碳离子被动束扫描放疗与光子调强放射治疗15例前列腺癌的剂量学比较

[目的]比较碳离子被动束扫描放疗(carbon ion radiation therapy,CIRT)与光子调强放射治疗(intensity modulated conformal radiotherapy,IMRT)在前列腺癌放疗时的剂量学差异。[方法]相同靶区的15例前列腺癌患者给予相同的PTV处方剂量76 Gy/38 F,分别设计CIRT计划与IMRT计划,根据计划的DVH图显示的以下参数进行靶区覆盖度的评估:D1、D2、D50、D95、V90和V95,采用均质性指数(HI)和适形度指数(CI)评价靶区剂量分布的均匀性和适形性,用V20、V30、V40、V50、V60和V70评价危及器官正常组织受量情况,采用t检验方法进行两组数据分析。[结果] CIRT和IMRT均达到了临床处方剂量要求,两种放疗计划在PTV的D1、D2、D50、D98的靶区覆盖度差异无统计学意义(P>0.05)。CIRT的CI优于IMRT (0.917±0.002 vs 0.905±0.013,t=-3.408,P=0.001),两者的HI(0.114±0.009 vs 0.115±0.085)差异无统计学意义(t=-3.010,P=0.235)。CIRT计划中膀胱及股骨头剂量学参数均优于IMRT(P<0.05),直肠的剂量参数两种治疗方式差异无统计学意义(P>0.05)。[结论] IMRT与CIRT在治疗前列腺癌时均达到要求的剂量覆盖,但CIRT较IMRT减少了对膀胱及股骨头的的辐射剂量,在直肠辐射剂量方面两者无显著性差异。

碳离子被动束扫描剂量验证计划中不同网格大小对剂量验证通过率的影响

目的探索碳离子被动束扫描剂量验证计划中不同网格大小对剂量验证通过率的影响。方法通过对比20个碳离子被动束扫描剂量验证计划中使用2、3、4 mm网格大小计算后的剂量验证通过率及剂量计算时间,分析不同网格大小对剂量验证通过率及剂量计算时间的影响。结果2、3、4 mm三组网格大小计算的碳离子被动束扫描剂量验证计划剂量验证通过率比较差异无显著性(P>0.05),但剂量计算时间比较差异有显著性(H=41.616,P<0.05)。结论碳离子被动束扫描剂量验证计划的剂量验证通过率和2、3、4 mm计算网格不存在相关性,但随着计算网格的增大,碳离子剂量验证计划的剂量计算时间明显缩短,提高了剂量验证效率,建议在碳离子被动束扫描剂量验证计划时选用4 mm计算网格。

碳离子治疗肿瘤的临床进展研究

碳离子束拥有独特的物理学及生物学优势,在肿瘤治疗过程中具有高效性和低毒性,并且整体治疗周期短,因此被认为是21世纪最理想的肿瘤放射治疗射线。但是碳离子中心建设及设备运营费用昂贵,目前世界范围内,仅有日本、德国、中国、意大利、奥地利等极少数国家将碳离子应用于临床。自1994年以来,日本一直应用碳离子束治疗恶性肿瘤,治疗效果较好。截至2022年底,全球范围内超过46800例患者接受了碳离子治疗,其中包括头颈部恶性肿瘤、肺癌、肝癌、胰腺癌等。本文总结近20年来碳离子在临床应用中的经验、治疗效果、最新发展及其作为一种新兴癌症治疗方式的优点,并将碳离子治疗与传统的光子放疗疗效及不良反应进行比较,可以帮助临床进一步了解碳离子治疗的优势及进展,并且指导关于新的碳离子治疗中心的建设,从而更好地服务于肿瘤患者。

二维碳离子放疗计划中摆位误差对靶区剂量的影响

目的探讨二维碳离子放疗计划中摆位误差对靶区剂量的影响。方法基于现有的放疗计划系统ciPlan,分别在水膜体和人体CT影像中建立一个6 cm×6 cm×6 cm大小的规则计划靶区,采用碳离子二维均匀扫描,模拟靶区中心在左-右(L-R)、前-后(A-P)和头-脚(H-F)三个维度中单个方向、2个方向和3个方向分别偏离0.5、1.0、2.0、3.0和5.0 mm时,靶区90%和95%体积所受剂量的变化。结果在水模体当中,靶区中心偏移量≤1 mm时,靶区90%和95%体积所受剂量的变化量很小;当靶区中心偏移量>1 mm时,靶区90%和95%体积所受剂量的变化量存在不同程度的增大,但靶区中心偏移量<2 mm时,靶区90%和95%体积所受剂量的偏差低于5%;当靶区中心偏移量>3 mm时,靶区90%和95%体积所受剂量变化剧烈,偏差甚至达到近50%。在人体CT影像中,靶区中心偏移量≤1 mm时,靶区90%和95%体积所受剂量的变化量很小;当靶区中心偏移量>1 mm时,靶区90%和95%体积所受剂量就会出现比较复杂的变化。另外,不管是在水膜体中还是在人体CT影像中,剂量偏差均具有方向性,且靶区95%体积所受剂量相对于靶区90%体积所受剂量对位置精确度表现出更加明显的相关性。结论在碳离子二维均匀扫描过程中,为了保证靶区的剂量,摆位误差应≤1 mm;靶区95%体积所受剂量相对于靶区90%体积所受剂量对摆位精确度的依赖更强;在非均匀模体CT影像中,位置的偏移对靶区剂量的影响更为复杂。

