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脊柱固定在脊柱肿瘤中的作用 |
脊柱固定是通常在脊柱肿瘤治疗内进行的外科手术程序。如果仅凭手术在肿瘤学上不合适,则患者有资格进行术后辅助颗粒疗法。笔杆扫描PT可以提供优于光子束放射疗法的剂量学优势,因为即使不与最先进的技术相比,也可以在不损害目标剂量的情况下改善正常组织的保留潜力RT,容积调制电弧疗法。另一方面,如果不能适当缓解,PT特有的范围不确定性会严重损害治疗质量。传统的金属植入物在密度和成分方面与正常组织明显不同,从而导致对辐射束的高扰动效应以及磁共振成像和X射线计算机断层扫描中的金属相关伪影。
原则上,应避免通过金属植入物进行照射,尤其是对于PT,因为PT的剂量分布失真和范围不确定性可能会损害疾病的局部控制和正常的组织保留。但是,如果光束方向的选择受到剂量限制)或缺乏门架的限制,则在定义平面几何形状时不能总是遵循该建议。成像伪影会损害目标和正常结构的正确可视化和轮廓,也会降低剂量计算的准确性。的确在PT中对辐射体积内的组织分配CT编号是一个非常关键的问题,其中PT的剂量计算基于Hounsfield单位到水当量路径长度的校准曲线。已经提出了各种技术来减少金属伪影并提高剂量计算的准确性,例如使用双能CT和兆伏CT成像,迭代重建方法或商业矫形金属伪影减少算法。强调需要在PT中使用多个场来提高剂量学准确性,尤其是在患者体内存在金属植入物的情况下。而且,已经进一步研究了几种改善治疗计划鲁棒性的策略,例如鲁棒优化或概率治疗计划。最近,市场上已经有碳纤维增强的聚醚醚酮固定装置。这些碳质植入物是专为肿瘤学设计的,因此通常推荐给有资格接受RT的患者。图像伪影的减少,以及随之而来的轮廓不确定性的减少,以及显着更少的剂量扰动效应,可以改善治疗计划的剂量学准确性和鲁棒性。从2011至2017年,国家肿瘤强子治疗中心已治疗了1400多例质子和碳离子患者的头颈,脊柱和脊柱旁,腹腔和盆腔肿瘤PBS模式的光束。在所有接受治疗的患者中,有7名曾植入稳定装置。因此,本研究的目的是研究和表征植入物与钛植入物相比,对两种质子对图像质量,重建伪影,轮廓和碳离子束和剂量计算精度的影响。
在这项研究中,海外医疗网研究人员分析了专为肿瘤学设计的完全无金属的稳定装置。整形外科植入物的生物相容性和生物力学特性先前已有报道,超出了这项工作的范围。第一次在水中进行测试时使用一个椎弓根螺钉,而在本研究的第二阶段和第三阶段采用的植入物主要由8个椎弓根螺钉和2条纵向杆组成,该轻型装置的密度为1.55g/cm3。回顾性分析了9例患者的治疗计划,以评估如果不正确处理碳质植入物而可能发生的剂量偏差。所有临床患者均接受11-16分的碳离子放射治疗,相对生物等效等效处方剂量高达76.8Gy。计划对4名患者和1名Ti患者进行两个相对的水平视野训练,对2名和1名Ti患者进行3个视野,而最后一个Ti患者则具有1个水平视野和1个垂直视野。强度调制粒子疗法优化一直被使用。所有患者均固定有固态热塑性面罩,以最大程度地减少设置不确定性。与位于胸部区域的目标患者重新扫描和呼吸门控技术进行处理。对于Ti患者,在TPS中还创建了规避结构,以防止光束在脊髓方向上穿过金属螺钉。对交付的治疗计划进行了优化和批准,并分配了适当的材料,然后在没有任何图像校正的情况下重新计算,以评估最坏情况。使用伽玛分析方法以2%的局部剂量差异和2毫米的协议距离标准比较了相应的剂量分布。分别评估了9个临床目标体积和13个OAR在治疗领域所涉及的伽玛通过率
