質子治療提供精確的腫瘤靶向，對正常組織的整體劑量較低。但在某些情況下，基于光子的放射治療可能具有優勢。在某些情況下，光子束的半影可能更銳利，例如，肺癌或乳腺癌的質子治療可能會遇到魯棒性(反應控制系統抗干擾能力的參數)問題。
質子治療也是一種有限的資源，全球大約有 100 個質子治療中心，而傳統的直線加速器 (linacs) 則超過 10,000 個。此外，一些設施只有固定的質子束線和有限的束角，使得質子治療不是最理想的。根據蘇黎世大學的Jan Unkelbach的說法，所有這些問題的答案可能在于質子-光子聯合放療。在最近的AAPM 年會上，他解釋了理由。
質子機架的尺寸和費用阻礙了質子治療系統的廣泛植入。但是，隨著緊湊型加速器的推出，可以裝入為標準直線加速器設計的掩體中，可以更輕松地以更低的成本將固定質子束線安裝到現有的放射治療部門中。
“我們的想法是，我們有一個帶有機器人沙發和標準直線加速器的治療室，現在我們在該治療室中添加了配備筆形束掃描的固定質子束線，”Unkelbach 解釋說。這種設置可以在同一個房間、在相同的治療階段并使用相同的患者固定裝置提供質子和光子束。
Unkelbach 描述了一個頭頸癌治療的例子。在固定的水平質子束線和治療患者躺在沙發上的情況下，質子束只能在冠狀平面內傳遞，這對于頭頸癌來說并不理想。“如果你只能從左右照射，你必須通過腮腺照射來治療目標體積，”他解釋說。
使用體積調制弧光療法 (VMAT) 來傳遞光子將更好地保護腮腺，但會為周圍的正常組織提供劑量浴。“因此，我們希望以最佳方式將質子和光子結合起來，我們可以通過同時優化強度調制光子和質子計劃來做到這一點，”Unkelbach 解釋說。“事實上，兩種方式的結合在目標中提供了所需的劑量分布。”
他為一個乳腺癌病例提供了一個類似的例子。在這里，最佳治療結合切向光子束，用質子束治療大部分目標，以向淋巴結和目標外圍提供劑量。該團隊還在評估這種方法在許多其他治療部位的潛力。
優化資源
光子也可以在現有的質子治療設施中發揮重要作用，通過組合治療，其中一些部分使用質子傳遞，其余部分使用光子傳遞。除了可能改善治療計劃(針對某些患者)之外，該方法還可以幫助解決有限的資源問題。最終，通過將質子資源分配給更多的癌癥患者，可能會增加質子治療對整個患者群體的益處。
在荷蘭，Unkelbach 解釋說，決定使用質子治療還是光子治療是基于質子計劃和光子計劃之間正常組織并發癥概率 (NTCP) 的計算差異。“但與其問誰應該接受質子治療，誰不應該接受質子治療，不如問每個患者應該接受多少質子分數?” 他建議。
他指出，質子部分對 NTCP 的回報遞減，第一個質子部分提供相對較大的收益，而最后幾個質子部分的影響較小。在確保使用所有質子治療槽位，同時不阻塞只能獲得中等益處的患者的槽位之間，還有一個權衡。
Unkelbach 展示了一個診所的例子，該診所有一個單一的質子治療系統，每天可以進行 3 次頭頸部治療。該診所每年治療大約 100 名頭頸癌患者，每人分 30 次，平均每天治療 12 名患者。但是每天只有三個質子槽可用，目標是最佳地使用這些質子分數，以最大限度地減少所有患者出現的并發癥總數。
為了實現這一目標，診所可以每天進行質子槽重新分配，其中計算當天需要治療的每位患者的 NTCP 增量減少量，并將質子治療提供給那些將從額外質子分數中受益最大的人。為了測試這個方案，Unkelbach 及其同事模擬了調強放射治療和質子治療對相關危險器官的平均劑量，計算了每個的 NTCP。
質子加光子：最佳組合
對 100 個病例的模擬導致一些患者僅接受光子治療，少數患者僅接受質子治療，許多患者接受聯合治療。將所有患者從光子切換到質子后，平均 NTCP 降低了約 15%。但即使只有三個質子槽可用，每天槽重新分配的聯合治療實現了約 5% 的 NTCP 減少——比現有的基于患者的選擇方案大約多 1%。
“質子-光子聯合放療可以開發具有成本效益的質子治療形式，這可能允許更廣泛地實施質子，”Unkelbach 總結道。“其次，一些部分由質子提供，另一些部分由光子提供的聯合治療可能會在優化使用整個癌癥患者群體的質子資源方面發揮作用。”
