【原】迷你束质子放射治疗在转移癌中的应用（上）：研究背景、方法

ProtonCN 2023-03-20 发布于北京

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迷你束质子放射治疗(pMBRT)是一种新的放射治疗方法，在胶质瘤大鼠的实验研究中显示，可显著增加治疗窗口。居里研究所的几位研究人员在Medical Physics上发表的一篇研究中，评估了pMBRT在脑转移、肺转移和肝转移中的治疗效果，这也是pMBRT的第一个临床试验。联系质子中国小编(微信号：ProtonCN)可获取文献全文。

研究纳入了4例转移癌患者，剂量计算采用蒙特卡罗模拟的方法计算。结果显示pMBRT治疗提供了与立体定向放疗(SRT)类似或更优越的靶区覆盖，还显著降低了对危及器官的生物有效剂量(BED)。此外，当pMBRT采用单一分割进行治疗时，对正常组织的最低剂量和平均剂量仍低于耐受性限制。这项研究为pMBRT治疗癌症转移的可能性提供了第一个证据。与SRT相比，pMBRT有更佳的剂量分布和治疗方案。pMBRT的优势需要通过Ⅰ期临床试验来证实。

研究背景

pMBRT是一种新兴的治疗技术，将对剂量的强空间调制和亚毫米级的迷你束流与质子剂量积累模式相结合，破坏肿瘤同时最大限度地减少对危及器官和健康组织的损害。由于剂量的空间分割增加了正常组织的耐受性，pMBRT比传统质子治疗需要更少的分割次数和照射野。治疗指数增加的放射生物学机制尚未完全清楚，但主要原因可能包括剂量—体积效应、旁观效应、血管效应、炎症和免疫调节效应，以及细胞迁移。转移癌占癌症相关死亡的90%，通常使用立体定向放射治疗(SRT)进行治疗，但局部控制所需的剂量经常因为不良反应受到剂量限制。例如，脑转移患者接受SRT时，有一半患者报告了放射诱发脑坏死。

迷你束流包含交替的高剂量波峰和低剂量波谷，这种模式对浅层健康组织的危害较小。这些束流在深处逐渐变宽，在靶区体积内形成均匀剂量分布。动物试验表明，与传统质子治疗相比，pMBRT可显著降低正常组织毒性，具有同等或更好的肿瘤控制。在临床前研究中，质子迷你束放射治疗已经显示出治疗指数的显著提高。

研究方法

该团队使用蒙特卡洛模拟来计算先前在居里研究所接受过SRT的4例患者的剂量分布，这些患者已经接受了大脑颞叶、额叶、肝脏和肺部转移性癌的治疗。研究人员使用1个或2个治疗野将相同的生物等效剂量(BED)递送至肿瘤靶区。使用黄铜迷你束流准直器，在不同的中心到中心间隔处包含400 μm×5.6 cm的狭缝，以创建窄间距和宽间距的迷你束流。然后，计算了pMBRT、SRT和常规质子治疗的剂量分布。

pMBRT治疗

pMBRT治疗在单个分割中进行模拟，使用与SRT标准治疗相同的PTV生物等效剂量(BED)。病例1、2为59.5 Gy，病例3为112.5 Gy，病例4为132 Gy。标准剂量根据PTV平均剂量来计算。BED的计算公式如下：

。其中，d为每分割的吸收剂量，n为分割数量，α/β比值是定义组织对分割计划固有放射敏感性的参数，本文肿瘤体积的α/β为10 Gy。pMBRT治疗的相应标准剂量见表1。两种pMBRT配置：(1)迷你束流之间具有较窄的中心到中心(c-t-c)距离，以实现PTV内的均匀剂量分布(表1中计划B)，与SRT治疗中获得的剂量分布相同；(2)较大的c-t-c距离以增加正常组织的空间分割，在靶区中形成准均匀的剂量分布(PVDR=1.2-1.3)(表1中计划C)。在所有pMBRT治疗中，患者的皮肤和准直器出口之间的距离为5 cm。

pMBRT计划由1个或2个放射野组成，使用2个放射野进行治疗时，平面迷你束流阵列表现为交叉的几何形状组合(pMBRT准直器旋转90°)，以避免模糊峰谷模式。

表1.在本研究中治疗方案。SRT治疗用A表示；pMBRT计划考虑对靶区的均匀剂量，用B表示；pMBRT计划向PTV递送均匀剂量分布，用C表示；质子治疗计划用D表示

质子治疗

质子治疗计划与pMBRT相同的照射野安排和分割计划，但没有使用准直器。质子治疗在表1中为方案D。病例2−4的质子治疗和pMBRT计划中，在准直器前放置一个65 mm的PMMA块作为距离移位器。质子治疗和pMBRT配置ECLIPSE治疗计划系统(瓦里安医疗系统)，使用非线性通用质子优化算法(NUPO)，使用笔形束扫描(PBS)递送能量。

剂量学属性和指标

SRT、质子治疗和pMBRT剂量分布的评价和比较满足以下要点：

肿瘤覆盖范围。评估剂量均匀性指数D_95%以及PTV接受超过110%(V_110%)和93%(V_93%)的规定剂量。在pMBRT治疗中计算峰谷剂量比(PVDR)。

危及器官(OARs)的照射剂量。在pMBRT治疗中评估超过阈值剂量的临界体积和OARs的最大剂量值。

剂量耐受性的限制。正常组织对迷你束流的耐受剂量尚未确定。因此，考虑使用标准照射方案(每分割2 Gy治疗)的无缝照射的剂量限制。计算每分割2 Gy下的总剂量(NTD_2.0)：
。其中，d是每分割的吸收剂量，n是分割数量。对空间分割迷你束流的研究表明，波谷剂量决定了迷你束流的组织保留效应。然后，将波谷剂量转换为NTD_2.0，并与临床常规使用的剂量耐受性水平进行比较。NTD_2.0为72 Gy是转移性脑肿瘤治疗后5年内脑坏死概率为5%的限制剂量，还计算了接受高于12 Gy(V₁₂)剂量的组织体积，这个参数与放射性坏死风险相关。V₁₂>15 cm³预计在单分割SRT治疗中会导致20%的坏死概率。平行器官(即肺和肝)由于放射引起的并发症风险被计算为NTD2.0，因此对该器官的平均剂量与对整个器官的平均剂量成正比。NTD_2.0为7 Gy，导致发射性肺炎的概率为5%；
放射性肝炎发生概率为5%的剂量限制为30 Gy。

接下来，小编将继续介绍研究结果及SRT、质子治疗和pMBRT治疗的比较，敬请期待。(质子中国编译报道)

参考文献：Ramon O, Rezart B, Ludovic DM, et al.Proton minibeam radiation therapy for treating metastases: A treatment plan study. Med Phys. 2023;1-11.