颅内肿瘤碳离子放射治疗中新型体位固定系统的应用

目的评估一种新的颅内固定系统,确定患者摆位误差及分次内靶区位移与治疗时长的依赖性关系,提高碳离子束放射治疗的精度。方法选取2020-03-26-2022-11-26甘肃省武威肿瘤医院重离子中心收治的碳离子束治疗患者30例,按入组时间随机分为试验组(A组)和对照组(B组),每组15例。A组采用trUpoint ARCH定位系统(CIVCO,美国)固定,B组采用传统热塑膜配合船型枕固定。2组患者在治疗前、后分别进行碳离子图像配准(ciGPS),行自动配准与手动微调。统计六维摆位误差[左右方向(X)、进出方向(Y)、升降方向(Z)、左右滚动(RX)、头尾旋转(RY)、俯仰方向(RZ)]及治疗时长数据,评估分次内靶区器官位移与治疗时长的依赖性关系。此外,对A组患者额外进行治疗后鼻根组件图像配准,评估垂直束流方向射野条件下鼻根组件对治疗的影响。结果治疗前A组六维摆位误差的旋转摆位误差较小,与B组比较差异有统计学意义(RX:t=4.481,P<0.001;RY:t=2.637,P=0.016;RZ:t=2.327,P=0.031);治疗后2组X(t=2.159,P=0.043)、Y(t=-2.419,P=0.025)、Z(t=2.176,P=0.042)及RY(t=2.305,P=0.032)方向误差比较差异有统计学意义。线性回归结果显示,2组患者靶区位移与治疗时长的依赖性关系相似(斜率k=0.06),但A组分次内靶区位移的稳定性更强(A组:R^(2)=0.246,P<0.001;B组:R^(2)=0.114,P<0.001),且A组无任何系统漂移。A组和B组计划靶区外扩边界(PTVmargin)在X、Y、Z三维线性方向的外扩分别为:4.02、2.72、2.66和4.97、3.28、3.30 mm,使用trUpoint ARCH定位系统的A组三维线性方向的PTVmargin更低。结论trUpoint ARCH定位系统用于碳离子束放射治疗六维方向摆位误差小,尤其是对旋转误差的可控性强;可提供更小的PTV外扩边界,从而保护正常组织;分次内靶区位移随治疗时长的变化小,较传统定位方式稳定性好,可用于高精度放射治疗。但受其鼻根组件不确定性的影响,为保证剂量的精确性,不建议用于垂直射野情况下的碳离子束治疗。

颅底脊索瘤放射治疗

颅底脊索瘤为少见肿瘤之一,生长缓慢,但具有高的复发倾向。手术是主要治疗手段,由于局部解剖结构影响,手术受到一定限制。通常采取手术后放疗或根治性放疗。随着放疗技术提高,立体定向放疗、调强治疗、质子治疗和碳离子治疗应用越来越广泛。不同放疗技术对生存影响和不良反应也存在差异。本文对颅底脊索瘤放疗的现状进行了综述。

胸椎转移癌的碳离子放射治疗与光子放射治疗的剂量学对比

[目的]在椎体转移癌中,比较碳离子放射治疗(carbon ion radiotherapy,CIRT)与光子的三维适形(three-dimensional conformal radiotherapy,3DCRT)、调强放射治疗(intensity modulated radiotherapy,IMRT)、容积旋转调强放疗(volumetric modulated arc therapy,VMAT)计划的剂量学优势。[方法]10例胸椎转移癌患者分别设计出CIRT、3DCRT、IMRT、VMAT 4种计划。靶区勾画原则遵循国际辐射单位和测量委员会(ICRU)第50、62、83号报告的建议。光子治疗计划是在Eclipse计划系统上设计的,碳离子计划是由ciPlan计划系统完成的,均为二维适形碳离子计划。两种设计的优化约束条件基本相同,要求处方剂量覆盖95%计划靶区(planning target volume,PTV)体积。采用适形度指数(conformity index,CI)、均匀性指数(homogeneity index,HI)评价靶区剂量分布和适形性;采用梯度指数(gradient index,GI)和5 Gy等剂量线包绕体积与靶区体积比值(V5/VPTV)评估靶外剂量跌落;采用平均剂量Dmean、最大剂量Dmax、5 Gy等剂量线包绕体积(V5)等参数评价危及器官。[结果]CIRT、3DCRT、IMRT和VMAT计划均满足临床剂量处方要求,4组计划的处方剂量覆盖率分别是CIRT为95.30%±0.57%,3DCRT、IMRT、VMAT均为95%。4组计划的HI,3DCRT和其他3组差异具有统计学意义(P<0.001)。4组计划中的CI,3DCRT、CIRT组分别与VMAT、IMRT组对比具有统计学意义(P<0.001)。CIRT计划GI和V5/VPTV明显低于任何一种光子放疗计划(P<0.001)。肝脏、小肠、心脏、胃的受照剂量小,差异无统计学差异;脊髓剂量跟随靶区最大剂量变化,差异无统计学差异。CIRT不仅减少肺的平均照射剂量,而且明显减少肺的低剂量照射体积。[结论]与光子的3DCRT、IMRT、VMAT计划相比,CIRT在治疗胸椎转移癌时减少双肺的辐射剂量,同时保证对靶区的处方剂量覆盖率及剂量均匀性。

