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纽约质子中心质子立体定向放疗(SBRT)临床应用经验

2020/9/10 作者:质子中国

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其他癌症

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日前,在面向未来的ProBeam质子治疗解决方案|质子放射外科学术研讨会上,纽约质子中心(New York Proton Center, NYPC)医学物理主任林海波教授做了题为《大分割质子放疗:纽约质子中心放射外科治疗技术分享》的演讲,并分享了中心在质子立体定向放疗(SBRT)方面的临床经验及对质子FLASH治疗的观点。

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纽约质子中心简介


纽约质子中心(NYPC)位于纽约曼哈顿,总投资3.3亿美元,是纽约州第一家质子中心;2019年8月,中心开展首例患者质子治疗;截至2020年5月底,中心已经收治473例患者。更多关于NYPC的信息请见往期报道《Varian将为纽约质子中心提供质子治疗设备》、《纽约时报|纽约质子中心目前正在进行设备安装,计划2019年2月开始治疗患者》、《纽约质子中心开始治疗首批患者,预计每年可治疗1400例患者》

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旋转机架治疗室


中心配备瓦里安ProBeam®质子治疗系统,共4间治疗室,包括3间360°旋转治机架治疗室与1间用于小动物质子试验的固定束治疗室。目前,治疗室均已投入临床使用,3间旋转机架治疗室均实现束流匹配,若某治疗室出现设备故障,患者可及时更换治疗室进行治疗。治疗室均配备笔形束扫描(PBS),可进行质子调强治疗(IMPT);3间旋转机架治疗室均配备高质量的锥形束CT(CBCT),可进行图像引导。


中心配备的软件系统包括Aria放疗网络系统,Eclipse治疗计划系统和Velocity图像处理系统。另外,中心还配备了2台CT、1台PET/CT、1台1.5T的MRI,用于临床诊断、模拟定位、自适应放疗和治疗评估。目前,中心每天工作12小时,计划于今年底实现16小时工作时间。


质子SBRT简介


随着质子技术的发展,质子SBRT具有日趋增长的趋势,主要原因如下:

质子治疗可降低正常组织的照射剂量,从而减少相关毒性反应的发生;

为提高肿瘤照射剂量提供了安全空间;

可用于光子SBRT无法实现的疑难肿瘤的治疗,如大体积肿瘤的治疗;

可用于某些复发性肿瘤的治疗。


近年来的临床数据表明,质子SBRT在肺癌、转移性肝癌、脑部良性肿瘤显示出良好的疗效;另外,早期临床证据显示,质子SBRT在肾癌、前列腺癌、胰腺癌、脑转移癌和头颈部复发性肿瘤方面也有一定优势。


质子笔形束扫描技术与传统散射技术相比,显示出明显的剂量学优势,进一步推动了质子SBRT的应用;另外,CBCT在质子治疗中的普及化和和呼吸运动的控制管理在质子治疗中的广泛应用,使质子SBRT变得更加安全、有效。


中心质子SBRT临床应用

患者概况


截至2020年5月底,中心收治的473例患者中,42%的患者既往接受过放疗;17.8%的患者接受了自适应放疗,7.2%(34例)的患者接受了质子SBRT。

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接受质子SBRT的34例患者大致可分为5大类:上消化道肿瘤、盆腔肿瘤、胸部肿瘤、脊椎体瘤和脑部肿瘤。值得注意的是,在接受质子SBRT的患者中,仅有15%的患者为首次接受放疗,大部分患者既往接受过放疗,增大了中心进行质子SBRT计划和治疗的难度。


运动管理


在16例接受质子SBRT的患者(肝癌、肺癌)中,一半的患者接受腹压带与4D-CT评估,25%的患者采取深呼吸的屏气技术,25%的患者采取自由呼吸4D-CT技术。就靶区体积而言,光子SBRT治疗的肿瘤直径≤5 cm,而中心16例接受质子SBRT的患者,有43.8%的患者肿瘤直径>10 cm。

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在器官运动管理方面,林海波教授表示,对于上消化道肿瘤的患者,如果患者能够耐受屏气时间>30 s,首选屏气技术,若患者不能耐受,则采用腹压带与4D-CT。对于胸部肿瘤的患者,由于肺功能较差,大部分患者无法耐受屏气技术。此时,根据肿瘤的位置选择不同的方式,若肿瘤位于下肺,通常运动幅度较大,选用腹压带与4D-CT,以减少运动幅度;若肿瘤位于上肺,通常无需做运动管理,采用4D-CT进行评估即可。运动管理的目标是控制运动范围<10 mm,理想情况是<5 mm。


在PBS治疗过程中,通常采用重复扫描技术(Repainting)来降低质子剂量递送与呼吸之间的动态相互作用。重复扫描包括以下两种方式:①体积重复扫描,即复制射野,同一角度,多次照射,该方法虽然会导致治疗时间的增加,但对于运动管理是非常有效的;②层内重复扫描(In-layer repainting),即将同一能量层的束流分多次进行照射,该方法虽不会增加治疗时间,但运动管理的效果不如体积扫描理想。


