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磁共振成像引导质子治疗:临床挑战,潜在获益和实施途径的综述(一)

2022/5/27 作者:质子中国

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其他癌症

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近日,澳大利亚的几位科学家发表在绿皮杂志Radiotherapy and Oncology上的一篇综述从临床挑战,潜在获益和实施途径综合论述了磁共振成像(MRI)引导质子治疗的临床获益。本综述侧重于MRI引导的质子治疗的临床方面,表明MRI引导的质子治疗结合了最佳的癌症靶向与出色的成像。具有大量肿瘤和正常器官运动的肿瘤部位将从中获益。通过安全剂量递增或生物适应,质子治疗将会有新的选择,还更新了水平和垂直MRI引导的质子治疗系统的设计和束流建模,以及临床实施的路线图。本期与大家分享本研究的摘要及质子治疗临床获益不如预期的可能原因。


摘要

质子治疗和MRI-Linac是放射肿瘤学中最令人兴奋和发展最快的两种技术。超过100个MRI-Linacs和100个质子治疗中心正在运营或建设中,将MRI的出色软组织成像与质子治疗的卓越剂量适形性结合在一起的综合方法将是引人瞩目的。MRI引导的质子治疗的前景促进了多项研究和两个临床前实验系统的建立,使我们更接近实现这项技术。获益最多的患者是那些癌症具有大量肿瘤运动或解剖变化的患者,以及由于附近的关键组织而目前无法接受安全剂量递增的患者。MRI引导的质子治疗可以让更多的胰腺癌患者、中央型肺癌和上腹部(例如肝脏和肾上腺)的寡转移性癌症患者,能安全地接受递增的治疗剂量。头颈癌、肺癌、脑癌和宫颈癌的治疗准确性受肿瘤消退或水肿变化等分次间肿瘤变化或正常解剖结构变化的影响,也将获益于MRI引导。通过功能性MRI引导的生物适应质子治疗将有新的选择来改善治愈。本综述侧重于MRI引导的质子治疗的临床方面。我们描述了质子治疗的临床挑战以及增加MRI引导的临床获益。我们更新了水平和垂直MRI引导的质子治疗系统的设计和束流建模,并提供了临床实施的路线图。


正文

放射治疗是癌症治疗的基石,被推荐用于治疗所有癌症患者中的一半患者。应用循证放射治疗可提高局部控制和生存率。预计到2025年,全球将有960万人获益于循证放射治疗。技术进步使放射治疗的靶向性更好,改变了癌症患者的预后。在过去的二十年里,放射治疗的大多数主要进展都来自于成像技术的改进和对肿瘤剂量的雕刻。这些进展包括图像引导放射治疗、调强放射治疗(IMRT)、4D-CT结合IMRT、立体定向消融放射治疗(SABR)以及最近的MRI-Linac放射治疗。它们增加了肿瘤部位的剂量,减少了正常组织的剂量,拥有更好的癌症控制和更少的副作用。


对比计划研究表明,质子治疗可能比光子治疗更有效,因为质子治疗剂量分布紧凑,它可以比光子治疗更好地将辐射限制在靶区并保留更多正常组织(图1)。全世界已经建立了近100个质子中心,尽管有理论上的获益,但显示临床获益的随机证据有限。一篇随机研究表明,与IMRT在食管癌中相比,质子治疗可降低放疗毒性和术后死亡率,而生存率没有差异。随机试验未显示质子治疗对存在大量肿瘤运动的肺癌和肝细胞癌有获益。在一篇比较被动散射质子与IMRT光子在晚期非小细胞肺癌患者中的随机研究中,尽管质子治疗计划的剂量分布更有利,但质子治疗并没有局部控制获益,并且3+级肺炎较高(10.5% vs 6.5%)。质子治疗肝细胞癌的毒性较少已被证实,但其生存获益尚未被证实。一项分析美国国家癌症研究所数据库的比较研究表明,与光子治疗相比,质子治疗对乳腺癌并没有生存获益。比较证据表明,在一些生理运动最小的癌症中,毒性降低,例如儿童癌症、成人脑癌和眼部黑色素瘤。一篇比较光子与质子治疗成人高级别胶质瘤的Ⅱ期试验中,无法检测到两种不同治疗之间认知失败率的差异。一篇系统性综述表明,质子治疗与降低儿童脑肿瘤的认知障碍有关。然而,另一篇系统性综述(关于3~4级研究)得出结论,没有足够的证据支持或反驳质子治疗用于儿童癌症。

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图1.(上层)质子治疗的剂量效益在这张图中得到了清晰的展示,对于胸腔治疗,质子治疗能更好地保护心脏和健康的肺;(下层)质子治疗剂量分布由于无补偿运动而退化

 

质子治疗缺乏临床获益的一个常见原因是质子治疗缺乏有效的影像引导。与光子治疗相比,质子治疗剂量测定更容易受到束流路径上肿瘤或正常组织解剖结构的变化的影响。但质子治疗的图像引导历来落后于光子放疗,通常基于2D射线照片而不是容积图像的引导。无法检测到解剖学变化,从而导致肿瘤剂量不足或正常器官剂量过量。这些解剖学变化所需的额外边界也可以解释缺失的临床获益。这种情况正在发生变化,从2014年第一个供应商支持X射线容积成像引导开始,到现在所有主要供应商都提供某种形式的X射线容积成像。现在有多种CT引导解决方案可用:安装在机架、喷嘴、治疗床的锥形束计算机断层扫描(CBCT)、机械臂CBCT和滑轨CT。然而,最近对19个参与的欧洲粒子中心进行的一项调查中,只有50%能够对处于治疗位置的患者进行成像。只有一个提供了3D成像规程的详细信息。据PTCOG称,在全球96个运营中的质子治疗中心中,有67个(61%)在2014年之后才被售出,因此可能可以提供某种形式的容积成像。


接下来,小编将继续为大家带来磁共振成像引导质子治疗的临床挑战,潜在获益和实施途径,敬请期待。


参考文献:Pham TT, Whelan B, Oborn BM, et al. Magnetic resonance imaging (MRI) guided proton therapy: A review of the clinical challenges, potential benefits and pathway to implementation. Radiother Oncol. 2022 May;170:37-47.


质子专区介绍:
相比传统放疗,质子治疗作为“精准治疗”的新一代代表,利用质子射线所具有的独特物理特性,以极快的速度、很小的放射剂量进入人体,迅速到达肿瘤组织并释放全部剂量,而肿瘤后方和侧方的正常组织及器官受到的照射剂量几乎为零,从而实现以最大的照射剂量杀伤肿瘤组织的同时又最大限度地避免了周围组织及器官的损伤,实现更加精确的“精准治疗”。
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磁共振引导质子 核磁质子

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