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。

碳离子束放射治疗肿瘤的临床进展

带电粒子放疗通常被认为是肿瘤放射治疗的前沿技术。而碳离子束放射治疗(C-ion RT)在近年来带电粒子治疗肿瘤中应用日趋广泛且治疗效果明显。世界范围内有几十家质子治疗中心,主要分布在美国、欧洲和亚洲,但使用C-ion RT肿瘤的只有日本、德国、中国等几个国家。自1994年以来,日本一直在用碳离子束治疗癌症,且目前已有5个碳离子中心在收治患者,尚有数个中心正在建设中。总结这年来碳离子在临床应用的经验、碳离子高效低毒的治疗效果及在治疗难治性肿瘤和抗放射线肿瘤方面的优异特性,可进一步了解肿瘤放射治疗的前沿进展,以指导新的重离子治疗中心的设计和建设。

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。

中国首台碳离子治疗系统放疗肿瘤不良事件分析

目的:分析中国首台碳离子治疗系统用于肿瘤患者放疗的临床不良事件。方法:回顾性分析甘肃省药物警戒中心获取的相关单位临床试验监测数据,对2018年11月—2019年2月于甘肃省武威肿瘤医院参与临床试验、接受碳离子治疗的46例肿瘤患者的人口学特征、放疗技术、照射部位和剂量参数、放疗术后随访及不良事件发生信息进行描述性研究。采用频数和百分比描述分析不同分组下的肿瘤患者碳离子治疗后不良事件发生情况。根据治疗剂量和分割方式对接受放疗的受试者进行分组分析。结果:46例放疗患者中位年龄为47岁,男女比例为30∶16,头颈部、胸部、腹部、盆腔及四肢脊柱肿瘤患者分别为15、5、8、9、9例。放疗总时长为2~4周,总次数10~16次。不良事件共发生45例(98%)246例次,未发生重度不良事件。与碳离子器械肯定相关的不良事件占19.1%,未发生与器械相关的严重不良事件。按照常见不良反应事件评价标准(CTCAE),主要为CTCAE 2级及以下不良反应,其中仅1例(2%)头颈部肿瘤患者(鼻咽恶性肿瘤)发生CTCAE 3级不良反应。43例(93%)患者发生急性不良反应,主要涉及皮肤、黏膜、眼、耳、咽和食管、上消化道、下消化道(包括盆腔)、肺、生殖泌尿道、心脏、中枢神经系统、血液学(白细胞、血小板及中性粒细胞)等部位。结论:使用中国首台碳离子治疗系统治疗后,患者的不良反应主要为CTCAE 2级及以下,其临床不良事件轻微可控。

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。

国产碳离子系统治疗54例肺癌临床分析

目的探讨碳离子治疗早期(Ⅰ期)和局部晚期(Ⅱ-Ⅲ期)肺癌的治疗预后情况并分析预后影响因素。方法回顾性分析2020年3月至2022年9月在甘肃省武威肿瘤医院重离子中心完成碳离子治疗、随访的54例肺癌患者的一般临床资料、治疗、不良反应以及生存情况等资料。采用Kaplan-Meier法绘制生存曲线,log-rank法进行差异检验,并采用logistic回归对影响患者预后的因素进行分析。结果根据入选、排除标准共纳入54例患者,其中早期肺癌患者10例,局部晚期肺癌患者44例。10例早期肺癌患者中位随访时间为11.0(6.75,17.25)个月,照射中位剂量为60 Gy[相对生物效应(RBE)],至末次随访,3例完全缓解,3例部分缓解;4例病情稳定,没有出现病情进展的患者,1、2年局部控制率(LCR)、无进展生存(PFS)率、总生存(OS)率均为100%。治疗及随访期间,出现2例1级放射性肺炎,1例2级放射性肺炎、1例胸壁损伤(胸壁疼痛),没有2级以上的不良反应。44例局部晚期患者中位随访时间为12.5(4.25,21.75)个月,照射中位剂量为72 Gy(RBE),治疗过程中32例(73%)患者采用同步放化疗,放疗后有20例(45%)患者接受了序贯化疗、14例(32%)患者接受了免疫维持治疗、3例(7%)患者病情进展采用了靶向药物治疗。至末次随访,3例(7%)完全缓解,17例(39%)部分缓解,19例(43%)病情稳定,5例(11%)病情进展。1、2年LCR分别为96.0%、87.3%;1、2年PFS率分别为90.9%、84.1%;1、2年OS率分别为93.2%、86.4%;患者中位OS、PFS尚未达到。多因素分析显示放疗后维持治疗(P=0.027)、临床靶区(CTV)照射体积(P=0.028)是影响PFS的因素;同步放化疗(P=0.042)、放疗后维持治疗(P=0.020)是影响OS的因素;肿瘤靶体积(GTV)≥215 ml(P=0.068)可能是发生2级以上放射性肺炎的独立危险因素。结论碳离子系统治疗早期和局部晚期肺癌临床效果确切、不良反应可控,联合同步化疗以及治疗后进一步维持治疗明显改善患者预后,且不良反应没有显著增加。