碳离子放射治疗原发性肝癌研究及文献分析

报道1例原发性肝癌进行碳离子放射治疗的病例,并对相关文献作一综述。认为对因各种情况不能耐受手术或拒绝手术的肝癌患者,碳离子治疗可考虑作为手术的最佳代替手段。

碳离子治疗系统的研发与成果转化

碳离子束因其倒转的深度剂量分布和高的相对生物学效应,具有对正常组织损伤小、副作用低等优势,是目前实体肿瘤治疗最先进的放疗用射线。2019年9月29曰,由中国科学院近代物理所及其控股公司兰州科近泰基新技术有限责任公司研制的碳离子治疗系统获批第三类医疗器械产品注册,用于恶性实体肿瘤的治疗,填补了高端医疗器械碳离子治疗系统国产化空白,对于提升我国肿瘤诊疗手段和水平具有重大意义。

碳离子辐射诱导的远隔效应

放射治疗诱导的远隔效应能够抑制非辐射区域内肿瘤的生长,目前已有临床和临床前研究表明,常规放疗射线(X射线、γ射线)能够诱导远隔效应的发生,但是对于其发生的机理以及碳离子诱导的远隔效应研究较少。与常规放疗射线相比,碳离子束具有高传能线密度、高相对生物效应、低氧增强比以及复杂DNA损伤等优势,并且具有激活肿瘤细胞更强免疫原性的潜力。本文综述了常规放疗以及碳离子放射治疗诱导的远隔效应及其机理,为寻找更有效的癌症放疗方法提供参考。

碳离子治疗二次术后放疗后复发小腿黏液样脂肪肉瘤1例

软组织肉瘤的发病率为1.28~1.72/10万人,50%~60%发生在四肢,其中脂肪肉瘤占软组织肉瘤的25%~30%。黏液样脂肪肉瘤是第二常见的脂肪肉瘤亚型,占所有脂肪肉瘤的25%~50%[1]。在2015年版《中国软组织肉瘤诊疗专家共识》中,对局部复发的软组织肉瘤进行二次手术切除为1类专家推荐共识,建议手术范围为切除复发肿瘤和瘢痕组织,及其周围>5 cm正常组织,对于经术前抗肿瘤治疗仍无法手术切除或手术可能严重影响肢体功能、对多次手术损毁较大、放射治疗为首选者,可采用高LET射线的质子和重粒子照射[2]。

快速获取碳离子束Bragg峰位的荧光探测器设计与验证

提出了一种用于快速获取碳离子束在闪烁体材料中Bragg峰位置的荧光探测器方案。该方案基于闪烁体在碳离子束流照射下发出荧光的特性,使用CMOS相机在薄层闪烁体侧方获得荧光强度分布图像,通过对图像的分析快速得到碳离子束Bragg峰位在闪烁体材料中的位置。依据该方案研发了荧光探测器,在均匀照射野和笔形束两种照射条件下,利用该探测器对不同能量的碳离子束进行了实验测量。实验结果表明,可清晰地从探测器获得的荧光图像上观察到碳离子Bragg峰。同时,采用蒙特卡罗模拟方法对上述相同的实验条件设置进行了模拟计算。结果发现,荧光探测器测量的碳离子束在闪烁体材料中的Bragg峰位与蒙特卡罗模拟计算的结果由于模拟的条件和测量时探测器的实际设置不完全一致而出现一定的差异,但不同照射条件下的差异是基本一致的。因此,通过实验测量及蒙特卡罗模拟验证了本文方案的荧光探测器可用于快速获取碳离子束在闪烁体材料中的Bragg峰位,为建立一种基于荧光探测器进行碳离子放疗束流性能快速质量保证的测量方法打下了坚实的基础。

碳离子联合免疫治疗特殊部位复发性鼻咽癌1例

鼻咽癌的发病具有特殊的地域流行特征,从全球范围来看,中国南部和东南亚是鼻咽癌的高发区域。据统计,中国南部区域鼻咽癌男性发病率高达30.29/10万,女性为13.09/10万[1]。

