|
质子弧形治疗（Proton arc therapy, PAT）是一种新的质子治疗技术，通过自动化的多束质子束递送，改善剂量适形性和递送效率，并提供更有利的传能线密度（LET）分布。然而，与调强质子治疗（IMPT）相比，PAT可能会扩大低剂量区域，从而影响辐射诱导的二次癌症的发生可能，但先前不同模式的质子治疗之间的比较研究有限。过往的研究认为，IMPT/笔形束（PBS）与光子调强放疗技术相比可以降低二次癌症风险。近期，美国佛罗里达大学质子中心的研究人员比较了PAT、IMPT和容积旋转调强放疗/调强放射治疗（VMAT/IMRT）三种技术在六个解剖部位的放射治疗中引发二次癌症风险的影响。该研究成果发表在的绿皮杂志Radiotherapy and Oncology。  研究方法 治疗计划 研究涵盖了质子治疗六个常见癌种（乳腺、颅底、头颈部、胸椎、纵隔和前列腺）相关的解剖部位，每个部位选取五名患者，分别使用PAT、IMPT和VMAT/IMRT三种技术制定治疗计划。通用参数包括处方剂量，分次，以及依据机构临床实践进行的剂量归一。所有质子计划均进行了鲁棒优化。 风险评估 使用Schneider的部位特异性致癌诱导模型来评估二次癌症风险。该模型结合了线性无阈值（LNT）模型和线性二次模型（LQ模型）的特点，通过特定器官的LNT模型的初始斜率（β）、人群依赖参数（μ）和器官等效剂量（OED），计算超额绝对风险（Excess absolute risk, EAR）。OED通过风险等效剂量（Risk Equivalent Dose, RED）对每个体素的剂量进行加权求和得到。RED描述了癌症诱导相关的剂量-反应关系，研究使用了两种RED模型，其中机制模型（mechanistic model）将细胞杀伤、修复、再群体化等考虑在内，线性模型（linear model）则用器官平均剂量描述OED。终生归因风险（Lifetime Attributable Risk，LAR）是指在患者一生中因接受放射治疗而额外增加的癌症发生风险，根据接受辐射时的年龄、达到年龄（attained age）和基线生存概率等进行计算。  技术间比较 通过剂量体积直方图（DVH）评估计划质量，比较不同技术对关键结构的剂量影响。二次癌症风险通过对OEDIMPT/OEDPAT及OEDphoton/OEDPAT的评价以及LAR的风险放大来进行不同技术间的比较。平均剂量和积分剂量均进行计算。 研究结果 计划质量 研究共创建了90个治疗计划，并用多种方式对计划质量进行评估。所有计划都可以代表临床场景并可安全实施于患者。图1和图2显示了头颈肿瘤和前列腺肿瘤病例在三种技术间的典型剂量分布情况。  图1.针对具有代表性的双侧头颈部癌症病例的PAT、IMPT和VMAT计划比较。同时展示了剂量体积直方图（DVH）比较，包括临床靶区、食管和左侧腮腺。  图2.针对一例具有代表性的前列腺癌治疗病例，对比分析PAT、IMPT和VMAT的放疗计划。 剂量比较 在大多数情况下，PAT的平均剂量和积分剂量最低。例如，在乳腺和纵隔的治疗中，PAT显著降低了肺部V20Gy、V10Gy和V5Gy剂量以及冠状动脉左前降支（LAD）的最大剂量。在头颈肿瘤患者中，PAT也能显著降低脑干和脊髓的最大剂量以及食管和腮腺的平均剂量。该优势在治疗颅底肿瘤时未体现出对视神经管或脑干的保护，而是降低了对正常脑组织的平均剂量。表1显示了六个部位在三个治疗模式下的相关计划指标。 表1. 在六个治疗部位中，针对PAT、IMPT以及光子（VMAT或IMRT）计划评估的关键结构相关计划指标。数值代表每个部位五名患者的平均值。  二次癌症风险 研究使用了平均剂量和积分剂量评估二次肿瘤的风险。除外少数情况，PAT都实现了最低的平均剂量和积分剂量。除外平均剂量低于0.1 Gy的组织区域，PAT相对于IMPT和VMAT的平均剂量比值分别为0.7-1.8和1.3-9.6，中位数分别为1.2和1.7。 当使用机制剂量反应模型（mechanistic dose–response model）时，PAT和IMPT之间的二次癌症风险差异很小（OEDIMPT/OEDPAT比值范围为0.7-1.8，中位数为1.1）。以治疗部位看，在排除LAR小于0.1%的器官后，PAT在大多数器官中的二次癌症风险估计值与IMPT相当或更低。仅在乳腺（纵隔肿瘤）和膀胱部位PAT的二次癌症风险略高，但膀胱部位的风险增加同时伴随着直肠的风险降低，而直肠的LAR相对最高，因而综合风险得到平衡。 与VMAT相比，PAT的二次癌症风险显著降低（OEDphoton/OEDPAT比值范围为0.9-10，中位数为1.6）。其中仅腮腺区域的比值为0.9。使用线性模型时，OEDIMPT/OEDPAT在腮腺的比值为1.3-1.4，而使用机制模型时，比值则为0.8-0.9。OED比值在除腮腺外的其他器官则接近，PAT相对于IMPT和VMAT的OED比值分别为0.7-1.8和1.3-9.6，中位数分别为1.2和1.7。 对腮腺的差异进行了进一步的研究。图3展示了脑干、肺、腮腺的平均剂量与OED的关系。为了增加数据点，作图时未区分不同技术，且两侧腮腺均纳入比较。以平均剂量和OED分别为x轴和y轴作图，可以看到不同器官之间的相关性（R2）差异明显。右图展示了使用机制模型时不同器官的剂量反应曲线，可以看到不同器官组织具有不同的剂量-反应曲线的形状，从而影响OED与平均剂量的相关性及对二次癌症风险的评估。  图3. 左侧图表显示了在脑干、肺和/或腮腺接受可测量剂量的情况下，平均剂量与器官等效剂量（OED）之间的相关性。右侧图表展示了各器官的机制性剂量-反应曲线，这些曲线的不同形态特征突显了它们对平均剂量与OED相关性模式的影响差异。 研究者对一例头颈肿瘤患者案例进行了深入分析。用PAT和VMAT计划时，对其左侧腮腺和食管的差分剂量体积直方图进行了比较。左侧腮腺使用PAT时的LAR为0.09%，而使用VMAT时为0.07%。尽管PAT的LAR略高，但平均剂量和积分剂量却更低。其中平均剂量PAT为24.8 Gy，VMAT为45.0 Gy。积分剂量PAT为860.4 Gy·cc，VMAT为1560.8 Gy·cc。这表明LAR不仅取决于平均剂量，还与剂量-反应曲线的形状有关。而同时，食管在使用PAT时的LAR为0.72%，而使用VMAT时为1.15%。PAT的LAR更低，尽管差分DVH曲线的形状与左侧腮腺相似。这表明剂量-反应曲线的形状对风险评估有重要影响，需要综合考虑。  图4. 头颈部癌症患者的左侧腮腺（顶部）和食管（底部）在PAT和VMAT计划中的差分剂量体积直方图（DVH）曲线，以及两个器官在机制模型中的剂量依赖性。 （质子中国 编译报道） |
|
|
