日前，麻省總醫院(MGH)的研究人員使用帶有機器人定位和固定裝置的筆形束掃描(PBS)進行了無旋轉機架質子治療相關研究。他們對頭頸部腫瘤或腦腫瘤患者進行了無機架PBS質子治療的概念驗證，原文發表于Medical Physics。
研究背景
傳統機架系統和無機架系統(如果無法進行患者旋轉)之間的主要幾何差別是機架支持從共面和非共面兩個方向進行束流遞送。研究人員確定了可能減少對機架需求的三個因素：具有小束斑尺寸的先進的PBS技術，可以在每個束斑位置進行劑量調制;高度集成和自動化的圖像引導系統;機器人患者定位。
評估了在MGH的Francis H. Burr質子治療中心接受機架治療的4,332例癌癥患者的質子治療計劃后，該研究團隊確定大多數患者可以在無機架的情況下接受治療。
無機架質子治療方法的前提是，患者相對于固定的質子束移動，而非移動束流。為實現這一目標，研究人員開發了一種機器人患者定位椅原型，并結合了符合患者身體的軟性固定裝置。他們設想定位椅在水平束流的同步加速器中心，位于7×7米的治療室中。當患者直立坐時，旋轉座椅遞送共面光束，并使用光學運動跟蹤系統來監測患者的位置。
圖. 緊湊型治療室——無機架質子治療系統模型，中心有一個患者定位椅和成像系統
研究方法及結果
研究人員為7例頭頸部或腦部腫瘤患者制定了PBS治療計劃，包括簡單到復雜的計劃。他們評估了使用僅具有共面束流的新治療幾何計劃是否可以實現與基于機架系統遞送的計劃相同的劑量學目標。他們為每例患者制定了兩個計劃：(1)一個基于機架的傳統計劃，包含非共面束流，患者仰臥;(2)由固定水平束流提供的無機架計劃，患者直立。
使用內部開發的ASTROID軟件，研究人員優化PBS計劃以遞送基于完整處方作為復合束流的均勻劑量。對于每個計劃，他們計算了劑量-體積直方圖、靶區同質性指數(HI)、靶區和危及器官(OAR)的平均劑量、D2(接近最大劑量)和D98(接近最小劑量)。
所有機架和無機架治療計劃都可向靶區提供了所需的輻射劑量，并對健康組織的劑量保持在規定的限度以下。盡管一些基于機架的計劃表現出稍好的靶區覆蓋率和更好的健康器官保護，大多數無機架計劃具有與基于機架的計劃相似的靶區HI和平均OAR劑量。對一例患者計劃進行魯棒性分析，顯示兩種計劃類型在射程不確定性和擺位誤差方面同樣魯棒。
研究結論
研究人員得出結論，當使用PBS技術時，即使無非共面束流，也可為腦部和頭頸部患者獲得高質量的質子治療計劃。研究人員建議，如果可以使用適當的定位和固定，許多質子治療可使用無機架系統進行。
研究團隊目前正在研究質子計劃的魯棒性優化，以評估更廣泛的癌癥患者。研究團隊設想無機架系統可以治療大多數實體瘤。除了頭頸部腫瘤和腦腫瘤，團隊已開發了一種用于乳腺癌患者的固定裝置。其他可使用無機架治療的疾病可能包括肝癌、肺癌和前列腺癌
