PLoS ONE: Intermediate megavolt Photon Beams for Forbedret Lung Cancer behandlinger

Abstrakt

Målet med denne undersøgelse er at evaluere effekten af ​​mellemliggende megavolt (3-MV) foton bjælker på SBRT lungekræft behandlinger. Til at begynde med, var en 3-MV virtuelle stråle bestilt på et kommercielt behandlingsplanlægning baseret på Monte Carlo simuleringer. Tre optimerede planer (6-MV, 3-MV og dobbelt energi af 3- og 6-MV) blev genereret for 31 lungekræftpatienter med identiske stråle konfiguration og optimering begrænsninger for hver patient. Dosimetriske målinger blev evalueret og sammenlignet blandt de tre planer. Samlet set planlagt dosis overensstemmelse var sammenlignelig mellem tre planer for alle 31 patienter. For 21 tynde patienter med gennemsnitlig kort effektive vejlængde ( 10 cm), 3-MV planer viste bedre mål dækning og homogenitet med dosis spild indeks R

50% = 4,68 ± 0,83 og homogenitet indeks = 1,26 ± 0,06, i forhold til 4,95 ± 1,01 og 1,31 ± 0,08 i de 6-MV planer (p 0,001). Tilsvarende gennemsnittet /maksimum reduktioner af lungevolumener fik 20 Gy (V

20Gy), 5 Gy (V

5Gy), og betyde lunge dosis (MLD) var 7% /20%, 9% /30% og 5% /10%, henholdsvis i de 3-MV planer (p 0,05). Doserne til 5% mængder af ledningen, spiserør, luftrør og hjerte blev reduceret med 9,0%, 10,6%, 11,4% og 7,4% (p 0,05). For 10 tykke patienter, kan dual energiplaner bringe dosimetriske fordele med sammenligneligt mål dækning, integral dosis og nedsat dosis til de kritiske strukturer, sammenlignet med 6-MV planer. Afslutningsvis vores undersøgelse viste, at 3-MV foton bjælker har potentielle dosimetriske fordele i behandling af lungetumorer i form af bedre tumor dækning og reducerede doser til de tilstødende kritiske strukturer, i sammenligning med 6-MV foton bjælker. Intermediate megavolt foton bjælker ( 6-MV) kan overvejes og tilføjet i de nuværende behandlingsmetoder til at reducere de tilstødende normale væv doser samtidig opretholde tilstrækkelig tumor dosis dækning i lungekræft strålebehandling

Henvisning: Zhang Y, Feng. Y, Ahmad M, Ming X, Zhou L, Deng J (2015) Intermediate megavolt Photon Beams for Forbedret 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

Modtaget: 13 juli, 2015; Accepteret: November 28, 2015; Udgivet: 16. december 2015

Copyright: © 2015 Zhang et al. Dette er en åben adgang artiklen distribueres under betingelserne i Creative Commons Attribution License, som tillader ubegrænset brug, distribution og reproduktion i ethvert medie, forudsat den oprindelige forfatter og kilde krediteres

Data Tilgængelighed: Alle relevante data er inden for papir og dens støtte Information filer

Finansiering:. YZ blev støttet af Kina Scholarship Rådet (. nr 201.206.250.087). Der var ingen anden finansiering støtte til YZ eller medforfatter af dette arbejde. De finansieringskilder havde ingen rolle i studie design, indsamling og analyse af data, beslutning om at offentliggøre, eller forberedelse af manuskriptet

Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklæret, at der ikke findes konkurrerende interesser

Introduktion

Lungekræft er blevet den mest almindelige og dødelige kræft i verden med anslået 1,59 millioner dødsfald hvert år, der tegner sig for næsten hver femte af den samlede dødelighed af kræft på verdensplan [1]. I USA, lungekræft tegner sig for flere dødsfald end nogen andre kræftformer i både mænd og kvinder [2]. I de senere år har stereotaktisk krop strålebehandling (SBRT) vist lovende resultater i stråleterapeutiske styring af den tidlige fase ikke-småcellet lungekræft (NSCLC) for inoperable patienter med lungecancer [3]. Trods forbedret lokal kontrol og overlevelse, SBRT tilgang til lungekræft stadig står over for udfordringer i at reducere stråling toksicitet for de normale væv.

