碳离子治疗计划中的RBE加权剂量鲁棒优化方法

作者：王文宇; 刘新国; 张晖; 杨静芬; 马圆圆; 李强

来源：原子核物理评论, 2022, 39(02): 252-257.

• 碳离子束
• 射程不确定性
• 摆位不确定性
• 生物效应
• 鲁棒优化方法

提出基于混合束模型的相对生物学效应（RBE）加权剂量鲁棒优化方法，用于减少碳离子束射程和摆位偏差对生物剂量分布的影响。建立概率组合鲁棒优化模型，利用二次型目标函数表达式，分别制定针对物理吸收剂量和RBE加权剂量的碳离子束治疗计划，并基于共轭梯度优化算法求解出各自最优的权重解，使得靶区和危及器官（OAR）实际剂量分布在射程和摆位偏差组合情况下尽量满足剂量要求。采用C型靶模型测试鲁棒优化方法的有效性。与基于计划靶区（PTV）的常规优化方法相比，针对物理吸收剂量的鲁棒优化计划临床靶区（CTV）的△D95%减少10.00 cGy,OAR的△D5%和△Dmax分别减少21.50和35.97 cGy，计划的鲁棒性得到了很好的提升。针对RBE加权剂量的鲁棒优化计划CTV的△D95%降低14.00 cGy（RBE）,OAR的△D5%和△Dmax分别减少19.00和26.28 cGy（RBE），说明该方法不仅减少了CTV的生物剂量变化，也减少了OAR的生物剂量热点。该结果证明了基于混合束模型的RBE加权剂量鲁棒优化方法在有效提高碳离子放疗计划鲁棒性的同时使OAR也得到了很好的保护。

• 单位
  中国科学院; 中国科学院近代物理研究所; 中国科学院大学