 70 segmenter.
I et første skritt, planer med 7, 11 og 18 portal vinkler var sammenlignet med hverandre for 6 × og 7XU, som igjen starter med 70 segmenter. Alle seks scenarier ble sammenlignet med ANOVA (etter å ha sjekket ved Brown-Forsythe test at forutsetningen om like avvik er oppfylt). Ingen signifikante forskjeller er funnet med hensyn til CI, GI, HI, mener parotiden dose D
mean (glandula) og PTV maksimal dose D
PTV (max). Bare den maksimale dosen til ryggmargen D
max (ryggmarg) er forbedret i 6 ×, 11 bjelke og 18 stråle planer i forhold til 7 strålen plan, men alle andre forskjellene er ikke signifikante (figur 5). Spesielt er ingen signifikant forskjell ble observert i de kvalitetsindekser på 6 x vs 7XU planene like stor stråleanordning. Det derfor synes som om alle plan scenarier (både energi og alle tre portalscenarier) gir gode resultater, så lenge segmentnummeret er tilstrekkelig høy
plottet er de midlere forskjeller.; vesentlige avvik fra null er blå, ikke-signifikante verdier er grønn.
Fra visuell analyse, og tilbyr 11 strålen arrangement litt bedre plan kvalitet over 7 strålen scenario i de fleste tilfeller, både fra det punktet av visning av PTV dekning og sparing av organer i fare og vev utenfor PTV (f.eks fig. 2-3). Flytting til 18 bjelker, blir kvaliteten noen ganger forbedret (særlig for 6 x), noen ganger reduseres (for det meste for 7XU) i forhold til 11 bjelker, men vanligvis bedre enn for strålen 7 ordningen. Selv i tilfeller der de 18 stråle planene er bedre enn de 11 stråle planer, er forbedringen – i beste fall – av marginal klinisk relevans. I en klinisk setting, ville den korteste behandlingstiden for de 11 stråle planer alltid har resultert i en beslutning om å behandle med disse planene. Avhengig av pasienten, enten de 6 × eller 7XU planer (11 bjelker) er foretrukket – i alle tilfeller, er forskjellene mindre
b) Reduksjon av segmentnummeret
Ved visuell sammenligning.. plan kvalitet reduseres med et nedre segment nummer (se fig. 6 for et eksempel). Tydeligvis, de 70 segment planer er overlegen. I mange tilfeller er forskjellen fra 50 segment plan er bare mindre, i noen tilfeller en noe verre dose distribusjons resultater fra de 50 segment planer – men alle 50 segment planer er fortsatt veldig bra. 40 segmenter planer er alltid klart verre enn på 70-segmentet planer. I et antall pasienter, vil disse planene fortsatt være akseptable, selv om det vanligvis maksimalt er høyere, PTV dekning verre, og dosen utenfor PTV høyere (f.eks større V (80%), noen ganger kommer bak ryggmargen). Disse effektene blir mer tydelig for mindre segment tall. Her variasjoner mellom pasienter øker – noen pasient planer er fortsatt akseptabel ned til 25 segmenter, mens andre er allerede uakseptabelt starter på 35 (eller 40) segmenter, avhengig både av pasienten, energi og valg av gantry vinkler
.
For å undersøke disse effektene systematisk og kvantitativt, er kvalitetstiltak vurderes. Brown-Forsythe test finner ingen signifikante forskjeller i avvik for alle mål på kvalitet unntatt D
max (ryggmargen), så enveis ANOVA kan utføres. I homogenitet og gradient indeks, har planen versjonene ingen signifikant forskjell, selv om gradient indeksen ser ut til å avta noe med et lavere segment nummer. Det tekniske indeksen avtar systematisk med nedre segment nummer for alle scenariene, og signifikante forskjeller finnes mellom plan versjoner, som er analysert i detalj i det følgende. Endringen i kvalitetstiltak med segmentnummeret for de ulike planene er vist i Figur 7.
CI: konformitet indeks, HI: homogenitet indeks, GI: gradient indeksen. Innenfor hver plan scenario, reduseres segment nummer fra venstre mot høyre (vist for 6 MV, 7 bjelker).
