Feedback Control and Inferential Modeling for Radiotherapy Treatment Couch

放射治疗床的反馈控制和推理建模

基本信息

  • 批准号:
    7131144
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 18.14万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2006
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2006-08-01 至 2008-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Respiration induced tumor motion causes both artifacts on computed tomography images and leads to inaccuracies in the planning and delivery of radiation therapy treatments. Conventional solutions included adding a "safety margin" around the tumor which can often result in unnecessary irradiation of normal tissue thereby increasing normal tissue toxicity. Current commercially available methods with linear accelerators include breath-holds and gating during radiation delivery. The former is not tolerated well by patients while the later increases treatment delivery time, thereby increasing the risk of spurious patient motion and even reducing the biological effectiveness of the delivered radiation. The goal of this proposal is to develop a real- time motion-synchronized treatment couch using feedback control. The specific aims of this proposal are to 1) design and test the feasibility of a prototype respiration induced motion-synchronized treatment couch for RT delivery and 2) develop an inferential model using skin markers that will correlate their position with tumor motion using partial-least squares (PLS) models. In order to develop this treatment couch, the couch dynamics and control system will be modeled and tested on patient-specific tumor motion trajectories. Once the development of the prototype controller and couch has been completed, a full system test will be performed. Inferential models using partial least squares regression will be developed to predict the position of the tumor using motion surrogates placed on the skin of the patient. Its robustness will be tested with respiration data acquired on multiple treatment days. The results from our proposal have the potential to significantly impact radiation therapy of lung and upper abdominal cancers. The proposed exploratory research effort will provide the foundation for further development of a real-time motion management framework using a real-time motion-synchronized treatment couch. Its eventual implementation in clinical practice will lead to reduced normal tissue toxicity through the use of smaller tumor margins and accurate tumor tracking. This will enable more widespread use of highly conformal treatments such as intensity- modulated radiation therapy (IMRT) and stereotactic body radiation therapy (SBRT) (which are highly unforgiving of tumor motion) in a reliable manner.
描述(申请人提供):呼吸诱导的肿瘤运动会在计算机断层扫描图像上造成两种伪影,并导致放射治疗治疗的计划和实施不准确。传统的解决方案包括在肿瘤周围增加“安全裕度”,这往往会导致正常组织受到不必要的照射,从而增加正常组织的毒性。目前商业上可用的直线加速器方法包括屏气和辐射传递期间的门控。前者不能被患者很好地耐受,而后者增加了治疗传递时间,从而增加了患者虚假运动的风险,甚至降低了所传递的辐射的生物有效性。该方案的目标是开发一种使用反馈控制的实时运动同步治疗床。这项建议的具体目标是:1)设计和测试用于放射治疗的呼吸诱导运动同步治疗床原型的可行性;2)开发使用皮肤标记物的推断模型,该模型将使用偏最小二乘模型将其位置与肿瘤运动相关联。为了开发这种治疗床,将根据患者特定的肿瘤运动轨迹对床动力学和控制系统进行建模和测试。一旦原型控制器和沙发的开发完成,将进行完整的系统测试。将开发使用偏最小二乘回归的推断模型,以使用放置在患者皮肤上的运动替代物来预测肿瘤的位置。它的稳健性将通过在多个治疗日获得的呼吸数据进行测试。我们建议的结果有可能对肺癌和上腹部癌症的放射治疗产生重大影响。拟议的探索性研究工作将为进一步开发使用实时运动同步治疗床的实时运动管理框架奠定基础。通过使用更小的肿瘤边缘和准确的肿瘤跟踪,它最终在临床实践中的实施将导致正常组织毒性的降低。这将使更广泛地使用高度适形治疗,如调强放射治疗(IMRT)和立体定向身体放射治疗(SBRT)(这些治疗非常不能容忍肿瘤运动)以可靠的方式进行。

项目成果

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