我国重离子束放疗可深入体内2到10厘米

据2005年5月5日《新民晚报》援引新华社兰州5月4日电，中科院近代物理研究所利用新近建成的兰州重离子加速器冷却储存环提供的高能碳离子束，在进行治癌柬流物理特性测试、细胞和动物辐照实验的基础上，与兰州军区兰州总医院和甘肃省肿瘤医院合作，实现了深层肿瘤（体内深度达2～10cm）的重离子治疗。这是中科院近代物理研究所继2006年11月实现浅层肿瘤重离子治疗以来，取得的一次新突破。

碳离子治疗计划系统中CT-WEPL校正曲线的测量研究

目的通过实验测量建立一个计算机断层扫描-水等效路径长度(CT-WEPL)校正曲线,应用于碳离子放射治疗计划(ciPlan)系统。方法使用几个组织等效材料测量WEPL系数,在这些数据基础上,根据分布拟合出CT-WEPL校正曲线。结果通过实验测得CT-WEPL=1.075×10-3 CT+1.068(CT<-85);CT-WEPL=4.247×10-4 CT+1.014(CT≥-85)。结论在实验基础上,CT值与WEPL系数之间没有固定通用的曲线,对于特定的CT机,应该建立一个专用的CT-WEPL校正曲线。

应用PEAKFINDER测量点扫描碳离子束深度剂量分布

近些年，国内出现了两家利用碳离子束流治疗癌症的放疗装置，分别为兰州近代物理研究所研制的散射碳粒子束治疗设备与上海市质子重离子医院的主动式点扫描碳离子治疗设备。这两台设备代表了两种不同类型的碳离子束流：散射束流与点扫描束流。碳离子散射束流主要指的是经过散射体和射程调制器扩展后的碳离子束流；主动式点扫描束流，也称为笔形束，它利用偏转磁铁控制束流扫描位置，能量变化调节碳离子束流的深度分布形成类似笔形的碳离子束流。碳离子治疗装置在投入临床治疗前，需要进行大量的质量控制测试，其中，碳离子深度剂量分布是碳离子治疗装置质量控制检测的重要内容。通过测量碳离子束流深度剂量分布可以了解治疗装置的最大剂量点（布拉格峰）位置以及最大穿透深度等重要信息。

质子碳离子笔形束扫描技术治疗Ⅰ期非小细胞肺癌的初步结果

目的在国内首次报道采用质子碳离子射线治疗Ⅰ期非小细胞肺癌（NSCLC）的近期疗效和不良反应。方法2014年8月至2015年12月，共收治10例病理证实的Ⅰ期NSCLC患者。使用IONTRIS设备笔形束扫描技术，通过可以调节能量的点扫描、实现对靶区更加适形的目的，2～4个射野给予质子和碳离子放疗。根据肿瘤部位给予不同分割方式照射，4例周围型接受50～70GyE／10次放疗，3例中间型60～64GyE／15～16次，3例中央型66～72GyE／22～24次。结果中位随访时间为18．1（11．9～28．1）个月，最后一次随访时患者均存活。10例患者局部控制率100％，其中6例患者完全缓解，3例部分缓解，1例疾病稳定；2例放疗后随访中出现远处转移。放疗开始3个月内，无3级及以上放疗相关急性不良反应发生。随访期内未观察到2级及以上的晚期不良反应。放疗后1和3—5个月肺功能（最大通气量、第1秒通气量及CO弥散量）与放疗前相比略有上升，差异无统计学意义（P〉0．05）。结论对Ⅰ期非小细胞肺癌患者，质子碳离子笔形束扫描技术治疗短期随访结果安全、有效。

碳离子束治疗浅层肿瘤临床试验结果

浅表部位肿瘤的主要治疗方法是手术切除或术后放疗，但重离子束治疗浅层肿瘤的研究报道少见，为此用重离子束照射技术对15例浅表肿瘤进行临床治疗试验，现将疗效和毒副反应结果报道如下。