Selvom 6-MV og højere megavolt foton bjælker er overvejende anvendt i klinikken i årtier, for nylig har der været en stigende interesse for mellemliggende energi foton bjælker ( 6-MV). Dette skyldes, mellemliggende energi fotoner har smallere Penumbra følge af nedsat række sekundære elektroner. Hurtigere dosis fall-off og lavere exit dosis kan også nyde de tilstødende kritiske strukturer. Hvis flere gantry vinkler er ansat i planen optimering, kan godt mål dækning også opnås med mellemliggende energi foton bjælker uden over-dosering de overfladiske væv [4].

Flere undersøgelser er blevet udført for nylig involverer mellemliggende energi foton bjælker. I 2007 Keller

et al

. viste, at 1,2-MV røntgenstråler kombineret med små felter kan reducere den radiologiske penumbraen i intrakraniel stereotaktisk strålebehandling (SRS), som kunne være i det væsentlige gavnlige til forbedring måldosis homogenitet og bedre sparing af kritiske strukturer [5]. Fox

et al

. har sammenlignet Cobalt-60 gamma-ray med 6/18-MV fotoner og viste, at næsten identisk intensitet-moduleret strålebehandling (IMRT) planer kan opnås mellem Co-60 og 6-MV fotoner [6]. Senere, Stevens

et al

. konfigureret en 4-MV udfladning filter fri (FFF) stråle at forbedre dosis fordelingen ved væv-luft-grænsefladen for lungetumor behandling [7]. For nylig Dong

et al

. undersøgt en 2-MV FFF stråle til extrakraniel robot IMRT. Deres resultater viste, at den dobbelte energiplan (2- og 6-MV) havde den bedste dosimetri i form af tilsvarende mål dækning og forbedret organer-at-risk (OAR) besparende, efterfulgt af 2-MV kun og 6-MV kun planer [4].

Blandet energier til kræftbehandling er blevet undersøgt i fortiden [8-10]. I en undersøgelse foretaget af St-Hilaire

et al

. Blev stråleenergi tilføjet som en optimering parameter i en automatisk blænde-baserede omvendt planlægningssystem [10]. Deres arbejde viste, at energioptimering med 6 og 23 MV bjælker kunne fremlægge planer for bedre kvalitet med mindre perifer dosis og færre MUS for prostata og lunge tumorer. Park

et al

. undersøgte effekten af ​​at blande 6-MV og 15-MV foton bjælker på prostatakræft IMRT behandlinger og konkluderede, at blandede energiplaner har tilsvarende mål dækning, forbedrede årer dosis og integreret dosis til dybe siddende tumorer [8].

3-MV foton bjælker har betydeligt lavere energi end 6-MV foton bjælker med tydeligt forskellige stråle egenskaber. Til vores bedste viden, hidtil har der ikke været nogen systematisk undersøgelse af de potentielle dosimetriske virkninger af 3-MV foton bjælker på strålebehandling behandlinger af lungekræft. Derfor er formålet med denne undersøgelse er at undersøge dosimetriske virkninger af mellemliggende energi foton bjælker, især 3-MV fotoner på lunge SBRT behandlinger med IMRT. De dosimetriske effekter af blandet energiplan hjælp mellemliggende energi fotoner (3-MV) og klinisk udbredte 6-MV fotoner blev også undersøgt.

