日前，來自德國德累斯頓OncoRay中心的研究人員，使用瞬發伽馬成像分析射程預測方法的準確性，是臨床基于CT質子射程預測的首次系統驗證。原文發表于紅皮雜志International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics。
瞬發伽馬成像(PGI)的工作原理是探測質子束與患者體內的原子核相互作用時產生的瞬發伽馬射線。質子束進入體內產生核反應，原子核進入高激發態，并瞬間退激時放出伽馬光子，瞬發伽馬即是瞬時發射的伽馬光子。伽馬光子的分布與質子束的位置密切相關，通過探測伽馬光子就可驗證質子束在體內的射程。
研究人員使用PGI狹縫照相機，通過鎢刀刃狹縫準直器(tungsten knife-edge slit collimator)將瞬發伽馬輻射沿質子路徑的發射剖面投影到空間分辨探測器上。得到針對筆形束掃描治療每個束斑獲得的一維瞬發伽馬分布，包含患者體內質子射程的信息。在這項研究中，PGI狹縫照相機通過安裝在基于地面的對接系統(floor-based docking station)上進行升級，以提高定位精度。患者射程預測的準確性是根據對5例前列腺癌患者進行大分割治療期間的臨床PGI測量來確定，PGI測量使用室內CT共測量30次。
對于每個筆形束束斑，射程偏移通過將PGI測量與基于控制CT的PGI模擬進行比較獲得。在模擬中應用了三種不同的SPR預測方法：標準CT值到SPR轉換(Hounsfield查找表[HLUT])、自適應HLUT(DECT優化)和DirectSPR。來自所有束斑的逐個束斑加權平均射程偏移用作衡量相應射程預測方法準確性的度量。
圖1. 左圖：PGI射程驗證的基本原理。質子的產生可以通過狹縫準直器投影在患者體內的誘導PG輻射在空間上分辨探測器。可以通過比較測量的剖面與參考(例如，模擬的)剖面來確定射程偏移。右圖：在患者照射期間以90°機架角度設置第二代狹縫相機，與270°的機架角度正對，兩者均能產生水平質子束流。攝像系統必須為不同的機架角度解除對接和重新定位。
結果顯示，DirectSPR、自適應HLUT和標準HLUT的平均射程預測精度為0.0%±0.5%、0.3%±0.4%和1.8%±0.4%。對于所有方法，第二代PGI狹縫攝像機的整體驗證不確定性約為1 mm(2δ)，小于深部腫瘤的射程預測不確定性。本研究為首次使用前列腺癌治療中的PGI射程驗證在臨床常規中評估范圍預測準確性。兩種DECT衍生的射程預測方法與PGI驗證中測量的質子射程一致，而對于標準HLUT方法則有所不同。
研究人員指出，其研究證實了DECT衍生的SPR預測方法優于當前基于單能量CT最先進的HULT方法。其之所以選擇前列腺癌治療進行評估，因為包含高度均勻的靶區，并且在粒子治療中需要最高的穿透深度。本研究中，基于PGI整體驗證的不確定性約為1 mm，遠小于德累斯頓質子治療中心使用的基于HLUT的方法和DirectSPR的射程預測不確定性——這是臨床應用技術首次在體內射程驗證的重要先決條件。
接下來，研究人員將把PGI的應用擴展到其他治療部位，例如頭頸癌。研究人員還計劃使用研究中獲得的PGI和室內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結構變化的敏感性。
