等能量层重扫描技术在肺癌质子调强治疗中对相互影响效应的改善

目的评估肺癌质子调强治疗(IMPT)中肿瘤运动所致的相互影响(Interplay)效应,并比较不同次数的等能量层重扫描技术对Interplay效应的缓解效果。方法选取8例肺癌患者进行回顾性分析。所有患者行4DCT扫描,生成10个时相。基于商业化质子治疗计划系统,采用稳健性优化算法,在4DCT图像的参考时相设计临床靶区(CTV)概念的IMPT计划。稳健性优化过程中不确定性因素包括:摆位不确定性±5 mm,射程不确定性为±3.5%,CTV在4DCT中各时相变化不确定性。采用蒙特卡洛算法计算IMPT计划的最终剂量分布。评估Interplay效应时,基于混合形变算法及质子治疗模拟程序,计算患者4D静态剂量和4D动态剂量分布在感兴趣器官(ROI)的DVH差异,定义Interplay效应的评价指标[ΔI(ROI,DVH)],利用该指标定量评估IMPT计划的Interplay效应;采用等能量层重扫描技术对IMPT计划分别进行3、4、5、6、7次重扫描,并利用ΔI(ROI,DVH)标评估不同次重扫描对Interplay的缓解效果。结果由Interplay效应导致IMPT计划中靶区CTV的D95%、CI、HI的均值分别降低了13.7%、12.7%、24.6%,危及器官中双肺V5Gy、V20Gy、V30Gy分别提高了0.8%、3.4%、2.6%。与未使用重扫描技术相比,不同次数重扫描技术使得CTV靶区覆盖D95%的均值分别提高了4.5%、3.8%、3.8%、3.6%、5.7%。危及器官中双肺平均V20Gy分别减小了1.5%、1.8%、1.7%、1.6%、1.9%。结论Interplay效应导致IMPT计划剂量分布变差,等能量层重扫描技术的应用可以改善靶区剂量分布,建议结合患者自身特征选择最佳重扫描次数。