放射線治療における DMH ベースの計画評価と逆最適化

がん患者は依然として困難な疾患集団であり、現在の治療計画と治療実践ではかなり予後不良に直面しています。 これらの患者に対する革新的な治療アプローチを通じて、潜在的な用量漸増および/または健康な組織の温存を増やすための場所が明らかに必要とされている。 現在の最先端の放射線治療計画は、線量 - 体積 - ヒストグラム (DVH) パラダイムに依存しており、解剖学的構造の部分的 (ほとんどの場合) または絶対体積に対する線量が、最適化プロセスと計画評価プロセスの両方で使用されます。 しかし、治療計画の評価において線量質量ヒストグラム（DMH）が考慮される場合、送達線量の影響は健康な組織の毒性（ひいては臨床転帰）とより密接に関係しているようであると主張されている。

研究者らは、質量と密度の情報を逆最適化プロセスのコスト関数に明示的に組み込むことを提案し、それによって治療計画パラダイムを DVH から DMH に移行させています。 この新しい DMH ベースの強度変調放射線治療 (IMRT) の最適化は、健康な組織の体積ではなく特定の質量に対する放射線量を最小限に抑えることを目的としています。 研究者らの作業仮説は、DMH の最適化により健康な組織への線量が大幅に減少するというものです。 広範囲にわたる治療が困難な疾患の特定のケースでは、健康な組織へのより低い線量を等毒性用量漸増に使用でき、その結果、局所領域の腫瘍制御確率の推定値が増加する可能性があります。

研究仮説を検証するために、研究者は次の特定の目的を追求します。

• (1) DMH ベースの IMRT 最適化の理論的および計算的枠組みを開発します。 このフレームワークには、3D および 4D IMRT と、さまざまな解剖学的部位に対する 3D 容積変調アーク (VMAT) プランニングが組み込まれます。
• (2) DMH 最適化関数のさまざまなパラメトリック形式を調査します。 最終的な目標は、健康な解剖学的構造に対して確立された線量許容範囲に違反することなく、健康な組織線量の最小化および/または治療線量の増加を同時に行うことである。
• (3) この新しい最適化パラダイムの実際の実装と応用。肺がん、頭頸部がん、および前立腺がんの症例のコホートに対する仮想臨床試験が実行されます。

標準治療の DVH 最適化に対する DMH 最適化による線量測定の改善の統計的有意性が定量化されます。 将来の 3D および 4D CT データ収集は、腫瘍の時間傾向の変化と DMH ベースの最適化結果の間の相互作用を研究するために使用されます。 4D CT データは、DMH に基づくエンドポイントと放射線療法治療中および治療後の肺機能喪失との相関関係を調査および定量化するためにも使用されます。 研究者らの 3D VMAT および 3D/4D IMRT 計画の（既存の放射線治療装置を使用した）実現可能性が実験的に検証され、それによって臨床試験開始への道が開かれます。