质子治疗技术是什么？

　　强度调制质子治疗是一种先进的规划技术，充分利用3D特征布拉格峰的自由度放置在空间中。具有良好能量和强度限制的窄笔波束的布拉格峰，可用于肿瘤覆盖范围和正常组织保护的精确剂量分布。IMPT若干变化，包括二维调制、远端边缘跟踪、2.5D调制和3D调制。多次优化IMPT使用所有可用的自由度对正常器官的保留具有最大的多功能性。

　　IMPT典型的治疗计划过程包括三个步骤：首先，剂量师手动选择许多质子束。对于复杂的情况，需要多次测试来确定梁的数量和方向；其次，计算这些光束的质子笔束剂量；最后，逆向计划获得强度图和最终剂量分布。由于独特的质子束物理学，需要进一步减少全身剂量，有限的光束时间，以缓解患者的特定时间QA努力，质子字段通常用于一个IMPT会话，强度调制光子疗法中使用的大量光束与弧相反。

　　由于梁数小，IMPT计划中的每个梁都会严重影响最终的质量。一些研究强调了光束定向的重要性。由于巨大的搜索空间，人类操作员基本上不可能测试所有组合并找到最佳光束集。需要针对IMPT波束定向优化。

　　对于IMXT，BOO被视为组合问题，本质上很难在数学上解决逼真的问题BOO问题。IMPT优化中的额外深度维度带来了更大的挑战。尽管如此。IMXTBOO该方法采用启发式和随机算法来克服发达的数学挑战，BOO问题IMPT很少触及。试图明确攻击。IMPTBOO唯一的唯一工作是共面BOO这个问题被认为是一个组合问题。

　　为了减少问题的大小，从一组初始波束开始，进行局部搜索来识别和提高剂量测量的质量和鲁棒波束。该方法显然受到其在大型解决方案空间中进行全球搜索的能力的限制。非共面空间通常用于质子治疗，因为现代机器人患者定位装置通常安装在质子治疗室。

　　有效集成BOO并优化扫描点，允许在所有可行的光束中进行全球搜索。该问题被制定为剂量保真和分级稀疏处罚，用于使用L1范数稀疏项减少活动点数量，使用组稀疏项控制活动束数量。群体稀疏，又称结构性稀疏，最初用于优化X射线束的方向，显示出减少光束数量但保持密集小束的潜力。由于额外的深度维度，引入了不同的规则化和剂量保真术语，可以处理比原始更多的深度IMXTBOO更大问题的求解器。

　　评估了4例患者，包括3例单侧头颈部患者和1例同时整合增强的颅底脊索瘤患者。海外医疗网络的研究人员选择这些肿瘤相对较小的病例来减少剂量矩阵的大小，可以适合64GB存储器的个人计算机。候选光束包括1162个非共面光束，均匀分布在4π在球面度上，间隔为6°。对于每个候选波束，使用matRad，计算剂量，所有扫描光点覆盖PTV和2.5毫米的余量基于2.5毫米MATLAB-3D治疗计划工具包。

　　剂量计算分辨率为2.5mm，截止值为5×最大剂量为10-5。优化问题的大小可以根据每个光束的光点数和候选光束总数的乘积来估计。同一患者的IMXT每个射束所需的每个射束的平均数，作为每个射束的平均数，IMPT和IMXT中BOO比较问题的大小。IMXT多叶准直器分辨率为5mm。BOO在方法中，列生成也适用于每个患者，作为研究人员组稀疏方法的比较。

　　提供列生成算法的细节。列生成方法中使用的剂量保真度项是LEUD成本。BOO该计划根据手动选梁计划进行评估。尽量避免选择手动波束方向OAR。为每位患者制定了七个计划：三个具有二次剂量保真度的计划：手动计划，L2、1/2组稀疏度和L2、1-群稀疏；和LEUD四个剂量保真度计划：手动计划，L2、1/2组稀疏性和L2、1-组稀疏性和列生成。

　　所有H＆N规划已标准化，处方剂量100%涵盖PTV体积的95％。同时增加体积CHDM计划标准化为覆盖95%PTV6300体积的63Gy处方剂量的100%。评估PTV同质性，D95，D98，D99、最大剂量和平均剂量。PTV均匀性定义为D95/D5。根据IRCU-83建议最大剂量定义为结构体积的2%D2。27还评估了OAR平均剂量和最大剂量。

　　作为初步说明波束方向对鲁棒性的影响的例子，CHDM该计划进行了鲁棒性分析，以比较MAN计划和L2,1/2-GS计划之间的鲁棒性。结合九个方案来评估计划的稳定性，包括一个名义场景和八个最坏情况，包括设置不确定性，沿前后位移，±3mm的CT图像等中心，超下和横向；范围不确定性，通过将CT数量缩放±3％。

　　选择每个H＆N用于壳体的三梁CHDM壳体的四梁。沙发和龙门架的角度遵循IEC使用61217坐标惯例。L2,1/2-GS术语选择的光束在空间上很好地分开。相比之下，L2,1-GS项目导致聚合梁二次和LEUD成本项表明，这组稀疏项可能存在退化问题。

