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瑞士苏黎世大学医院:质子光子联合治疗

2021/9/10 作者:质子中国

所属类型

其他癌症

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尽管全球质子治疗中心数量正在快速增长,但与直线加速器相比,质子治疗资源仍相对缺乏。阻碍质子治疗广泛应用的主要因素包括设备体积以及安装成本。旋转机架是影响质子治疗系统体积及成本的主要因素之一,固定束治疗系统也因此重新获得了业内的关注。但对于平躺治疗体位,鉴于束流方向的限制,某些肿瘤的固定束治疗计划欠佳。


瑞士苏黎世大学医院的研究人员Dr. Jan Unkelbach在2021年AAPM年会上分享了其研究方向质子(固定束)光子联合治疗,介绍了联合治疗在头颈癌患者、乳腺癌患者中的应用,并对如何分配质子和光子分割次数,以优化资源、提高效益进行了分析。质子中国将内容整理后与大家分享。



联合治疗原理和应用


联合治疗的原因

光子在某些方面更优:半影(例如:射程调制器);相对生物学效应问题(CTV内的危及器官);鲁棒性(例如:肺、乳腺);固定束流(固定质子束角度有限)。

质子治疗资源有限:可从质子治疗获益的人群并不能全都接受质子治疗,目前全球约有100个质子治疗中心,而直线加速器则超12,000台。


治疗室设计

质子治疗系统旋转机架的尺寸和成本是质子治疗广泛应用的主要障碍之一。由于机架的尺寸,质子治疗系统通常不能安装在专为光子放疗设备设计的现有房间内。然而,随着紧凑型加速器的引入,其可以安装入为直线加速器设计的设施中,可以以更低的成本将固定质子束安装到现有的放射治疗科。质子光子联合治疗治疗室的设计:

一台用于提供调强治疗(调强放疗[IMRT]、容积旋转调强放疗[VMAT])的直线加速器;

用于平躺治疗的机器人治疗床;

配备笔形束扫描技术的固定质子束。


原理

可将固定质子束装入专门为直线加速器设计的设施;

低成本;

如果质子计划次优,光子可作补充;

可以相同的患者固定装置进行治疗。


潜在应用患者

头颈癌:对于头颈癌患者质子计划降低了总体剂量,尤其是口腔的剂量浴。但由于束流局限于冠状面,对唾液腺的保护作用有限。VMAT计划向口腔递送过量剂量。因此,治疗计划对质子和光子束流进行同时优化,累积剂量作为目标函数。结果表明,联合治疗计划应用光子束和质子束优化了邻近唾液腺及口腔部位的剂量分布。考虑到总体靶区体积,大部分处方剂量为质子剂量。与VMAT计划相比,联合治疗计划减少了正常组织的累积照射剂量,更多头颈癌病例研究请见质子中国往期报道《无旋转机架质子治疗系统新概念:质子-光子联合治疗》。

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乳腺癌:乳腺癌患者常规IMRT计划,增加了危及器官心脏和肺的剂量,而单纯质子计划(束流角度为45°),剂量超射至肺部。因此,使用切向的光子束治疗大部分靶区和提高计划鲁棒性,使用质子束治疗淋巴结和部分乳腺。结果表明,联合治疗计划改善了危及器官心脏和肺的剂量,保护了正常组织。

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结论

固定质子束在现有的医院中更容易安装,具有使质子治疗以低成本广泛应用的潜力,以下情况可考虑使用质子光子联合治疗:若质子计划次优,可以使用光子提高剂量适形性;光子可能提高鲁棒性。但还需进一步还需要验证这种系统在更多患者以及不同部位肿瘤治疗中的总体获益。



优化资源,提高效益

光子放疗也可以在现有的质子治疗设施中发挥重要作用,通过联合治疗,部分分割使用质子治疗,其余使用光子放疗。除了可能改善治疗计划(对一些患者),联合治疗还可帮助解决资源有限的问题。最终,通过将质子治疗资源分配给更多的癌症患者,可能会增加质子治疗对整个患者群体的益处。


是否使用质子或光子治疗基于质子计划和光子计划之间正常组织并发症概率(NTCP)的计算差异,质子分割数对NTCP曲线平坦部分的收益递减,第一个质子分割提供相对较大的收益,而最后几个质子分割的影响较小。另外,患者选择方案也面临取舍,应尽可能利用所有的质子治疗资源,保证患者最大收益。

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Dr. Unkelbach展示了一个实例,一个诊所只有一个质子治疗系统,每天可进行三次头颈癌患者治疗。该诊所每年治疗100多例头颈癌患者,平均每天治疗12例患者。但由于每天只有三次可用,我们的目标是优化使用质子治疗的使用,以最大限度地减少所有患者并发症的出现。


为了实现这一目标,诊所对每日头颈癌患者质子治疗进行重新分配,计算每一例当天需要治疗的患者NTCP增量减少量,向从额外的质子治疗中获益最大的患者提供质子治疗。为了测试这一方案,研究者模拟了调IMRT和质子治疗对危及器官的平均剂量,并计算每个器官的NTCP。共模拟了100个病例,结果有些患者只接受光子治疗,少数患者只接受质子治疗,大部分患者接受联合治疗。将所有患者从光子放疗转换为质子治疗,NTCP平均降低约15%。但是,即使只可进行三次头颈癌患者治疗,联合治疗使NTCP降低约5%,约比现有的基于患者的选择方案多1%。

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结论


质子光子联合治疗可使质子治疗更具成本效益

质子和光子可在同一分割中递送;

光子改善了患者的剂量分布。


质子光子联合治疗可更好利用有限的质子治疗资源

质子和光子可在不同分割中单独递送;

使质子治疗对患者的获益最大化。(质子中国 编译报道)


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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关键词

质子光子联合治疗

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