For å sammenligne planer mellom scenarier, søkte vi Tukey test for å rangere planer i henhold til CI og finne planer som kan grupperes sammen (tabell 3). Denne rangeringen og gruppering kan bare gi en første foreløpig estimat av plan kvalitet, men vi bruker det som et første skritt for å kalle de tre nivåer av planer «god kvalitet», «middels kvalitet» og «dårlig kvalitet», for sammenligning med andre mål på kvalitet. Faktisk, bekrefter denne grupperingen det visuelle inntrykk av at alle 70 segment planer og de fleste 50 segment planer, sammen med noen 40 segment scenarier, gi gode resultater, mens planer med 25 til 35 segmenter generelt fungerer dårlig. En lignende gruppering kunne ha blitt oppnådd ved enkle «cut off» verdier på CI. Vår gruppering svarer til verdier på rundt 0,81 og 0,78; et enklere valg kan være 0,8 og 0,75, noe som ville plassere alle planer med 50 og 70 segmenter, sammen med de tre 40 segment 6 × planer i det «gode» gruppe og de seks verste CI planer i «dårlig» gruppe.
uansett hvordan gruppene defineres, den relative mengden av 7XU planer ser ut til å øke i de lavere kvalitet grupper – en hypotese vi teste ved å samle alle planer med 6 × og 7XU henholdsvis: hver 6 × plan, på tvers av alle pasienter, bjelke ordninger og segmenttall sammenlignes med tilsvarende 7XU plan med Wilcoxons signed-rank test for parede data. Resultatet har stor betydning for verre totale ytelsen av 7XU planer (p = 2e-12). Det betyr at over alle planleggingsscenarioer, de 7XU vises resultatene betydelig dårligere sammenlignet med 6 ×, selv om vi har sett at dette ikke er tilfelle for 70 segment planer. Vi sjekker hvor kvaliteten forskjellen mellom 6 × og 7XU planer blir betydelig ved å utføre parvise t-tester for de kombinerte scenarier (7, 11, 18 bjelker) segment-messig (Fig. 8). Vi finner ingen signifikant forskjell mellom 6 × og 7XU planer for 70 og 50 segmenter, men signifikante forskjeller for færre segmenter. Dette er fysisk forståelig, siden FFF strålen kan trenge flere segmenter for å oppnå jevn PTV dekning – planen kvalitet er dermed svekket hvis bare noen få segmenter (40 eller mindre) er tillatt
Dette fenomenet er også. visuelt tydelig i fig. 7, hvor reduksjonen i CI med lavere segmentnummeret er tydeligvis mer uttalt for 7XU planer enn for de 6 x planene. Dette er grunnen til at 7XU planer oppnå tilsvarende kvalitet for høy segment tall, men bommer på lavere segment tall. Et unntak synes å være den 18 bjelke banen, noe som er betydelig bedre enn 11 eller 7 bjelker i tilfelle av 7XU, og viser ikke en så sterk nedgang i kvalitet med lavere segmenttall. Fra synspunkt av CI-verdier, er de beste planene for lave segment tall oppnås med 6 ×, 11 eller 18 bjelker, eller 7XU, 18 bjelker. En lignende adferd er funnet for den maksimale dosen til ryggmargen og gjennomsnittlig parotiden dose. Dette er noe overraskende, siden vi forventet at 18 strålen planer om å håndtere verre med få segmenter, gitt det faktum at de enkelte felter modulasjonen blir redusert når et lite antall segmenter er fordelt på mange bjelker. For de 18 stråle planer på 25 segmenter, kan bare 7 bjelker bli intensitet modulert i det hele tatt, de fleste har bare en enkelt segment. Likevel er dosefordeling (både konformitet indeks og dose til organer i fare) bedret seg i disse planene.
Denne visuelle resultatet er igjen sjekket statistisk ved paret testing av 7, 11 og 18 stråle planer for lite segment tall. I første omgang tar vi sammen 6 × og 7XU planer. For 70 og 50 segmenter, er ingen signifikant forskjell finnes mellom portalvinkel scenarier; 30 og 25 segmenter, de 18 bjelke planene er vesentlig bedre enn de 7 og 11 stråle planene (Fig. 9). For å skille effektene av energi og løpe vinkler, tester vi 6 × og 7XU separat (Fig. 10). For 30 og 25 segmenter, de 6 x planer med 11 og 18 bjelker er begge signifikant bedre i CI enn 7 bjelke planer (p = 0,037 og p = 0,019), men skiller seg ikke fra hverandre. For 7XU, 7 og 11 bjelke planene ikke er signifikant forskjellige fra hverandre, men begge dårligere sammenlignet med det 18 bjelke plan (p = 6,1 e-6 og p = 0,017). De 18 stråle planer takle best med redusert antall segmenter, resterende av tilsvarende kvalitet til 6 × planer selv når de 7 og 11 stråle planer har blitt betraktelig verre.