重离子放射治疗靶区边缘剂量跌落分析

[目的]分析重离子放疗时靶区后缘的剂量跌落梯度,利用重离子治疗计划系统(treatment planning system,TPS),分析固定束照射时在不同的入射方式、多种剂量分割条件下靶区边缘的剂量跌落速度,为重离子放射治疗时靶区与危及器官之间的相对安全距离提供参考数据。[方法]在TPS中选择重离子均匀扫描模式,在均匀水模体中设计多种常用分割条件下单野照射、两野对穿照射、两野正交照射的重离子计划,以射野后缘中心轴线上剂量开始快速下降的位置为基准,采集各计划的剂量跌落数据。[结果]剂量跌落数据分析显示,单野照射时,射野后缘5mm距离后剂量可跌落至约20%;两野对穿照射时,射野后缘5mm距离后剂量可跌落至约50%;两野正交照射时,射野后缘5mm距离后剂量可跌落至约30%~38%。重离子射束后缘的剂量跌落迅速,远优于X射线,在设计放射治疗计划时,可在满足靶区照射剂量的同时,使紧邻靶区的危及器官剂量限值达到临床可接受范围内。[结论]通过计划系统中的数据分析,可以看出重离子束射野后缘剂量的锐度是优于侧缘的,但其产生的X线污染也不容忽视;在实际情况中,重离子束穿射的人体组织是不均匀的,这也会对射野后方的剂量跌落曲线产生影响。故在实际临床中,还需考虑不均匀的CT值对重离子射束剂量跌落的影响。

碳离子治疗系统放射治疗100 例恶性肿瘤患者摆位误差分析

[目的]评价碳离子治疗系统放射治疗恶性肿瘤时摆位误差的影响因素,并探讨精确放疗摆位实施过程中的精度控制方法。[方法]选取2020年3月26日至2021年2月23日甘肃省武威肿瘤医院重离子中心100例恶性肿瘤患者。头颈部30例、胸部30例、腹部17例、盆腔17例、四肢6例。所有患者在分次间碳离子放疗前行DR 0°和90°正交位DR拍片,利用Registration软件将DR拍摄正交图像和计划CT生成的DRR图像进行配准,分析靶区中心在X、Y、Z轴方向上误差值及误差分布。[结果]不同部位肿瘤患者摆位误差为头颈部X轴(0.62±0.67)mm,Y轴(0.38±0.43)mm,Z轴(1.03±1.45)mm;胸部X轴(1.13±1.25)mm,Y轴(2.21±1.76)mm,Z轴(1.62±1.68)mm;腹部X轴(1.20±1.22)mm,Y轴(2.91±2.33)mm,Z轴(1.51±1.65)mm;盆腔X轴(0.31±0.77)mm,Y轴(0.88±1.31)mm,Z轴(1.62±1.21)mm;四肢X轴(1.91±1.45)mm,Y轴(1.06±1.09)mm,Z轴(1.12±1.11)mm。[结论]碳离子治疗中摆位重复性存在一定误差,头颈部运动器官不明显,治疗体位重复性明显优于胸腹、盆腔、四肢部位。选择正确的体位固定技术及DR位置验证对于碳离子放射治疗的精确实施具有重要作用和实际指导意义。