纵隔肿瘤粒子治疗现状与展望

目的综述纵隔肿瘤粒子治疗的原理、临床现状并展望其发展前景。方法使用PubMed及中国知网数据库检索系统,以“纵隔肿瘤、放射治疗、质子治疗、碳离子放射治疗、硼中子俘获治疗、粒子治疗”等为中文关键词,“mediastinal tumors,proton therapy,carbon-ion radiotherapy,boron neutron capture therapy,particle therapy”为英文关键词进行检索。纳入标准:(1)纵隔肿瘤的粒子治疗;(2)纵隔淋巴瘤的粒子治疗;(3)胸腺瘤的粒子治疗。排除标准:(1)数据陈旧文献;(2)内容相似或重复。最终共纳入59篇文献。结果纵隔肿瘤的多样性决定了其临床诊治的复杂性。质子、重离子、中子治疗均能够最大限度地保护危及器官,从而改善患者的生存状况,然而最佳的治疗方式仍存在争议。结论粒子治疗在治疗纵隔肿瘤方面取得了迅速的发展,但仍需对患者进行筛选,并采取合理的措施推广粒子治疗。

碳离子在不同材料叶片的多叶光栅上产生的次级粒子研究

在碳离子放射治疗中,碳离子束与治疗头设备和患者身体相互作用产生的次级粒子可以到达患者体内的许多区域,在产生的次级粒子中以中子和γ射线的产额为最大。在不影响束流配送功能的情况下,减少碳离子放疗中产生的次级中子和γ射线对于降低放疗后出现的正常组织并发症及二次肿瘤风险有着非常重要的意义。本文利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法模拟计算了被动式束流配送系统下,400 MeV/u碳离子束照射到由不同材料叶片构成的多叶光栅(MLC)形成典型的10 cm×10 cm方形射野时,在水模体中产生的次级中子和γ射线所沉积的剂量及空间分布等。模拟结果显示:碳离子束通过MLC形成射野后在水模体中产生的次级中子主要分布在水模体的入射端,次级γ射线较为均匀的分布在整个水模体内,且较多分布在具有展宽Bragg峰(SOBP)射野在水模体中贯穿时的坪区。对于MLC叶片材料的选择,则需根据实际情况对叶片厚度以及次级粒子当量剂量的要求来确定。本文通过模拟研究不同MLC叶片材料产生次级粒子的情况,为被动式束流配送系统中MLC叶片及其他元件的材料选择提供了科学依据。

均匀磁场下碳离子束剂量平均LET及纳剂量学量的分布

随着磁共振成像(MRI)技术的发展,图像引导放射治疗在放射肿瘤学中的作用和重要性正在迅速增加,本研究分析了外加均匀磁场对碳离子束的剂量平均LET以及纳剂量学量的影响。通过基于GEANT4内核的GATE蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)模拟平台,模拟计算了不同磁场环境下,不同能量碳离子束剂量平均LET和纳剂量学量的分布。结果发现,平行磁场对碳离子束的剂量平均LET和纳剂量学量均无显著影响,垂直磁场对碳离子束的剂量平均LET及纳剂量学量的影响主要集中在布拉格峰区域,其影响主要是碳离子束在磁场中受到洛伦兹力作用而发生横向偏转,进而使得碳离子束布拉格峰位置发生横向侧移导致的。这些结果为进一步研究磁场对碳离子束治疗性能的影响打下了坚实的基础。

基于LNDM模型的碳离子束混合辐射场相同剂量平均LET下关键纳剂量学指标及RBE分析

纳剂量学量正在成为新的表征辐射品质的量,也是用于精确计算相对生物学效应(RBE)的基础数据。具有相同剂量平均传能线密度(LET)离子束混合辐射场导致的生物学效应也未必相同。为研究关键纳剂量学指标[电离簇尺寸NICS≥1的条件概率密度分布的一阶矩(M^(C1)_(1))、NICS≥2的条件概率密度分布的一阶矩(M^(C2)_(1))、NICS≥2的累计概率(F^(C1)_(2))和NICS≥3的累计概率(F^(C2)_(3))]以及RBE在相同剂量平均LET混合辐射场中的分布,在蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)模拟的基础上,结合单能离子束关键纳剂量学指标数据集,计算得到了不同能量碳离子束在不同贯穿深度处相同剂量平均LET混合辐射场中的M^(C1)_(1)、M^(C2)_(1)、F^(C1)_(2)、F^(C2)_(3)及RBE值。计算结果显示:在相同剂量平均LET混合辐射场中,不同能量碳离子束的F^(C2)_(3)没有发生显著变化,而M^(C1)_(1)、M^(C2)_(1)和F^(C1)_(2)变化显著,且随能量的增大而减小,并且随剂量平均LET的增加,M^(C1)_(1)、M^(C2)_(1)和F^(C1)_(2)变化差异逐渐变大。正是由于M^(C1)_(1)、M^(C2)_(1)、F^(C1)_(2)和F^(C2)_(3)的不同,在相同剂量平均LET混合辐射场中基于纳剂量学模型计算得到的RBE值也显著不同。这些结果表明,剂量平均LET并不能很好地用于描述离子束混合辐射场的品质,而关键纳剂量学指标则有望成为表征离子束混合辐射场品质的量。