Ingen signifikant forskjell er funnet for de tre scenariene med 70 og 50 segmenter. For 25 og 30 segmenter, er ingen signifikant forskjell sett mellom planer med 7 og 11 bjelker. Den 18 strålen plan er vesentlig høyere i CI enn både 7 og 11 stråle planer (p = 1,38 e-6 og p = 0,0106, henholdsvis).
3. Oppsummering av resultater – Plan kvalitet
For kan brukes et stort antall segmenter (70 eller 50, i vårt tilfelle), ulike portal vinkel ordninger for å skape gode planer, uten merkbar forskjell i kvalitet mellom 6 × eller 7XU energier. Men hvis antall segmenter er redusert, har dette mer uttalt effekt på planer med noen portal retninger og med FFF energier. For 6 × planer, både 11 og 18 stråle planene klare seg relativt bra med redusert antall segmenter (fremdeles med dårligere plan kvalitet enn for større segment tall, men bedre enn 7 bjelke scenario); på 7XU, er bare 18 strålen ordning forholdsvis stabilt ved en reduksjon av segmentnummer, resterende av tilsvarende kvalitet til de analoge 6 × planer. For 7XU planer med 7 eller 11 portal vinkler, ikke mindre enn 40 segmenter bør brukes for å beholde anstendig kvalitet, kan sammenlignes med 6 × planer.
4. Tiden som trengs for å bestråle planene
Til en første tilnærming kan bestrålingstiden beregnes ut fra antall segmenter, portal vinkler, og overvåke enheter (MU) for en gitt dose priser, hvis gjennomsnittstiden for MLC bevegelser mellom segmenter og portal bevegelse mellom vinkler er antatt. Empirisk er det funnet at å regne med et gjennomsnitt segment tid av 7 sekunder per segment og en midlere portal tid av 13 sekunder, de forutsagte bestrålingstider stemmer godt overens med den virkelige bestrålingstiden (avvik vanligvis varierer under ett minutt), og stole på denne tilnærming ved vurdering av behandlingstider. MLC bevegelser er generelt raskere enn portal rotasjoner, så det er ingen ekstra segment tid for å nå den første delen av hver bjelke. Formelen for bestrålingstiden derav becomeswhere er antallet gantry vinkler, er det antall segmenter, og
d
er doserate. På Artiste linac, er den maksimale doserate for 6 × 300 MU /min, for 7XU det er 2000 MU /min.
Antall overvåkningsenheter som trengs for planene er ikke begrenset a priori i planlegging. Logisk, finner vi lavere MU for færre segment planer, og mer MU for FFF bjelke planer, som er konkordant med tidligere studier. Avhengig av pasienten og på antall segmenter, 6 x planer om å bruke mellom 900 og 450 MU (figur 11), 7XU planer har 1200-550 MU. Denne økningen i MU er kompensert av vesentlig høyere doserate, slik at 7XU planene krever generelt kortere behandlingstider (3,5-10 min) sammenlignet med de tilsvarende 6 x planer (5-12 min avhengig av segmentnummer). Generelt færre gantry vinkler fører til kortere behandlingstider for den samme antall segmenter, som er på grunn av det faktum at den MLC bevegelse er raskere enn løpe rotasjoner
Høyre:. Lineær tilpasning av beregnet behandlingstid som en funksjon av segment antall av hvert scenario.
