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质子治疗图像技术的将来:质子CT和质子成像系统

2018/8/9 作者:质子中国

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前面三篇文章分别介绍了《质子治疗的图像引导技术(一):治疗计划的成像技术》、《质子治疗的图像引导技术(二):患者摆位的千伏级成像技术和治疗室内的容积成像技术》、《质子治疗的图像引导技术(三):射程验证的成像技术》。本篇将介绍最后一部分内容——质子CT和质子成像系统。通过质子CT和质子成像,在未来质子CT和质子成像会进一步的提高影像检查的精度。


质子CT和质子成像系统

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质子CT和质子成像系统均是应用质子束进行患者成像的技术,其质子束的能量高于通常照射肿瘤的能量,这样质子束可以穿过需要成像的部位。这些技术通过更精确地测量质子的阻止本领以减少不确定性,并且多年来一直在不断研发,但目前距离临床应用仍非常遥远。


质子成像系统可通过测量质子的入射和出射位置以及穿过患者体内后的残留能量来生成投射图像。质子CT应用与X线CT相似的技术,通过类比方式由不同角度拍摄一系列图像,但通过测量穿过患者体内时的质子能量损失可以重建容积成像。


用来加速和探测成像质子的设备成本是研发质子成像技术显而易见的困难之一。尽管对于质子治疗中的质子成像技术,治疗系统已经包含了加速质子的设备,但仍需要考虑一些重要的技术因素。用于质子治疗的最大质子能量通常需要达到约250MeV,这个能量足以照射深部的肿瘤,但不足以进行质子成像,因为质子穿透人体时要有足够的残留能量用于测量。尽管对于体型较小的患者,尤其是儿童,传统的临床设备可以用于质子成像,但研究人员仍致力于提高加速器的最大能量或专门增加用于成像的能量。除加速技术外,质子成像还需要质子追踪技术来测量穿透人体时质子的位置和残留能量。英国的研究人员已经应用位置敏感的探测器和射程望远镜研发了质子成像系统。


在英国,质子放射治疗认证和剂量学应用(Proton Radiotherapy Verification and Dosimetry Applications, PRaVDA)项目一直处于研发稳定的质子CT系统的第一线。原型系统已经应用于模体的成像,并且研发团队根据诸多参数已经研发了质子CT,这些参数包括质子阻止本领(proton stopping power)、质子散射本领(proton scattering power)、质子衰减本领(proton attenuation power)以及质子分散本领(proton straggling power)。将质子CT系统与临床上点扫描质子治疗系统相结合非常有意义,也是接下来的研发方向。详情请见质子中国往期报道《世界上首台质子CT成像设备研发成功,并成功为一块羊排采集了质子CT图像》、《可用于质子CT的二极管阵列研发成功》、《临床用质子CT即将揭开面纱》、《质子CT的研发正顺利进行》。


第一台临床用质子CT可能用来改进治疗前CT扫描成像中的质子阻止本领,但将来质子CT可能用于治疗计划阶段的最初成像并且最终可在治疗室内常规提供阻止本领的3D成像,这可能是自适应质子治疗的理想成像技术。更多信息参见《质子CT能够简化质子治疗计划制定》、《英国曼彻斯特Christie质子治疗中心将安装质子CT》。


参考文献:MacKay RI. Image Guidancefor Proton Therapy. Clin Oncol. 2018;30(5):293-298.


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

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