تخطيط علاج الإشعاع ذو الكثافة المعدلة (IMRT) في الوقت الحقيقي رباعي الأبعاد بناءً على نموذج مريض افتراضي ديناميكي: إثبات المفهوم

الغرض: تطوير منهجية تخطيط علاج الإشعاع ذو الكثافة المعدلة (IMRT) رباعي الأبعاد جديدة بناءً على نماذج مرضى افتراضية ديناميكية. الطرق: يُعتبر التخطيط القائم على النموذج رباعي الأبعاد (4DMP) طريقة تتبع تنبؤية تتكون من خطوتين رئيسيتين: (1) التنبؤ بالحركة القابلة للتشوه ثلاثية الأبعاد للهدف والهياكل الحرجة كدالة للوقت أثناء تقديم العلاج؛ (2) ضبط فتحات الشعاع المقدم بواسطة مشابك متعددة الأوراق الديناميكية (DMLC) لتناسب الحركة. الميزة الرئيسية لـ4DMP هي تطبيق نموذج مريض افتراضي ديناميكي في التنبؤ بالحركة، وضبط شعاع العلاج، وحساب الجرعة. تم اختيار حالة رئوية لإثبات جدوى 4DMP. بالنسبة للحالة الرئوية، تم تطوير نموذج مريض افتراضي ديناميكي (نموذج 4D) استنادًا إلى صور الـ4DCT الخاصة بالمريض. كان نموذج 4D قادرًا على محاكاة الحركة التنفسية بأنماط مختلفة. ثم تم تطبيق طريقة تسجيل قائمة على النموذج لتحويل نموذج 4D إلى مجموعة من خرائط التشوه وصور 4DCT لأغراض الجرعات. استنادًا إلى نموذج 4D، تم تطوير خطط علاج 4DMP مع سيناريوهات مختلفة لحركة التنفس. ثم تمت مقارنة جودة خطط 4DMP مع طريقتين شائعتين أخريين للتخطيط رباعي الأبعاد: أقصى كثافة مقررة (MIP) والتخطيط في مراحل فردية (IP). النتائج: تحت الحركة الدورية العادية، قدمت 4DMP تغطية هدف مماثلة لـMIP مع توفير أفضل بكثير للأنسجة الطبيعية. عند سعة تنفس 2 سم، كانت نسبة V20 للرئة 23.9% لخطة MIP و16.7% لخطة 4DMP. كانت جودة الخطة قابلة للمقارنة بين 4DMP وIP: كانت نسبة V97 لـPTV 93.8% لخطة IP و93.6% لخطة 4DMP. كانت نسبة V20 للرئة في خطة 4DMP أقل بنسبة 2.1% مقارنة بخطة IP وكان Dmax للحبل الشوكي أعلى بـ2.2 غيغا. تحت نمط تنفس غير منتظم في الوقت الحقيقي، كانت جودة خطة 4DMP الأفضل. كانت نسبة V97 لـPTV 90.4% لخطة MIP، و88.6% لخطة IP و94.1% لخطة 4DMP. كانت نسبة V20 للرئة 20.1% لخطة MIP، و17.8% لخطة IP و17.5% لخطة 4DMP. تم إثبات قابلية تطبيق خطة 4DMP في الوقت الحقيقي من خلال حساب الحد الأقصى لسرعة الأوراق لمشابك DMLC. الاستنتاجات: يمكن أن يأخذ التخطيط القائم على النموذج رباعي الأبعاد، الذي يطبق نماذج مرضى افتراضية ديناميكية في تخطيط علاج IMRT، في الاعتبار الحركة القابلة للتشوه في الوقت الحقيقي للورم تحت ظروف تنفس مختلفة. تحت الحركة العادية، كانت جودة خطط 4DMP قابلة للمقارنة مع IP وتتفوق على MIP. تحت الحركة الواقعية التي تتغير فيها سعة التنفس والفترة، قدمت 4DMP أفضل جودة خطة من بين تقنيات التخطيط الثلاثة.