【原】早期非小细胞肺癌立体定向质子治疗的技术挑战和解决方案：来自MD Anderson的经验（三）

ProtonCN 2024-03-14 发布于北京

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MD Anderson Cancer Center研究人员发表在Journal of Radiosurgery and SBRT上一篇研究提到了立体定向质子治疗(SBPT)治疗早期非小细胞肺癌(NSCLC)中遇到的技术挑战，如缺乏容积成像技术。同样，文章也描述了质子治疗中心的技术改进，特别是锥形束CT(CBCT)和在轨CT图像引导，以及实时门控质子治疗(RGPT)和光学表面成像的运动管理。此外，还提及了新治疗计划系统，可提供更好的治疗计划优化和更准确的剂量计算。在《早期非小细胞肺癌立体定向质子治疗的技术挑战和解决方案：来自MD Anderson的经验（一）》及《早期非小细胞肺癌立体定向质子治疗的技术挑战和解决方案：来自MD Anderson的经验（二）》中介绍了质子治疗系统及图像引导、治疗递送技术和剂量分布、模拟和治疗计划、剂量计算以及射程不确定性。本文主要介绍运动管理、SBPT效果比较及总结部分。

运动管理

参加研究的SBPT患者，运动幅度小于1 cm时采用自由呼吸；运动大于1 cm，则采用被动散射束流屏气治疗。虽然被动散射计划的适形性不如IMPT计划，但由于在射束递送过程中有效应用了容积重绘，因此对运动引起的不确定性而言，被动散射计划更具鲁棒性。以MD Anderson的被动束流为例，具有6个内置调制功能的射程调制轮(RMW)以398 RPM的速度旋转。对于1/4束流开启工作周期，相当于每秒进行约10次容积重绘。被动散射由于剂量分布的适形性较差，照射的容积大于所需的容积。在研究中屏气治疗的患者，RPM被放置在患者腹部作为替代物，并与视觉反馈护目镜相结合。使用靶标，可减少由于缺乏容积图像评估每次屏气是否达到正确水平带来不确定性。

另一方面，IMPT使用笔形束扫描，可产生更适形的剂量分布。但由于动态笔形束递送与靶区运动的相互作用，IMPT存在运动引起的不确定性；换句话说，靶区的运动会导致单个笔形束点的错位，导致照射体积内的热点和冷点。PTCOG胸部组委会发表了一个关于运动靶区的指南，建议对每个患者的运动进行评估，并使用不同的运动缓解策略，包括束流角和扫描方向选择、4D鲁棒优化、层或容积重绘、基于运动分析和4D动态剂量的屏气和门控。PTC2配备了由日立和北海道大学共同开发的的实时门控质子治疗(RGPT)系统，这是一种基于荧光图像的门控系统，用于控制束流递送。当前版本的RGPT依赖于基准标记物作为门控的替代物。

Catalyst-HD表面成像系统是一个安装在质子机架的外面的三个摄像头系统。此外，CT模拟室还安装了一个单独的子系统Sentinel。Sentinel使用扫描激光测量患者剑突下方约0.5~1.5 cm区域内的运动，Sentinel可用于4D CT或屏气CT模拟。表面成像已应用于深呼吸屏气、SBRT和质子治疗。预计Catalyst-HD系统将用于屏气，以及PTC2中SBPT的替代门控方法。

SBPT比较

本临床研究对之前接受过SBPT治疗的患者进行了计划比较。如图1所示，比较一例53岁上叶早期(T0N0M0 IB期)恶性肿瘤女性患者。从4D CT图像中，确定了运动很小，约5 mm。SBPT计划在平均CT上制定的，IGTV由4D CT勾画出来，在IGTV上加5 mm边缘产生的PTV。患者采用4个治疗野的被动散射技术，以4次自由呼吸的方式接受50 Gy(RBE)的治疗(图1A)。使用4D鲁棒优化，将T0和T50图像集4D CT图像，和射程不确定性(射程的3.5%)和摆位不确定性(2 mm)，用PTC2笔形束扫描束线生成一个同时集成提高计划与60 Gy(RBE)和50 Gy(RBE)95%或更多的PTV体积相同的平均CT图像集(图1B)。从剂量分布和DVH的比较图可以清楚地看出，PTC2计划对GTV提供了更高的剂量(60 vs 50) Gy(RBE)，对肺和脊髓提供了更低的剂量。这个例子清楚地表明，通过改善质子束特性、治疗计划工具(包括4D稳健优化和更精确的剂量计算)、运动管理和容积成像，能够为SBPT患者提供更好的治疗。

图1. a 被动散射技术的原始治疗方案比较；b 新质子治疗中心的笔形束扫描进行4D鲁棒优化SIB计划；c DVH比较。注：a和b中的颜色清洗比例从500到6,600 cGy(RBE)；图1c原始计划的正方形和PTC2的SIB平面的三角形

总结

本研究随机比较了SBRT和SBPT对早期NSCLC的治疗效果，但由于入组情况不佳而提前结束，主要原因是SBPT组缺乏容积成像和难以获得保险保障。随着新质子系统的投入使用，技术有了显著提高，特别是在CBCT和CTOR的成像引导以及RGPT和表面成像的运动管理方面。此外，治疗计划系统还能提供更好的优化和更精确的剂量计算。通过这些技术改进，有望重新启动针对早期NSCLC以及肝脏、胰、复发性头颈部等其他疾病部位的SBPT项目。(质子中国编译报道)

参考文献：Zhu XR, Li Y, Yang M, et al. Stereotactic body proton therapy for early stage non-small cell lung cancer - Technical challenges and solutions: The MD Anderson experience. J Radiosurg SBRT. 2023;9(1):75-82. PMID: 38029015; PMCID: PMC10681148.