Materialer og metoder

Virtual Linac stråle modellering og validering

I denne undersøgelse blev en virtuel 3-MV fotonstråler modelleret med Monte Carlo metode baseret på en Varian lineær accelerator (Varian Medical Systems, Palo Alto, CA). Konkret har en EGS4 /BEAM Monte Carlo kode blevet brugt til at simulere partiklerne stammer fra et Varian Linac behandling hoved med nominel energi af 3-MV [11,12]. Geometrien og de anvendes i EGS4 /BEAM Monte Carlo simulation materialer afspejlede en realistisk konstruktion af Linac arbejder ved 6 MV foton tilstand, blev kun energien af ​​indfaldende elektronstråle indstillet til at være 3 MeV. Især blev forskellige komponentmoduler konstrueret med EGS4 /BEAM Monte Carlo-kode for at modellere behandlingen leder af Linac herunder målet, primær kollimator, exit vindue, udfladning filter, overvåge kammer, sekundær kollimator, kæber og beskyttelse vindue. En fuld fase plads fil blev først scoret over foton kæber placeret på 28 cm nedstrøms fra målet. Fasen plads data indeholder multi-dimensional oplysninger for hver partikel tværs den valgte plan, herunder position, retning, ladning, energi, vægtningsfaktor, og et tag til at registrere partiklen historie [13]. Den fulde fase rummet kan udtages prøver til yderligere partikeltransport i resten af ​​geometrien. Men for at den store mængde af information lagres og den langsomme hastighed prøvetagning under hentning af alle disse oplysninger er den største begrænsning af fase plads tilgang [14]. Som et alternativ, kan flere kilder modeller udledes med EGS4 /BEAMDP baseret på fase rumdata [15]. De opnåede flere kilder modeller bestod af detaljeret numerisk beskrivelse af den energi spektrum, rumlige fordeling, fluens distribution, kilde placering, form og størrelse af hver kilde til en bestemt behandling hoved [15,16]. De mange source-modeller har vist svarende til fase rumdata i repræsenterer foton bjælker fra Linac behandling hovedet og replikering den dosis distributioner i vand, men eliminerer besværet med store dataoverførsel og latent varians relateret til den fase rummet [13, 15,16].

de opnåede flere kilder modeller blev derefter brugt som stråle input i EGS4 /MCSIM for Monte Carlo dosis simuleringer, således at alle de krævede stråle data såsom dybde doser og tværgående dosis profiler til forskellige firkantede og rektangulære felt størrelser fra 3 cm x 3 cm til 40 cm × 40 cm blev genereret i en vand fantom. Output faktorer normaliseret til 10 cm × 10 cm markstørrelse på 95 cm SSD og 5 cm dybde i vand blev også beregnet. For alle de simuleringer, blev EGS4 transport parametre indstillet som elektron cut-off energi (ECUT) = AE = 700 keV og foton cut-off energi (PCUT) = AP = 10 keV. AE er tærsklen for lav-energi til γ-ray produktion, mens AP er tærsklen for lav-energi til blød bremsstrahlung produktion. Voxelstørrelsen varierede fra 0,25 cm × 0,25 cm × 0,25 cm i dosis profil simuleringer til større skridt langs dybden retning i dybden dosis simuleringer. Beregningen for hver Monte Carlo simulation var mellem 1 til 52 timer på en enkelt CPU arbejdsstation for at opnå en statistisk usikkerhed (1σ) på mindre end 2%. De toneangivende resultater af EGS4 /MCSIM er blevet rapporteret tidligere [17,18].

Monte Carlo-simulerede dosis profiler og output faktorer for de 3-MV foton bjælker blev derefter bestilt til en Pinnacle

3 planlægning behandlingssystem (TPS) version 9.6 (Philips Radiation Oncology Systems, Milpitas, CA). Auto-modellering i Pinnacle

3 TPS blev første gang brugt og manuelle justeringer blev derefter foretaget for at sikre, at aftalen mellem Pinnacle

3 beregninger og Monte Carlo-simuleringer var bedre end 2% /2mm. Nøjagtigheden af ​​de 3-MV bjælkemodel bestilt i Pinnacle

3 TPS er blevet evalueret ved at sammenligne Pinnacle

3 dosis beregninger med Monte Carlo simuleringer i en bred vifte af beam konfigurationer, herunder både homogen vand phantom (fig 1 og 2 ) og uensartet vand fantom med lunge blok (figur 3).

de afvigelser i dybde doser blev vist i den nederste del til højre skala.

Alle doser var normaliseret til centrale akse på 5 cm dybde til sammenligning.

en lunge blok på 5 cm tyk, med en massefylde på 0,3 g /cm

3 blev indsat i en vand fantom fra 5 cm dybde, mens de laterale dimensioner var enten 15 × 15 cm

2 eller 15 × 7,5 cm

2. De markstørrelser var 3 × 3 cm

2 og 5 × 5 cm

2.

Patient karakteristika

31 lungekræftpatienter blev inkluderet i denne sammenlignende undersøgelse med institutionel review board (IRB) ansøgning godkendt af Yale University Menneskelig Investigation Committee (# 1404013787). Patienternes karakteristika er sammenfattet i tabel 1.

