質子治療的根本優勢在于它能夠向身體的特定深度提供高輻射劑量，即所謂的布拉格峰，它位于質子束的最大穿透深度。在這之后，劑量迅速下降，使目標后的健康組織得到保護。
傳統上，質子治療計劃依賴于對病人體內這種粒子范圍的估計，這種估計是由霍恩斯菲爾德查找表(HLUT)提供的，該表將CT數字轉換為停止功率比(SPR)。然而，這些范圍估計中的任何不確定性，都可能導致實際輸送的劑量不能完全覆蓋目標。為了防止這種情況，質子治療中心通常會在質子范圍的2.5-3.5%加上1-3毫米的安全系數，但對于前列腺等根深蒂固的腫瘤部位，這可能相當于約10毫米。使用最先進的基于CT的范圍預測方法，如DirectSPR，直接確定雙能量CT(DECT)的SPR，有可能減少這一安全系數。
在《國際放射腫瘤學、生物學、物理學雜志》中描述的一項研究中，來自OncoRay和Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf的第一作者Jonathan Berthold與主要研究者Christian Richter和共同開發者一起，使用及時伽馬成像(PGI)來分析這些范圍預測方法的準確性。他們的研究代表了對臨床質子束中基于CT的質子范圍預測的首次系統驗證。
PGI的工作原理是檢測質子束與病人體內的原子核相互作用時產生的即時伽馬射線。IBA開發的PGI狹縫相機，依靠的是通過鎢質刀口狹縫準直器將沿質子路徑的提示性伽馬射線的發射輪廓投射到一個空間分辨率的探測器。由此產生的一維提示性伽馬分布，是針對鉛筆束掃描治療的每個點而獲得的，包含了有關病人體內質子范圍的信息。在這項研究中，PGI狹縫相機通過安裝在一個基于地板的對接系統上進行了升級，以提高定位精度。
對前列腺癌治療的驗證
德累斯頓的DirectSPR實施基于與西門子健康集團的長期合作，使用兩種X射線能量的CT圖像來直接測量病人的組織屬性，并從這些DECT掃描中進行體素級的直接SPR計算。研究人員利用這種基于DECT的DirectSPR以及其他兩種范圍預測方法進行了基于PGI的質子范圍預測驗證：一種是標準的HLUT方法;另一種是通過DECT衍生的SPR計算優化的HLUT。
他們在對五名前列腺癌患者進行低分次治療(共30次分次)期間，利用臨床PGI測量分析了這三種方法的準確性，并在治療位置進行了室內控制DECT掃描。對于每個鉛筆束掃描點，研究小組通過將PGI測量值與基于對照CT的PGI模擬值進行比較，獲得了范圍轉移。平均范圍預測準確率為。DirectSPR為0.0 ± 0.5%;適應性HLUT為0.3 ± 0.4%;標準HLUT方法為1.8 ± 0.4%。
"作者寫道："直接SPR方法達到了最高的準確性，在監測的前列腺癌治療中沒有產生范圍偏差。"我們的驗證證實了DECT衍生的SPR預測方法優于目前基于單能量CT的最先進的HULT方法"。他們希望這種對患者范圍預測的驗證將支持臨床治療計劃的改變，并促進其他質子治療中心在臨床上實施基于DECT的計劃。
用于質子治療規劃的雙能量CT進入臨床
研究人員指出，他們選擇前列腺癌的治療方法進行評估，因為這些治療方法包含一個高度均勻的目標區域，同時也需要粒子治療中最高的穿透深度。他們指出，在前列腺癌患者中，基于PGI驗證的綜合確定的不確定性約為1毫米。這遠遠小于德累斯頓質子治療設施使用的基于HLUT的方法和DirectSPR的范圍預測不確定性--這是該臨床應用技術首次進行人體范圍驗證的重要前提。
基于他們的研究，研究人員將把PGI的應用擴展到其他治療部位，如頭頸部癌癥。他們還計劃利用他們研究中獲得的PGI和伴隨的CT數據，系統地研究基于PGI的治療驗證在質子治療過程中檢測解剖學變化的敏感性。