众所周知,粒子的有限范围在一侧优于光子,尽管在另一侧代表PT的主要风险之一。范围不确定性的根源可能来自治疗过程的多个方面,从CT模拟到患者设置或解剖结构变化和光束传输错误。对于整形外科手术用的金属植入物,如髋关节的介入之后接收PT患者假肢或脊柱稳定装置,范围的不确定性的另外的强源涉及大量扰动的CT图像和效果高Z材料引起的辐射束。金属伪影减少方法已经研究了很多年,在治疗计划中的剂量学改进在综述中进行了很好的讨论。但是,正如该工作所强调的那样,在粒子束处理的情况下,当前可用的解决方案不足以达到所需的剂量学精度水平。本研究的目的是评估最近推出的碳纤维的适用性与传统的骨科金属植入物相比,用于术后PT的稳定装置。如前所述,应避免通过金属植入物进行辐照,但是由于几何和解剖学限制,不能始终遵循该解决方案。在这项工作中,分析了通过这种新型碳质植入物进行辐照的可行性。研究主要集中在碳离子上,因为它们代表了最关键的情况,这是由于它们的物理特性。通过在固态水中用均一的SOBP辐照和Ti螺杆来开始评估,以比较两种不同材料的局部扰动。与Ti相比,螺钉引起很小的光束扰动和衰减。当然,所描述的光束衰减通常是计划优化的考虑因素,但是剂量精确度仍然严格取决于计划计算和输送期间植入物位置之间的关系。正如预期的那样,这些结果证实了在存在金属器件的情况下,对束微扰的潜在影响会更大。
此外,CT扫描的分析整形外科植入物模型没有显示出碳纤维植入物周围的HU值有任何显着偏差,而Ti植入物在CT图像上引起了明显的伪影,HU的变化很大。使用含碳装置可大大改善图像质量,从而在描绘和剂量计算过程中大大降低不确定性。因此,在治疗计划过程中不需要其他伪影抑制方法。剂量学准确性评估的结果突出了与此处分析的不同类型植入物的使用有关的两个主要问题。首先,即使没有任何材料替代,两种植入物在TPS和MC计算之间也能达到良好的一致性。然而,当未将校正后的材料密度和WEPL值分配给所有涉及的体积时,对于Ti植入物,观察到距离远端80%的距离超过2cm,而7mm碳质装置出现范围偏差。如前所述,在存在金属植入物的情况下,CT伪像的手动HU分配是一种常见的做法。但是,此过程都会受到图像质量和计划者描绘精度的强烈影响。而且,这个过程对粒子疗法,因为粒子范围取决于HU值以及治疗计划中使用的射线束数量有限。然后,决定在不进行适当材料分配的情况下重新计算临床治疗计划,以评估由于手工划定而导致的潜在误差的剂量学影响。
在使用植入物的情况下,患者剂量分布之间的比较显示出非常好的一致性,证实了含碳装置对计算精度的微扰。对于所分析的所有情况,主剂量偏差都限制在靶标边缘的一小区域,对应于射束远侧剂量下降。另一方面,在存在钛植入物的CTV中发现严重的剂量偏差。如预期的那样,多束光束与避免结构的使用防止了脊髓附近的高剂量差异。但是,在高OAR方向通过高Z注入传输光束时,应格外小心。基于此剂量学调查,应鼓励使用碳质装置。但是,应始终对植入物进行精确的建模和材料分配。再次必须注意的是,这里没有考虑植入物的生物力学和生化特性,临床应用和相对成本,这不在本工作范围之内。
从剂量学的角度来看,这些新的碳质稳定装置为接受术后颗粒疗法的患者的治疗计划提供了更大的灵活性。在较低剂量的扰动,不存在CT伪影和在划定不确定性结果减少的改善剂量计算精度和治疗计划的鲁棒性针对设置和范围的不确定性,尤其是当无法避免穿过植入物的照射。
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