Behandling planlægning

For alle 31 patienter blev 4DCT scanninger udført med Varian realtid position management system (RPM) v1. 7.5 og CIVCO Krop Pro-Lok immobilisering enhed (CIVCO Medical Solutions, Coralville, Iowa). De 4DCTs blev overført til GE Sim MD arbejdsstation til kontur indre volumen target (ITV) og 7 mm margen blev derefter tilsat til skabe planlægningen målvolumenet (PTV). Den gennemsnitlige intensitet fremspring (AIP) CT datasæt blev anvendt til tilretning af alle relevante årer herunder rygmarven, luftrøret, spiserøret og hjertet. Tre behandling planer blev genereret for hver patient, dvs. kun 3-MV, kun 6-MV, og dobbelt energi af 3- og 6-MV med de bestilt beam modeller i Pinnacle

3. Energierne for den dobbelte energiplan blev udvalgt på grundlag af den effektive vejlængde fra strålen indgangen til isocentret for hver stråle. Praktisk, blev 3-MV og 6-MV foton bjælker blandet næsten ligeligt i de dobbelte energiplaner.

Identiske stråle konfiguration og optimering begrænsninger blev anvendt i alle tre planer for hver patient. Alle planer blev optimeret således, at 100% recept dosisvolumen dækket mindst 95% af PTV. De planlægning optimering begrænsninger for årerne er blevet anvendt (tabel 2). Mens TG101 og RTOG 0915 retningslinjer blev brugt som referencer, blev optimering begrænsninger justeret en smule i klinikken at give mulighed for personlig planlægning behandling for hver enkelt patient.

Under planlægningen, undgåelse ring strukturer blev oprettet for at lette hurtige dosis falde-off væk fra PTV og begrænse indgangen dosis af individuelle stråler. IMRT omvendt planlægning blev udført ved hjælp af direkte maskin-parameter optimering (DMPO) [19]. Den endelige fordeling dosis blev beregnet med en kollapset kegle foldning (CCC) algoritme på en dosis gitter på 0,25 cm resolution [20].

Plan evaluering

Per AAPM TG101 anbefalinger, CI

100%, R

50% og R

20%, defineret som forholdet mellem volumen, der modtager 100%, 50% og 20% ​​af den ordinerede dosis til PTV volumen henholdsvis blev anvendt til at kvantificere planen kvalitet [21 ]. Homogenitet indeks (HI), defineret som forholdet mellem højeste dosis modtages af 5% af PTV til laveste dosis modtages af 95% af PTV, blev anvendt til at evaluere dosen heterogenitet inde i PTV [22,23]

Udover plan kvalitet indekser, D

5%, D

1% og gennemsnitlig dosis til rygmarven blev luftrøret, spiserøret, hjertet og huden sammenlignet, hvor D

5% og D

1% var doserne til mindst 5% og 1% af orglet volumen, repræsenterer de højeste doser, der modtages af årerne. For lungevæv, blev den procent volumen modtager 20 Gy (V

20Gy) og 5 Gy (V

5Gy), og betyde lunge dosis (MLD) registreres. De gennemsnitlige doser hver lap blev ipsilaterale og kontralaterale lunger også sammenlignet. En to-halet t-test blev anvendt i statistisk analyse. En signifikant forskel blev antaget, når p er lig med eller mindre end 0,05.

Resultater

Virtual Linac stråle modellering og validering

3-MV virtuelle Linac model blev sammenlignet med Monte Carlo simuleringer i fig 1. Som vist i figur 1 (A), de dybde dosis kurverne for områderne 3 × 3 cm

2, 10 × 10 cm

2 og 20 × 20 cm

2 ved 100 cm kilde-til-overflade afstand (SSD) blev sammenlignet mellem Pinnacle

3 forudsigelser og Monte Carlo simuleringer. Afvigelserne mellem de to er vist i den nedre del af figur 1 (A), med mindre end 1% for alle de punkter, undtagen i opbygningen region, hvor op til 5,5% afvigelse blev observeret for området 3 × 3 cm

2. Figur 1 (B) viste de laterale dosis profil sammenligninger ved 5 cm dybde for de samme tre felter med bedre end 2% /2 mm aftale. Desuden blev dosis profil sammenligninger ved 5 og 10 cm dybde til 100 cm SSD til forskellige uregelmæssige marker kollimeres af multi-blad kollimator (MLC) fundet at være inden for 2% /2 mm mellem Pinnacle

3 forudsigelser og den Monte Carlo-simuleringer for både 6-MV og 3-MV bjælker (fig 2). De beam modeller blev også vurderet under inhomogene forhold. En lunge blok på 5 cm tyk, med en massefylde på 0,3 g /cm