基于TPS和蒙特卡罗计算的^(12)C肿瘤放射治疗In-beam PET剂量监测研究

In-beam PET成像是碳离子放射治疗剂量监测的有效手段,可以对碳离子放疗过程的物理剂量分布和生物剂量分布进行实时监测。结合放射治疗计划系统(TPS)和蒙特卡罗(MC)模拟分别对静态均匀水模体和腹部肿瘤CT图像进行治疗计划设计、MC计算和PET成像,比较TPS肿瘤靶区剂量分布、MC模拟剂量分布和PET成像三者之间的一致性。TPS和MC模拟中相对生物学效应(RBE)的计算均采用线性二次模型(LQ)。研究结果显示,TPS和MC计算的静态均匀水模体、单野治疗腹部肿瘤的物理剂量、RBE加权剂量在SOBP区域的平均误差均在0.5%和2%以内。碳离子束流能量为120~400 MeV/u时,束流方向剂量深度分布与PET成像在SOBP区域的位置差异均在8 mm以内。In-beam PET可作为碳离子放射治疗中位置验证和剂量验证的有效手段。

局部进展期直肠癌粒子束放疗技术研究进展

光子放射治疗(放疗)技术是局部晚期直肠癌治疗模式的重要组成部分,但光子放疗后所带来的严重急、慢性不良反应限制了患者的依从性和生活质量。近年来,有研究表明,粒子束放疗(碳离子和质子束)对局部进展期直肠癌的疗效不亚于光子放疗,且在危及器官保护降低,急、慢性不良反应方面具有优势,使粒子束用于局部进展期直肠癌的研究成为热点。

前列腺癌立体定向放疗和碳离子放疗的临床疗效分析

前列腺癌是男性最常见的恶性肿瘤。近年来,随着前列腺特异性抗原检测技术和影像诊断水平的提高,确诊率逐年上升。前列腺癌已成为我国男性泌尿生殖系统发病率最高的恶性肿瘤。其发病率具有明显的地域和种族差异。前列腺癌多发于老年人群,因考虑到术后并发症,身患慢性疾病或内分泌治疗耐药的患者采用放疗可获得与手术相当的局部治疗疗效。射波刀是一种可低分割、单次大剂量立体定向放疗(SBRT)的设备,与常用的调强放疗(IMRT)相比,能够获得更高的相对生物效应,具有疗程短等优势。碳离子放疗(CIRT)兼具剂量深度分布和生物学效应的双重优势,对肿瘤细胞的杀伤效果明显,具有肿瘤局部控制率高、并发症少等特点,在治疗前列腺癌方面具有很好的应用价值。本文就SBRT与CIRT治疗前列腺癌的生物物理学特点及其临床疗效进行分析,并对其不良反应进行讨论。

重离子加速器示范装置被动式束流配送系统次级中子特征的蒙特卡罗研究

在碳离子放射治疗中,碳离子束在剂量配送过程中会与束流输运线相互作用,形成以中子辐射为主的外辐射场。由于中子是高LET射线,具有较高的相对生物学效应,减少碳离子放疗中产生的次级中子有助于降低放疗后正常组织并发症几率及二次肿瘤风险。利用蒙特卡罗方法对保守情况(能量为400 MeV/u,多叶光栅完全闭合)下碳离子治疗被动式束流配送系统引发的外源性中子在等中心点周围不同位置的注量谱及剂量当量谱进行模拟计算,评估了次级中子辐射的剂量当量贡献;同时探究了多元限束装置即多叶光栅不同开口大小对次级中子剂量当量的影响。模拟结果显示:高能中子(≥15 MeV)对所有模拟位置的中子剂量当量占比最高可达26%。实际治疗条件下,当多叶光栅开口由闭合状态扩大至15 cm×15 cm,等中心点和横向远端位置的次级中子剂量当量强度下降约85%,而束流方向远端位置下降约70%。这些结果可用于指导不同治疗条件下次级中子的研究,为治疗条件下评估患者所受非治疗辐射提供依据。