有无均整器模式对肝癌患者容积旋转调强放射治疗计划的剂量学影响

目的比较直线加速器在6 MV X射线下对肝癌患者有均整过滤器(FF)模式下容积旋转调强放射治疗(FF-VMAT)和无均整过滤器(FFF)模式下VMAT(FFF-VMAT)计划的剂量学影响。方法选取2020年8月—2021年4月于甘肃省武威肿瘤医院确诊为肝癌并拟行放疗的患者10例,采用6 MV X射线分别设计FF-VMAT和FFF-VMAT计划,比较两种模式下治疗计划的靶区适形度(CI)和剂量均匀性(HI)、正常肝组织受量、危及器官(OAR)受量以及加速器总跳数和出束时间。结果FF-VMAT和FFF-VMAT计划靶区剂量分布都能满足临床处方剂量的要求。两种计划加速器出束时间比较差异有显著性(t=13.611,P<0.001),但靶区CI、HI、正常肝组织和OAR的受量以及加速器跳数比较差异均无显著性(P>0.05)。结论FF-VMAT和FFF-VMAT计划均能满足临床治疗需要,但FFF-VMAT计划实际出束时间更短,治疗效率更高,因此FFF-VMAT计划应用于肝癌的临床放疗更具优势。

两种剂量分割模式碳离子放射治疗肺癌淋巴引流区临床报告

目的比较采用相对生物效应(RBE)剂量48 Gy,16次和12次分割碳离子束照射局部晚期非小细胞肺癌(LA-NSCLC)淋巴结引流区的不良反应、有效性及生存率。方法收集2020年6月至2021年12月甘肃省武威肿瘤医院重离子中心收治的病理确诊为LA-NSCLC的患者72例,简单随机法分为A组、B组各36例,分别给予A组48 Gy(RBE)分16次和B组48 Gy(RBE)分12次碳离子束选择野照射淋巴结引流区,观察其急慢性不良反应、有效性及生存率。采用Kaplan-Meier法绘制生存曲线,log-rank法进行差异检验。结果A、B组中位随访时间分别为13.9(8.8~15.7)、14.6(6.3~15.9)个月,治疗有效分别为16例(44.4%)、9例(25.0%),疾病控制分别为34例(94.4%)、30例(83.3%)。统计分析显示A、B组总生存率的差异无统计学意义(χ^(2)=1.192,P=0.275)。两组患者放疗计划参数比较显示,CTV体积,患侧肺D_(mean)、V_(5 Gy(RBE))、V_(20 Gy(RBE))、V_(30 Gy(RBE)),心脏V_(20 Gy(RBE))、V_(30 Gy(RBE))、D_(mean),食管V_(30 Gy(RBE))、V_(50 Gy(RBE))、D_(max)、D_(mean),气管D_(max),脊髓D_(max)等相关指标的差异均无统计学意义(P值均>0.05)。纳入患者在治疗期间及随访过程中均未出现3、4级不良反应;两组患者1、2级急性放射性皮肤反应(χ^(2)=5.134,P=0.077)、放射性食管炎(χ^(2)=1.984,P=0.371)、晚期放射性肺炎(χ^(2)=6.185,P=0.103)发生情况的差异均无统计学意义。结论碳离子放疗系统两种剂量分割模式在LA-NSCLC纵隔淋巴结引流区选择野照射治疗中安全性相近,不良反应可控,远期疗效仍需进一步观察。

基于3D激光扫描仪的重离子治疗补偿器几何精度验证

[目的]利用手持式3D激光扫描仪对重离子均匀扫描治疗中所使用的补偿器进行三维重建,然后利用重建数据进行补偿器加工精度验证。[方法]利用Geomagic qualify软件,将三维重建数据(重建值)与厂家补偿器数据(计划值)进行对齐、3D分析比较,利用3D对比报告,检验补偿器加工精度。将加工精度符合要求的补偿器进行重离子计划绝对剂量验证,采用gamma分析。[结果]在补偿器3D几何偏差在±0.5 mm内的通过率必须≥95%,及补偿器比对偏差在±0.5 mm内重离子计划绝对剂量的通过率必须≥90%的条件下,补偿器3D几何偏差及重离子计划绝对剂量的偏差通过率分别为97.86%±0.83%和96.76%±3.24%。[结论]利用手持式3D扫描仪对重离子均匀扫描治疗中所使用的补偿器三维重建,并利用Geomagic qualify软件进行3D比较来验证补偿器加工精度是一种合理、准确且简单易行的补偿器验证方式。

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。