3 blev indsat i en vand fantom fra 5 cm dybde, medens de laterale dimensioner var enten 15 × 15 cm

2 eller 15 × 7,5 cm

2. Den PDD og profiler til markstørrelser på 3 × 3 cm

2 og 5 × 5 cm

2 på de steder, der er markeret med stiplede linjer i indsatserne i figur 3 blev udvundet til sammenligning. Sammenligningen viste en /2 aftale bedre end 2% mm mellem Pinnacle

3 forudsigelser og Monte Carlo simuleringer på vand /lunge-grænsefladen.

PTV dækning

De isodosiskonturer fordelinger og dosis volumen histogrammer (DVHS) af tre planer om en perifer lungetumor blev vist i figur 4 som eksempel. Mens alle de planer mødte de overensstemmelseskrav, den 3-MV plan (stiplede linjer) tilbudt den bedste OAR sparsom sammenlignet med 6-MV (tykke linjer) og de dobbelte energiplaner (tynde linjer), som angivet med DVHS, og strammere dosis indhylle og hurtigere dosis fall-off omkring PTV som illustreret ved de isodosiskonturer distributioner (bemærkelsesværdige forskelle er markeret med røde pile)

(a) fra venstre til højre:. 6-MV, 3-MV og dual energiplaner. Fra top til bund: aksial: sagittal og koronale visninger. De isodosiskonturer linier er 120% (lilla), 105% (gul), 100% (lyserød), 95% (lyseblå), 70% (grøn), 50% (orange), 40% (stål blå) og 20% (mørkeblå). Bemærkelsesværdige forskelle er markeret med røde pile. (B) 6-MV, 3-MV og dobbelte energiplaner vises med tykke linjer, stiplede linjer og tynde linjer, hhv. DVH kurverne for luftrør, spiserør og hud er ikke vist på grund af meget lavt dosisniveau

Baseret på den gennemsnitlige effektive vejlængde (AEP), vi yderligere klassificeret de 31 patienter i to grupper:. Kort AEP (SEP, 10 cm) og store AEP (LEP, 10 cm). Som vist i tabel 3, de 3-MV planer opnået bedre dosis overensstemmelse i Sep gruppe med lavere CI

100% (1,07 ± 0,14), R

50% (4,68 ± 0,83) og R

20% (27,3 ± 8,40) sammenlignet med dem i de 6-MV planer (p 0,01). Næsten ingen signifikant forskel blev observeret mellem 3-MV planer og dobbelte energiplaner på disse dosis overensstemmelsesvurdering indekser. For PTV dosis homogenitet, de 3-MV planer produceret den mest ensartede fordeling dosis (gennemsnitlig HI = 1,26, p 0,001) på bekostning af laveste PTV betyde dosis (p 0,001), efterfulgt af de dobbelte energiplaner ( betyde HI = 1,28), og de 6-MV planer (betyder HI = 1,30).

Inden LEP gruppe på 10 tykke patienter, de dobbelte energiplaner viste lidt bedre dosis overensstemmelse med laveste CI

100% (1,09 ± 0,13), R

50% (4,56 ± 0,61) og R

20% (34,5 ± 11,3) sammenlignet med dem i de 6-MV planer. Det 3-MV planer stadig forudsat de mest homogene doser i PTV (HI = 1,23) med lavere ITV og PTV betyde dosis på grund af svagere gennemslagskraft af de 3-MV fotoner.

OAR doser

dosimetriske indekser årer for alle 31 patienter er vist i figur 5. i almindelighed er de 3-MV planer tilbydes signifikant bedre sparsom af de normale væv sammenlignet med 6-MV planer som indikeret ved reduktionen af ​​de doser indekser til forskellige årer.