质子治疗计划


质子治疗通常采用3~5个射野,大多数情况下,倾向于使用单野优化技术(SFO),以实现临床靶区(CTV/iCTV)的鲁棒性优化。


治疗计划完成后,需对其进行评估,保证在吸气末和呼气末这两种极端情况下,具有足够的靶区覆盖率。另外,还需要做治疗计划的鲁棒性评估,主要包括以下两部分:①射程稳定性,在±3.5%射程的情况下,重要的危及器官(OAR)必须满足剂量限制条件;②摆位误差3 mm和±3.5%射程不确定的次最坏情况下,尽量实现95%的靶区接受>95%的处方剂量。


基于日常引导的CBCT图像,每天治疗前需要监测靶区和射野路径的变化,决定当日受否需要做一次评估CT,若靶区或射野变化较大,则需基于评估CT的结果,并快速生成自适应质子治疗计划,保证高质量的质子治疗。


34例接受质子SBRT的患者中,17.6%的患者接受评估CT,包括2例肺癌,3例肝癌和1例脑部肿瘤患者,14.7%的患者做了自适应再计划(除1例脑部肿瘤患者)。


质子SBRT病例


病例1

肝癌患者,男性,67岁,T4N0M0。

患者先前接受过光子放疗,接受照射的区域与靶区体积(ITV)(166 cc)重叠;

处方剂量:8 Gy×5=40 Gy,一周内完成治疗;

采用4个射野(下图中粉色箭头所示);

采用射程偏移器放大质子束斑;

采用体积重复扫描技术,降低器官运动的影响;

ITV的鲁棒性优化采用5 mm的误差和3.5%的射程扰动。

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尽管肿瘤靶区较大,质子治疗仍较好的保护了正常肝组织,这对于接受再程放疗的患者尤其重要。计划评估图显示,临床上靶区和危及器官的受量变化均在可接受范围内。

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病例2


非小细胞肺癌(NSCLC)患者,女性,67岁,T3N0。

既往于2015年接受右侧乳房放疗;

自由呼吸状态下,4D-CT运动评估显示,运动幅度为2.5 mm;

ITV:179 cc;

处方剂量:12 Gy×5=60 Gy,隔日治疗;

未采用运动管理方法;

采用4个射野(图中粉色箭头所示);

ITV的鲁棒性优化采用5 mm的误差和3.5%的射程扰动。

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第一次治疗结束后,CBCT显示,与第一次计划CT相比,ITV体积增大40%,随后进行了优化自适应计划。由于靶区增大,因此危及器官剂量均略有增加,但仍在剂量限制范围内。

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表格显示两次计划对比,右图显示原始计划和自适应计划DVH的比较


质子治疗的未来:FLASH治疗


FLASH治疗最早从高剂量率电子束开始,以小动物临床前试验研究为基础。目前的研究显示,与常规剂量率相比,FLASH治疗不仅可以更好的保护正常组织,而且随着剂量率的增加,对正常组织的保护效果更好;另外,FLASH治疗对肿瘤控制的效果更好。未来,若FLASH治疗可以应用于临床,将使更多患者受益。

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马里兰大学与瓦里安合作开展的FLASH治疗临床前试验结果显示,照射剂量为17.5 Gy时,与常规剂量率的质子治疗相比,质子FLASH治疗可以减少25%的肺纤维化,另一项试验结果显示,质子FLASH治疗可减少35%的皮炎发生率,由此可见,质子FLASH治疗在降低放疗相关毒性反应方面具有明显优势。详情请见往期报道《首例应用临床设备的Flash治疗临床前研究结果公布,可更好保护健康组织和器官》

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辛辛那提大学与瓦里安合作开展的FLASH治疗临床前试验结果显示,与常规剂量率的质子治疗相比,FLASH治疗在肿瘤控制方面可获得相同或更好的效果。详情请见往期报道《全球首例肺部模体立体定向质子FLASH照射成功实施》

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FLASH治疗代表了未来质子治疗的发展方向,下图显示了FLASH治疗面临的挑战和未来研究方向。

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2018年,FlashForward联盟成立,联盟专注于超高剂量率质子治疗研究。目前全球共有20家质子治疗中心为联盟成员,NYPC也是其中之一。详情请见往期报道《FlashForward联盟在ASTRO成立,专注于超高剂量率质子治疗研究》、《首次FlashForward联盟会议在亚特兰大召开,推动Flash治疗的临床实施》。目前NYPC的质子治疗研究室处于最后验收阶段,验收完成后,中心将于瓦里安合作开展FLASH治疗相关研究。

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总结


林海波教授总结道,目前,NYPC成功地实现了PBS质子SBRT的临床应用,通过利用质子束末端零输出剂量的优势,质子治疗为接受再程放疗的患者带来了新的希望,并显示出巨大的临床优势;由于PBS质子治疗具有改善危及器官保护的潜力,使得进一步增加靶区照射剂量成为可能;先进的成像技术,包括IGRT、自适应计划、评估CT等,是维持质子SBRT高质量的必备工具;良好的团队合作和沟通可以确保自适应计划的安全和快速周转。


感谢林海波教授审校本文


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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