Feasibility of lattice radiation therapy using a noncoplanar vertex arrangement and dynamic conformal arcs.

چکیده اصلی

BACKGROUND: Current Lattice radiation therapy (LRT) mainly uses inverse IMRT/VMAT optimization, which is time-consuming and complex; however the high modulation complexity compromises dosimetric accuracy and blurs the peak‑to‑valley dose ratio. PURPOSE: This study presents a simple noncoplanar vertex arrangement for dynamic conformal arc (DCA)‑based LRT and evaluates its feasibility. METHODS: Different noncoplanar vertex geometries were generated in a water phantom, and DCA‑based LRT plans were designed using Eclipse v15.6 (Varian). The LRT target volume (LTV) was the union of all vertices. Single‑fraction 20‑Gy plans were generated with three coplanar 6‑MV FFF beams and calculated with AcurosXB calculation. Optimal vertex geometry was selected based on high‑dose proportion (measured with the volume ratio of prescribed dose structure to GTV [VDp / VGTV], and the volume ratio of LTV to GTV [VLTV / VGTV]), GTV dose metrics, heterogeneity(measured with peak-to-valley-dose-ratio [PVDR], Volume Dose Ratio [VDR] and other three dose ratios defined as Dose matrix of 'peak' / 'valley' [Dp / D95% Gap, Dmean LTV / Dmean Gap, and D2cc GTV/ D95% Gap]), valley dose (D95% Gap and D5% Gap) and normal tissue(NT) max dose, dose profiles/isodose distributions and plan complexity (MCS, SAS, MU/cGy). The same strategy was applied to two gastrointestinal stromal tumor (GIST) patients with evaluation of OAR sparing and planning time. RESULTS: In the phantom, six noncoplanar vertex configurations and one coplanar vertex configuration were generated, and corresponding DCA plans were designed for each. All plans achieved a high‑dose volume proportion exceeding 1% and EUDGTV of 5.07 Gy - 6.78 Gy, with high dose heterogeneity (high PVDR, Dp / D95% Gap, Dmean V / Dmean Gap and moderate VDR). Plan complexity remained low across all configurations, with MCS ranged 0.68-0.79. Optimal vertex geometry was 1-cm diameter with a 4-cm center‑to‑center distance, providing a favorable balance between dose heterogeneity and valley dose sparing. Moreover, the DCA plan based on noncoplanar vertex arrangement yielded dose distributions comparable to those of the non-coplanar plan with couch rotation. Importantly, both normal tissue (NT) doses in all phantom plans were very low. The clinical applicability was verified in two patients, with all dosimetric parameters meeting the recommended LRT ranges. Consistent with the phantom findings, patient NT and OAR doses remained far below the SBRT constraints, with a total planning time of ∼1 hour per patient, supporting the safety and translational potential of this approach. CONCLUSIONS: DCA‑based LRT with noncoplanar vertices is feasible on linacs, simplifying planning and enabling accurate delivery. It offers a valuable alternative method for patients with couch rotation limit. Optimal vertex arrangement with 1‑cm diameter and 3.5-4 cm center to center distance obtained in water phantom. Two patient cases met LRT criteria, with a total planning time of approximately one hour per patient, supporting clinical applicability in complex anatomies.

ترجمه فارسی چکیده

پرتودرمانی شبکه‌ای (LRT) فعلاً به‌طور اصلی با بهینه‌سازی معکوس IMRT/VMAT انجام می‌شود که زمان‌بر و پیچیده است، اما پیچیدگی بالا دقت دوزیمتری را کاهش و نسبت دوز قله به دره را مات می‌کند. این مطالعه یک چیدمان غیرکوپلنار ساده رأس برای LRT مبتنی بر قوس هماهنگ پویا (DCA) ارائه می‌دهد و قابلیت آن را ارزیابی می‌کند. طرح‌های LRT مبتنی بر DCA در یک فانتوم آب طراحی شدند. حجم هدف LRT اتحاد تمام رأس‌ها بود. طرح‌های یک‌برش ۲۰-گرادی با سه پرتو ۶-موا FFF همکوپلنار ایجاد و با AcurosXB محاسبه شدند. بهترین چیدمان رأس بر اساس نسبت حجم دوز تجویز شده به GTV، نسبت حجم LTV به GTV، معیارهای دوز GTV، ناهمگونی (PVDR، VDR و نسبت‌های دوز تعریف شده)، دوز دره و دوز بافت نرمال انتخاب شد. این استراتژی در دو بیمار گاستروانکومای بافت همبند (GIST) اعمال شد. در فانتوم، شش چیدمان غیرکوپلنار و یک چیدمان همکوپلنار ایجاد شد. تمام طرح‌ها نسبت حجم دوز بالا بیش از ۱٪ و EUDGTV بین ۵.۰۷ تا ۶.۷۸ گرادی را به دست آوردند. پیچیدگی طرح در تمام پیکربندی‌ها پایین ماند. بهترین چیدمان رأس قطر ۱ سانتی‌متری با فاصله مرکز به مرکز ۴ سانتی‌متری بود. طرح‌های DCA مبتنی بر چیدمان غیرکوپلنار رأس، توزیع دوزی را با طرح‌های غیرکوپلنار با چرخش تخت مقایسه‌پذیر نشان دادند. در دو بیمار، تمام پارامترهای دوزیمتری در محدوده توصیه شده LRT قرار داشتند و دوز بافت نرمال و OAR بسیار پایین‌تر از محدودیت‌های SBRT بود. زمان برنامه‌ریزی تقریباً یک ساعت برای هر بیمار بود.

متن کامل اصلی