Den procentvise forskel blev beregnet som. Hver patient er illustreret med et rødt symbol (til venstre) i 3-MV og grøn (højre) for dual energi plan. Den gennemsnitlige forskel på hvert indeks for hele gruppen er markeret med et kryds på x.

figur 5 (A) viste forskellen i procent af lungen indeks for 3-MV og dual energiplaner i forhold til 6-MV planer. Store forskelle blev observeret blandt 31 patienter. De gennemsnitlige reduktioner for V

20Gy og V

5Gy var 5,2% og 8,2%, og 4,5% og 8,1% for 3-MV og de dobbelte energiplaner henholdsvis (p 0,05), som er markeret med et symbol på X i figur 5 (a). Sammenlignelige MLDs blev observeret for alle tre typer af planer. Et flertal af patienterne nydt godt af den kontralaterale lunge sparsom, og den gennemsnitlige dosis reduktion af kontralaterale lunge var 8,4% og 8,6% for 3-MV og dual energiplaner, henholdsvis (p 0,001). Mere detaljerede dosimetriske sammenligninger er vist i figur 6 for lungen og rygmarven. For september gruppe, 3-MV og dual energiplaner var næsten identiske med hensyn til lunge dosimetriske indeks. De gennemsnitlige /maksimale reduktion i V

20Gy, V

5Gy og MLD af lungen var 7% /20%, 9% /30% og 5% /10%, henholdsvis i 3-MV planer (alle p 0,05). I gennemsnit den kontralaterale lunge modtog 11% mindre dosis i Sep gruppe. For LEP gruppe, de dobbelte energiplaner viste lidt bedre resultater i reduktion lunge dosis.

Alle parametre blev normaliseret til modstykker til 6-MV plan vist som den faste sorte linje. Patienterne blev kategoriseret i korte effektive vejlængde (SEP, 10 cm) og Long effektive lysvej (LEP, 10 cm). Grupper

Med hensyn til ledningen dosis, sammenlignet med 6 -MV planer, den 3-MV og de dobbelte energiplaner leverede 7,0% og 5,2% mindre doser til D

5%, og 7,8% og 4,4% færre doser D

1% af rygmarven, henholdsvis som vist i figur 5 (B). I mellemtiden var den gennemsnitlige ledningen dosis var 3,5% og 3% lavere i 3-MV og dual energiplaner, henholdsvis (alle p 0,05). Som vist i figur 6, i Sep gruppe, 3-MV og dobbelte energiplaner udført lige godt med 9% reduktion af D

5% og mere end 5% reduktion i middel dosis af snoren (p 0,05). I LEP gruppe, blev der ikke signifikant forskel observeret blandt tre typer af planer i form af snor dosis distributioner (p 0,05).

For spiserøret og luftrøret, både 3-MV og de dobbelte energiplaner givet reduceret gennemsnitlig dosis og faldt D

5% og D

1% som vist i figur 5 (C) og 5 (D). For alle patienter, D

5% og D

1% af spiserøret blev reduceret med 6,7% og 7,5% for 3-MV og 5,0% og 4,9% for de dobbelte energiplaner henholdsvis sammenlignet med 6-MV planer. For luftrøret, D

5% og D reduktioner

1% var 9,0% og 6,6% for 3-MV og 5,2% og 4,6% for de dobbelte energiplaner, hhv. I SEP gruppe, var signifikant sparsom observeret i de 3-MV planer som 10,6% og 11,4% D

5 reduktioner% (p 0,05) til spiserøret og luftrøret henholdsvis mens næsten identiske gennemsnitlige doser blev observeret i LEP gruppe (p 0,05).

For de 13 patienter med ikke-ubetydelig hjerte dosis (gennemsnitlig hjerte dosis 0,7 Gy), begge 3-MV og dual energiplaner viste bedre hjerte sparsom. Sammenlignet med de seks-MV planer, D

5% og D reduktioner

1% var 7,4% og 9,3% for 3-MV og 10,1% og 8,3% for de dobbelte energiplaner, (p 0,05).

Integreret dosis og levering effektivitet

Integral dosis , defineret som volumenet integralet af dosis deponeres i patientens anatomi med PTV udelukket, blev sammenlignet i figur 7 for alle 31 patienter. Kun 3 ud af 31 patienter fik mere end 5% højere integreret dosis i de 3-MV planer i forhold til de 6-MV planer, som alle var tykke patienter med lange gennemsnitlige effektive vejlængde ( 10 cm). For andre patienter, integralet dosis var sammenlignelig med eller endog lavere end de 6-MV planer (p 0,05). Resultaterne viste også, at for tykke patienter i LEP gruppe, 6-MV planer var mere at foretrække med mindre integreret dosis, efterfulgt af de dobbelte energiplaner.