　　CG该方法倾向于选择具有短路径长度的光束进行目标。由短路径长度的光束。L2,1/2-GS优化光束束方向和CHDM有经验的剂量师选择的实际角度相似。

　　这项工作引入了一组基于稀疏度的工作IMPT选择光束，优化扫描点强度。优化光束的规划方法除了手动选择光束外，还减少了对基于经验和直觉选择光束的操作员的依赖。与早期共面X射线优化研究相比，目前的工作以多种方式扩大了其范围。这是IMPT由于深度方向的附加调制，问题的新应用本质上是比较IMXT更高尺寸优化问题。

　　仅使用72个候选光束的原始候选光束的数量比IMXTBOO研究中的数量级大于数量级。原始研究中使用的优化求解器是基于ADMM，目前不适合更大的IMPTBOO问题，因为ADMM每次迭代时需要求解的线性系统将难以处理。研究人员是基于研究人员开发的FISTA该方法只需要涉及剂量计算矩阵的矩阵向量乘法。

　　能够使用FISTA，研究人员推导了几个关键的近端算子。数值结果表明FISTA能够在临床可接受的时间内解决大规模优化问题。FISTA标准收敛结果假设这两个与凹凸有致，FISTA即使使用非凸L2、1/2，在常模群体稀疏惩罚的情况下，收敛到一个很好的解决方案。

　　两组稀疏项，L2,1和L2.1/2规范，比较IMPTBOO问题。尽管L2.1范数是凸的，并且提供了一些计算优势，但当与非凸的时候L2.比较1/2范数群稀疏项时，会导致次优剂量测量，倾向于收敛到更差的保真度值。

　　因此，避免简化和选择空间中分离光束的能力似乎有利于剂量。虽然群稀疏的方法非常适合解决BOO问题，但稀疏函数的选择是产生关键差异的微妙点。

　　组稀疏波束方向优化方法在两种不同剂量的保真度函数上进行了测试LEUD项目。与二次剂量保真度项相比，具有平均和最大剂量约束的组合LEUD成本函数更容易调整以实现预期DVH。这反映在为本研究中的四个案例制定计划的过程中：二次L2,1/2-GS平均方法需要9-10轮参数调整，LEUD该方法需要4-5轮。

　　二次剂量保真度函数的优点是，虽然结构参数需要调整，但对于特定数量的光束，组稀疏定数量的光束保持恒定。相比之下，使用LEUD剂量保真度、群体稀疏正则权重对结构权重参数的变化敏感，需要额外调整以保持所需数量的光束。二次剂量保真度也会导致更稀疏的平均扫描点。

　　组稀疏度也BOO生成方法和贪婪列BOO比较算法。结果表明。GS该方法产生了和CG计划相当或更优越。CG该方法倾向于选择具有目标短路径长度的聚合光束，如CHDM前光束在情况下。

　　结果显示在IMXTBOO溶液中不存在的简化可能是由于第一质子束和光子束之间剂量分布的显著差异。为了改善问题，可以强制执行所选波束之间最小分离的附加启发。

　　结果表明，非凸L2,1/2-GS该方法产生了更理想的剂量计划。稳定性是质子计划中的另一个重要考虑因素。研究人员提供了一个通用的、易于数学处理的梁定向优化框架，而没有明确考虑鲁棒性。该框架允许研究人员通过添加正则术语来更定量地描述稳定性。

　　以一种简单的方式，不确定性可以包括为停止功率变化。惩罚这个术语将光束推径。对于给定的位移或范围不确定性，更复杂的正则化项结构可以作为剂量测量的终点。稳定性和新的正式术语值得单独研究。

　　剂量矩阵的大小由目标决定，目标约为110cm使计算适合64GB存储器的桌面。对于肿瘤靶标较大的更一般IMPT案例需要一个记忆明显更大的工作站，或者一种在不影响计划质量的情况下智能降低剂量矩阵大小的方法。

　　这些方法包括：目标和附近器官分辨率高的不均匀采样分辨率，以及被认为不重要且远离目标体积的低分辨率，以及质子笔束剂量矩阵的聚类，以及使用灵感方法来减少候选光束的数量。研究人员将研究这些方向，以获得更一般的集成BOO优化扫描点。

　　这项工作展示了第一个IMPT规划方法将非共面波束方向和扫描点优化集成到一个单一的数学框架中。虽然它的问题很大，但它仍然进一步制定了计算效率高的解决方案。与大脑和三个单侧头颈病例的手动计划方法相比，该方法产生了剂量学竞争计划，并且很少依赖于操作员。

　　以上就是“质子治疗技术是什么？”的全部内容，想要了解更多“质子治疗技术”相关问题，请拔打4000290925咨询我们，INC国际神经外科医生集团聚集10余位世界神经外科主席级别专家，致力于中外神经外科学术交流，为神经外科疑难手术案例提供世界前沿远程咨询意见和手术方案。

• 文章标题：质子治疗技术是什么？
• 更新时间：2022-11-28 11:33:11