Diskusjoner
1. Planleggings scenarier
Vi har presentert en følsomhet studie av flat og FFF imrt planer for 7, 11, 18 og bjelker med hensyn til en reduksjon i segmentnummer fra 70 til 25. Det er velkjent at plan kvalitet vanligvis avtar med segment nummer, imidlertid, påvirkning av flate eller FFF bjelker og av bjelken antallet har hittil ikke vært undersøkt. Inkludert et scenario med 18 bjelker kan synes noe urealistisk, siden IMRT planer med mer enn 11 eller 13 bjelker er sjelden opprettet. Vi valgte dette scenariet av to grunner: For det første for å utvide sensitivitetsanalysen til et stort antall bjelker. Det er noen ganger en tendens i den kliniske praksis for å øke antallet av bjelker samtidig redusere segmentnummeret, å velge, for eksempel 13 bjelker med 33 segmenter. Denne studien tar sikte på å vurdere hvor langt denne ideen kan gjennomføres, og hvordan FFF stråle energier reagere på dette. Dernest, 18 bjelker er et første skritt på vei mot lysbue behandling, som ikke var inkludert i dette arbeidet. Sammenligning av de imrt planene med VMAT ville være interessant, men kan ikke oppnås for den Artiste linac, som er ute av stand til VMAT. Sammenligning med en annen linac ville være forspent både ved forskjellige stråleenergier, og ved en annen MLC. På den annen side er tett lignende dosemålende egenskapene til de flate 6 MV og FFF 7 MV energier er ideell for en planlegging undersøkelse, selv uten VMAT teknikker. Vi har derfor tatt med 18 bjelker som en «foreløpig arc», hvor det plan kvaliteten ikke er begrenset av en liten mengde av gantry vinkler, men 20 ° fra hverandre.
Det er blitt foreslått drar fordel av forholdsvis ensartet bestråling fra bjelker i avstand at finere gitteravstanden bør benyttes for å redusere feil diskretisering [16]. For denne sammenheng, det store antallet planer per pasient og store PTV størrelse gjør en finere avstand vanskelig å håndtere; dessuten mange klinikker stole på en 4 mm gitter i rutine pasientbehandling. Å vite om begrensningene, vi derfor valgt en 4 mm rutenett og sjekket resultatene for 6 planer per pasient for å estimere forskjellene når du bruker en finere avstand på 2,5 mm. Faktisk er noen forskjeller kan skjelnes i dosefordeling, men de er små sammenlignet med forskjellene mellom de enkelte plan scenarier. Kvalitetsindikatorer er endret mindre enn halve bredden av inter-pasient variasjon, og ikke endre resultatene av planen sammenligning.
2. Utvidelse av målvolum
Denne studien fokuserer på hypopharynx kreft, som er et ekstremt tilfelle vurderer PTV forlengelse i superior-inferior retning (i størrelsesorden 15 cm). Dette scenariet maksimerer påvirkning av strålen flathet. Ved 10 cm avstand fra senteraksen, har dosen av FFF 7 MV bjelke falt av til rundt 50% av det maksimale, så det er ikke rart at FFF 7 MV planer krever flere segmenter og overvåke enheter for å oppnå god dekning dose av PTV langt fra isomidtpunktet. Dette betyr at FFF 7 MV planer med noen segmenter vil være en ulempe sammenlignet med 6 MV planer; på samme tid, vil denne effekten bli mindre relevant for mindre volumer målet. Konklusjonene her for eksempel på hypopharynx kreft vil derfor ikke være gyldig for små mål volumer der flathet effekter er redusert: særlig for svært liten feltstørrelsen som brukes i stereotaktisk behandling, FFF bjelker kan ofte brukes med nesten ingen forskjell fra flate bjelker (sammenligne, for eksempel [17]). For store feltstørrelser, men forventer vi at resultatene som presenteres i denne artikkelen for å være representative.
3. Behandlingstiden
Mens kort bestrålingstider (5 minutter eller mindre) kan oppnås ved hjelp av 7XU planer med 25-35 segmenter og 7 eller 11 bjelker, må man huske på at disse planene er dårligere enn de med flere segmenter eller flere bjelker. Jo høyere antall segmenter som trengs av 7XU planlegger å oppnå planer med tilstrekkelig kvalitet er kompensert av høyere dose rate. For eksempel, den 7XU og 18 bjelker, er 50 segment plan av tilsvarende kvalitet til 6X, 7 bjelke, 40 segment plan, og tar omtrent samme tid å behandle. Likevel planlegger de fleste god kvalitet 7XU med, for eksempel, kan 50 segmenter skal bestråles innen 6,6 til 7,8 minutter, som fortsatt er litt raskere enn de fleste 6 × planer med 35-40 segmenter (6.8-8.0 minutter) eller mer.
4. Valg av forhåndsinnstilte inversjon mål
Denne planlegging studien baserer seg på bruk av en forhåndsdefinert sett av mål og begrensninger for optimalisering av flere planleggingsscenarioer, med det formål å sikre sammenlignbarhet mellom alle planer. I klinisk setting, kan planene bli ytterligere individualisert for hver pasient.