De enkelte patienter var repræsenteret med den gennemsnitlige effektive vejlængde (AEP ) og categorzed i to grupper (kort effektive vej legnth (SEP) og lange effektive vej legnth (LEP)). Integral doser blev calcuated som

D

meanBody

×

V

Krop

–

D

meanPTV

×

V

PTV

normaliseret til 6-MV planer.

bjælken-tiden (BOT ) beregnet som den samlede monitor enheder (MU) pr fraktion divideret med dosishastigheden af ​​600 MU /minut almindeligt anvendt i SBRT, blev anvendt til at vurdere leveringen effektivitet. Som vist i fig 8, robotter var ens blandt tre planer for tynde patienter (SEP). For tykke patienter (LEP), de 3-MV planer krævede den længste stråle-on-tid til at levere receptpligtig doser.

De enkelte patienter var repræsenteret med den gennemsnitlige effektive vejlængde (AEP) og kategoriseret i to grupper (kort effektive vej legnth (SEP) og lange effektive vej legnth (LEP)).

diskussion

I dette arbejde, vi studerede dosimetriske virkninger af 3-MV foton bjælker for lunge SBRT behandlinger. Sammenlignet med de seks-MV planer, de 3-MV planer viste bedre måldosis overensstemmelse og homogenitet (Fig 4 og tabel 3) samt bedre sparsom af årerne (fig 5 og 6) for de tynde patienter med lungecancer. For tykke patienter blev 3-MV foton bjælker vist mindre fordelagtigt på grund af deres svagere gennemslagskraft, mens de tykke patienter kunne drage fordel af de dobbelte energiplaner med sammenlignelig PTV dækning, integreret dosis og reduceret dosis til de kritiske strukturer.

Tidligere undersøgelser har vist, at de mellemliggende energi fotoner har potentielle dosimetriske fordele for intrakraniel stereotaktisk strålebehandling (1,2-MV) [5] og extrakraniel robot IMRT (2-MV /6-MV) [4]. Konkret Dong

et al

. undersøgte muligheden for at benytte 2- /6-MV fotoner til ekstrakranielle robot IMRT behandlinger af en række forskellige læsioner med én patient pr læsion websted [4]. I deres undersøgelse om lunge IMRT behandling, Dong

et al

. viste, at 2-MV fotoner kan reducere V

20Gy, V

5Gy og gennemsnitlig dosis af lungevæv med 13%, 30% og 24%, sammenlignet med 6-MV fotoner. I dette arbejde, vi undersøgte effekten af ​​3-MV fotoner på Linac-baserede SBRT behandlinger af 31 lungekræftpatienter. Med 31 lungekræftpatienter dækker en bred vifte af kliniske tilstande i form af patientens størrelse, alder, køn, tumor volumen, tumor placering og tumor laterality, var vi i stand til at sammenfatte de dosimetriske variationer med statistisk signifikans for planen sammenligning. Samlet set vores resultater viser, at i gennemsnit, kan 3-MV fotoner reducere V

20Gy, V

5Gy og MLD med 5,2%, 8,2% og 3,6%, henholdsvis i forhold til 6-MV fotoner. Hertil kommer, for tynde patienter med korte effektive vejlængde ( 10 cm), den gennemsnitlige /maksimale reduktion af V

20Gy, V

5Gy og MLD var 7% /20%, 9% /30% og 5% /10%, henholdsvis i de 3-MV planer. Den store forskel mellem Dong

et al

. Resultater og vores resultater kan i høj grad skyldes stikprøvestørrelsen og anderledes energi fotoner bliver brugt. Imidlertid har begge undersøgelser bekræftet mere konform target dækning, bedre homogenitet og bedre OAR sparsom i lunge IMRT behandlinger med mellemliggende energi fotoner.

Den lavere penetration magt og højere dosis hud menes at være begrænsninger mellemliggende energi foton bjælker. Men med moduleret levering dosis, er det blevet vist, at strålebehandling er blevet mindre begrænset af disse begrænsninger i lavenergi røntgenstråler [24,25]. Dette skyldes, som foton bjælker går gennem patient anatomi fra flere vinkler, dosis levering byrde vil blive stort set udvandet [26]. I denne undersøgelse sammenlignet med 6-MV planer, den absolutte middeldosis huden øges i området på 46 til 330 mGy og 2 152 mGy for 3-MV og dobbelte energiplaner hhv. Median /maksimale værdier af D1% til huden viste sig at være 10,2 /21,3 Gy, 12,9 /23,0 Gy og 12,4 /23,0 Gy for 6-MV, 3-MV og dual energi planer, henholdsvis, som stadig var meget lavere end tolerancen (maksimale dosis 30 Gy). Således vil huden dosis ikke være en alvorlig bekymring i vedtagelsen af ​​mellemliggende energi foton bjælker til kliniske anvendelser.

