质子治疗临床应用研究简介

由于质子具有良好的剂量沉积特性,质子治疗已成为当今国际社会公认的先进、精确且适用于多种肿瘤的治疗手段。本文在概述质子放疗特点的基础上,总结了国内外医用质子加速器的发展现状,介绍了质子治疗的物理和生物学特性、质子治疗临床相关技术研究进展及挑战,主要包括治疗计划系统、束流与宽展技术、图像引导技术、运动管理技术以及质子FLASH治疗。旨在帮助读者了解质子治疗的现状,把握未来质子放疗的发展方向。

质子治疗系统技术发展研究

介绍了质子治疗科技发展中的超大剂量快闪(Flash)治疗、弧形(Arc)治疗、小型化紧凑型单间治疗室的治疗系统这三个前沿领域各研究机构和生产厂家最新的研究成果,对这些研究成果进行了深入分析和总结,并预测了未来的发展趋势。

碳离子束FLASH照射实验束流配送方式的研究

目的:改进一套临床碳离子治疗系统的束流配送方式,并测试其性能,以满足使用碳离子束进行FLASH细胞及动物实验的条件。方法:使用碳离子治疗系统的垂直束,通过缩短同步加速器束流引出时间提高流强的方法,来获取超高剂量率。将高流强的束流在深度方向采用脊形过滤器展宽,横向使用点扫描技术扩展,可形成细胞学实验和动物实验所需的射野。测量射野平坦度、半影、吸收剂量、平均剂量率等,以验证束流性能是否满足要求。结果:深度方向展宽的Bragg峰和设计一致,横向剂量曲线测量得到的射野平坦度和半影等参数满足实验要求。扩展后在20 mm×20 mm×10 mm的靶体积内,射野吸收剂量达到8 Gy,射野平均剂量率>60 Gy/s,最大可以达到100 Gy/s;30 mm×30 mm×10 mm靶体积内,射野吸收剂量为4 Gy,部分能量的射野平均剂量率>40 Gy/s,实验中可选择剂量率适合的能量进行照射。结论:经过对束流配送方法的改进,已经能够在同步加速器上实现碳离子FLASH细胞学实验的条件,通过对加速器的改进实现加速粒子数倍增后,剂量率和剂量都可以达到目前文献报道的FLASH动物实验条件。

Flash效应机制研究进展

大量超高剂量率动物实验在不同类型的射线、动物和组织器官中观察到Flash效应,即正常组织损伤减小的同时保持肿瘤控制率与常规剂量率相当。但Flash效应机制还没有得到完全的解释,动物实验和临床转化缺乏理论指导。本文明确Flash效应与离体超高剂量率相关实验的差异,提炼出Flash效应机制的3个关键问题,梳理3类假说:氧耗竭、自由基复合和免疫细胞保护。最后,总结分析Flash效应机制研究的现状和面临的挑战,希望为机制研究提供新思路。