與基于光子的放射療法相比，質(zhì)子療法可以提供更好的劑量分布，使放射腫瘤學(xué)家能夠精確靶向腫瘤，同時降低對鄰近健康組織造成損害的風(fēng)險。鉛筆束掃描 (PBS) 是最先進的質(zhì)子治療類型，它通過將傳遞的輻射整形到腫瘤的精確體積來提高這種精度。西德埃森質(zhì)子治療中心 ( WPE ) 的一個團隊現(xiàn)在表明，在 PBS 治療中添加靜態(tài)孔徑可以進一步降低對附近正常組織的劑量，同時保持目標劑量。
PBS 質(zhì)子治療中使用的筆形光束通常具有 1 厘米(半高全寬)或更大的光斑尺寸，這會阻礙靶體積附近有風(fēng)險的器官的保留。橫向的劑量下降也限制了覆蓋目標同時將正常組織的劑量保持在可容忍水平的選擇。WPE 團隊證明，使用靜態(tài)孔徑來修剪這些點掃描場可以減少對眼部晶狀體和腦干等危險器官的劑量，并且在六個腦腫瘤病例中減少了對大腦和海馬體的劑量。
靜態(tài)孔徑可在臨床治療計劃中實現(xiàn)小氣隙，這有利于橫向劑量梯度。在一些質(zhì)子治療中心，靜態(tài)孔是標準設(shè)備。在 WPE，研究團隊使用計算機銑床為每個單獨的治療領(lǐng)域制造黃銅孔。使用的實際孔徑數(shù)量根據(jù)治療區(qū)域進行了優(yōu)化，以實現(xiàn)高效的生產(chǎn)和治療工作流程。
第一作者克里斯蒂安·鮑默。
Christian Bäumer 及其同事在Frontiers in Oncology 中寫道，為 31 名患有各種腦癌的患者準備了“非準直”治療計劃，以進行常規(guī) PBS 給藥。然后，研究人員為所有視野插入孔，為規(guī)劃目標體積 (PTV) 覆蓋指定橫向邊緣并阻擋相鄰的危險器官。他們?yōu)槊總€單獨的字段調(diào)整了邊距，并根據(jù)目標的位置選擇了字段的數(shù)量和排列。
治療計劃的質(zhì)量保證程序需要從中心的既定程序進行修改，以調(diào)整 X 射線成像、PBS 和孔徑系統(tǒng)。研究人員警告說，孔相對于 PBS 場的定位受到鼻子(質(zhì)子輸送噴嘴最靠近患者的部分)和孔安裝機構(gòu)的移動的影響。該團隊還基于擾動劑量場景進行了穩(wěn)健性評估，以解決筆形光束中心和孔徑支架機械中心可能存在的偏差。
研究人員評估了使用孔徑提供的 31 種治療計劃與沒有孔徑的相應(yīng)計劃相比的劑量學(xué)益處。“圍繞 PTV 的劑量梯度體積(在 80% 和 20% 劑量水平之間評估)平均減少了 17.6%，”他們寫道。“對于 31 個病例的完整隊列，平均腦劑量可以通過孔徑平均減少 1.2 Gy(RBE)。”
他們指出，最顯著的改善是海馬體的劑量減少了 1.6 到 4.7 Gy(RBE)，平均減少了 2.9 Gy(RBE)。
用于治療鞍上顱咽管瘤的(左)非準直計劃和(中)帶孔計劃的劑量分布;右側(cè)面板顯示了劑量差異。當(dāng)使用孔徑時，可以看到左側(cè)丘腦(淺藍色輪廓)的劑量保留。(提供者：CC BY 4.0 /前ONCOL
該研究包括六例腦腫瘤顱咽管瘤，目標位于重要的危險器官附近，包括腦干、視神經(jīng)、交叉和海馬。對丘腦、腦干和海馬使用具有靜態(tài)孔徑的 PBS 的最大好處是，平均劑量分別降低了 5.5、5.6 和 3.1 Gy(RBE)。在兩種情況下，眼睛晶狀體的平均劑量降至 5 Gy(RBE) 以下，這是不使用光圈就無法實現(xiàn)的。
在所有 31 例中，當(dāng)使用孔徑時，對正常組織的劑量負擔(dān)都減少了并且劑量目標保持不變。在四種情況下，危險器官的劑量降低到低于耐受劑量的水平，這只能通過使用靜態(tài)孔徑來實現(xiàn)。
作者指出，他們的研究僅限于水平光束線。如果有一個可用于質(zhì)子治療的機架，他們希望獲得更多的劑量學(xué)優(yōu)勢。“在未來，我們希望通過使用尚未臨床發(fā)布的動態(tài)自適應(yīng)準直器更好地保護正常組織的劑量，”鮑默說。