På grund af hurtig dosis fall-off med små penumbraen på marken kant, 3-MV foton bjælker kan hjælpe reducere doserne deponeret til de tilstødende kritiske strukturer i lungekræft behandlinger som vist i denne undersøgelse. De kliniske fordele kan være multi-folder. Først vores undersøgelse viste, at 3-MV fotoner kan i gennemsnit reducere V

20Gy og V

5Gy med 7% og 9% i forhold til 6-MV fotoner. Reduceret V

20Gy og V

5Gy potentielt kan reducere risikoen for stråling pneumonitis og lungefibrose, som kan kompromittere patientens livskvalitet [27]. For det andet, i denne undersøgelse, blev 3-MV fotoner vist sig at reducere D

5% af ledningen, luftrøret og spiserøret med 6,7 til 9% og reducere D

1% med 6,6 til 7,8% i forhold til 6- MV fotoner. Som rygmarven, luftrøret og spiserøret er seriel organer, selv et lille volumen bestrålet ud over sin tærskel kan potentielt føre til hel organsvigt [28]. Derfor er det meget vigtigt at reducere de høje doser til disse vigtige organer. Tredje, når lungen tumoren er proksimal til hjertet, kunne en del af hjerte volumen modtage en forholdsvis høj dosis, der giver anledning til potentielle risiko for stråling-relaterede hjertesygdomme [29,30]. Vores undersøgelse viste, at de tre-MV planer udkonkurrerede de 6-MV planer med et gennemsnit på 7,4% D% reduktion

5 (p 0,05) og 8,5% betyder dosisreduktion til hjertet (p 0,05), som oversat til 0,72 Gy og 0,35 Gy reduktion absolut dosis D

5% og betyder hjerte dosis.

En anden potentiel fordel ved at bruge 3-MV foton bjælker kan være i behandlingen af ​​pædiatrisk cancer patienter, der har relativt små dimensioner med tæt nærhed mellem tumoren og de kritiske strukturer. Da børn er langt mere modtagelige for stråling induceret sekundær malignitet end voksne, har de stråling inducerede toksiciteter til pædiatriske kræftpatienter været aktivt undersøgt i de sidste 50 år [31]. I denne undersøgelse, den betydelige forbedring i target-dækning, målrette homogenitet og OAR sparsom relateret til 3-MV foton bjælker i tynde lungekræftpatienter indebærer, at mellemliggende energi foton bjælker såsom 3-MV fotoner kunne være et bedre valg for strålebehandlinger af pædiatrisk kræftpatienter. vil være behov for yderligere undersøgelse for at udforske den rolle mellemliggende energi fotoner i stråleterapeutiske forvaltning af pædiatriske kræftformer.

Det er vist, at MV fan stråle CT (MVCT) med effektiv energi på 3,5-MV fra en Helical tomotherapy enhed kan give tilstrækkelig kontrast til bløddelene afgrænsning [32,33]. Flere undersøgelser har endvidere vist, at med lav-Z-mål i lineære acceleratorer producerer foton bjælker på 2,35-MV og 1,9-MV, kunne billedkvaliteten blive kraftigt øget i forhold til de 6-MV fotoner [34,35]. Faktisk har 2,5-MV foton bjælker fra en Varian TrueBeam linac været tilgængelige i klinikken for rutinemæssig portal billeddannelse med bedre billedkvalitet end konventionelle 6-MV fotoner. Derfor er det sandsynligt, at en enkelt mellemliggende energi fotonstråler kan bruges til både strålebehandlinger og billede vejledning samtidigt for visse gældende situationer som lungekræft behandlinger og pædiatriske patienter. Vi vil rapportere vores undersøgelsesresultater om dette emne i vores fremtidige kommunikation.

Konklusion

I forhold til 6-MV foton bjælker, 3-MV foton bjælker har statistisk signifikante dosimetriske fordele i behandling af lungetumorer i hensyn til forbedret tumor dækning og reducerede doser til de tilstødende kritiske strukturer.