胸腺肿瘤质子碳离子放疗的剂量对比研究及短期疗效观察

目的对比光子和质子碳离子(粒子)放疗计划在有可见胸腺肿瘤患者中危及器官受量的差异,并观察粒子射束放射治疗胸腺肿瘤的近期疗效和不良反应。方法回顾性分析19例于2015年9月至2018年8月接受非姑息性粒子放疗、至少经过1次随访的胸腺肿瘤患者。肿瘤分期涵盖Ⅰ~ⅣB期,其中Ⅲ~ⅣB期15例。所有患者均经病理学证实,包括10例胸腺瘤,6例胸腺癌和3例胸腺神经内分泌肿瘤。对13例有可见肿瘤的患者进行光子调强、质子和碳离子笔形束扫描放疗计划对比,光子和质子的处方为66 GyE/33次,碳离子为66 GyE/22次。未经手术的5例初治和7例术后肉眼肿瘤残留(R2切除)患者,接受根治性放疗:质子44.0~48.4 GyE/20~22次加碳离子推量21.0~23.1 GyE/7次;1例完整切除(R0)术后患者,质子45 GyE/25次;5例术后显微镜下残留(R1切除)者,质子60.0~61.6 GyE/28~30次;1例术后放疗后复发者,碳离子60 GyE/20次。结果中位随访时间19.0(2.4~42.9)个月。13例可见肿瘤患者肿块最大径中位数5.7(2.7~12.8)cm;剂量对比研究显示粒子计划可显著降低脊髓最大剂量、肺、心、食管等危及器官的平均剂量、以及受照区域积分剂量,仅约为光子计划的25%~65%。除1例心肌梗死(4级晚期反应)可能与放疗相关外,未发现其他≥3级放疗相关不良反应。所有患者无局部复发,4例Ⅲ~ⅣB期患者在放疗开始后6.1~22.8个月出现区域淋巴结、肺、胸膜、颅底、骨和肝等部位转移。2年局部控制率和总生存率均为100%,无疾病进展生存率和无远处转移生存率均为64.6%。结论对胸腺肿瘤的剂量对比分析显示,质子碳离子放疗的正常组织受量仅为光子计划的25%~65%;临床结果提示短期疗效好、不良反应轻微。

质子FLASH放疗计划设计的考虑因素及现状分析

放射治疗(简称“放疗”)作为肿瘤的主要治疗方式之一,利用肿瘤细胞和正常细胞的差异,在保护正常组织的同时,杀灭肿瘤细胞.近年来,许多研究发现,相较于常规剂量率放疗,超高剂量率(ultra-high dose rate,UHDR,or FLASH)放疗能够在保持肿瘤控制率的前提下,对正常组织有更好的保护作用,这一发现被称为FLASH效应.FLASH效应为提升放疗的治疗窗、降低放疗过程中正常组织的毒副反应提供了新思路.因此,如何完成FLASH效应的临床转化这一问题成为放疗领域的研究热点.目前,FLASH效应的生物学机制尚不清楚,大部分实验只对细胞或动物进行了FLASH照射.为了给FLASH效应的临床转化提供技术支撑,越来越多的团队开始探索如何利用现有的治疗设备进行更复杂的FLASH放疗计划的设计.虽然关于FLASH效应的实验大多使用电子进行照射,但由于质子能够治疗更深的肿瘤,并且可以有效地减少肿瘤后方的出射剂量,质子在FLASH放疗上有较大的应用前景.基于质子的剂量学优势,越来越多的团队开始探索如何利用质子实施FLASH放疗.本文对近10年(2014~2023年)质子FLASH放疗领域的研究进行回顾性总结,从诱发FLASH效应的潜在要求、现有的输送系统和投递技术3个方面总结了质子FLASH放疗计划设计的限制和发展前景,对引发FLASH效应的重要条件——剂量率的定义方式进行总结讨论.最后,总结分析目前已经提出的质子FLASH放疗计划设计方案,旨在全面系统地为如何将FLASH效应转化为临床益处提供有用的证据.

基于放疗设备时间特性研究提高质子重离子治疗效率方法

目的通过对加速器系统时间特性的分析,找出影响质子重离子治疗时间的关键因素,研究提高治疗效率的方案。方法系统分析了47例分别使用质子和碳离子治疗不同类型癌症患者的治疗日志文件,其中肺癌患者使用了呼吸门控技术。研究质子碳离子治疗系统射束投照的时间特性,并找出潜在提高治疗效率的办法。结果使用门控技术的质子束治疗肺癌患者每个等能量层平均出束时间和平均周期最长,分别为(2.98±1.98)s和(5.71±4.51)s。不使用门控技术的质子和碳离子治疗患者的平均周期约为7min。使用门控技术的质子治疗肺癌患者的平均周期约为15min。结论使用对布拉格峰展宽较宽的微型脊形过滤器或纹波过滤器以减少等能量层数,以及采用被动屏气门控技术以消除门控导致的单个等能量层治疗的中断,是部分治疗设备提高治疗效率的两种可行方法。