碳离子治疗计划中的RBE加权剂量鲁棒优化方法

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26.28cGy(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.