世界上首批采用质子弧形治疗的患者

摘要：意大利特伦托质子治疗中心的一个团队首次使用质子弧形治疗（一种新兴的质子输送技术）进行了临床治疗。在与临床输送的质子计划进行剂量学成功比较后，研究人员证实了 PAT 输送的可行性，并使用 PAT 治疗了 9 名癌症患者，并在《医学物理学》上发表了他们的研究成果。

意大利特伦托质子治疗中心的一个团队首次使用质子弧形治疗（一种新兴的质子输送技术）进行了临床治疗。在与临床输送的质子计划进行剂量学成功比较后，研究人员证实了 PAT 输送的可行性，并使用 PAT 治疗了 9 名癌症患者，并在《医学物理学》上发表了他们的研究成果。

目前，质子治疗主要采用铅笔束扫描 (PBS) 进行，这种技术可提供高度适形的剂量分布。但是，在可接受的治疗时间内，可发射的光束方向数量较少，这可能会影响 PBS 的发射效果。PAT 通过转向弧形轨迹克服了这一限制。

“质子弧治疗不同于任何其他铅笔束质子传输技术，因为它使用了大量光束角度，并且可以优化每个光束方向使用的能量数量，从而优化传输时间，”第一作者Francesco Fracchiolla解释道。“优化能量层数量和点重量的能力使这些治疗优于任何以前的传输技术。”

方案比较

特伦托的研究人员与RaySearch 实验室的同事合作，针对 10 名头颈癌患者，比较了 PAT 计划与最先进的多野优化 (MFO) PBS 计划的剂量参数。他们重点关注这个部位，因为靠近目标的大量危及器官 (OAR) 可以使用这项新技术来避免。

将来，PAT 计划将在机架运动期间通过光束传送（动态模式）。这需要动态弧形计划传送，所有系统设置都根据机架角度自动调整 - 这种方法对硬件和软件有特定要求，迄今为止阻碍了临床推广。

相反，Fracchiolla 及其同事采用了静态 PAT 的替代版本，其中静态弧被转换为一系列 PBS 光束，并使用传统的传输工作流程进行传输。使用 RayStation 治疗计划系统，他们创建了 MFO 计划（使用六个非共面光束方向）和 PAT 计划（具有 30 个光束方向），并针对设置和范围不确定性进行了稳健优化。

与 MFO 治疗相比，PAT 计划显著改善了剂量适形性。虽然两种治疗类型的靶区覆盖质量相同，但 PAT 降低了所有患者 OAR 的平均剂量。影响最大的是脑干，PAT 分别将最大剂量和平均剂量降低了 19.6 和 9.5 Gy（RBE）。其他主要 OAR 的剂量在计划之间没有显著差异，但 PAT 显著降低了不直接靠近靶区的次要 OAR 的平均剂量。

研究团队还评估了这些剂量差异如何影响正常组织并发症概率 (NTCP)。PAT 显著降低了 (8.5%) 发生口干症的风险，并略微降低了其他 NTCP 终点（吞咽功能障碍、管饲和唾液粘稠）。

为了验证临床 PAT 的可行性，研究人员在临床机架上为一名患者实施了 MFO 和 PAT 计划。重要的是，两种技术的发射时间（从第一束射线开始到最后一束射线结束）相似：30 个射线方向的 PAT 为 36 分钟，MFO 为 31 分钟。将射线方向数量减少到 20 个可将发射时间缩短至 25 分钟，同时保持几乎相同的剂量数据。

首批患者治疗

方案比对与可行性测试的成功结果促使团队开始临床治疗。

“最终启用的原因是，离散化 PAT 计划几乎完全保持了其所衍生的原始动态（连续旋转）弧计划的最佳剂量特性，因此无需等待全弧即可将潜在优势投入临床使用。预处理验证显示出出色的剂量准确性，并且一切都可以在完全获得 CE 认证的环境中完成，”特伦托质子治疗中心主任Frank Lohr和副主任Marco Cianchetti表示。“目前唯一的缺点是，我们的治疗速度还达不到全动态弧所能达到的速度。”

到目前为止，已有 9 名患者接受或正在接受 PAT 治疗：5 名患有头颈部肿瘤，3 名患有脑肿瘤，1 名患有胸癌。对于前两名头颈部患者，该团队制定了半弧（180° 至 0°）的 PAT 计划，包含 10 个光束方向，平均治疗时间为 12 分钟。接下来的两名患者采用全弧（360°）治疗，包含 20 个光束方向。这里，平均治疗时间为 24 分钟。针对患者的质量保证显示，平均伽马通过率（3%，3 毫米）为 99.6%，只有一名患者需要重新制定计划。

质子弧形治疗：我们需要它吗？我们能够实现它吗？

所有 PAT 治疗均使用该中心的 IBA ProteusPlus 质子治疗装置和现有的临床工作流程进行。“我们的治疗计划系统可以将弧形计划转换为具有多束的 PBS 计划，”Fracchiolla 解释道。“通过这种解决方法，整个临床链不会改变，并且计划可以在现有系统上实施。这种将弧形计划转换为 PBS 计划的能力意味着基本上每个质子中心都可以使用当前的硬件设置提供这些治疗。”

研究人员目前正在分析患者的急性毒性数据，以确定 PAT 是否能降低毒性。他们还希望进一步缩短给药时间。

“希望与 IBA 一起，我们可以简化 OIS [肿瘤信息系统] 和治疗控制系统之间的当前工作流程，以减少治疗时间，从而在完全动态弧治疗成为临床现实之前与传统方法相比更具竞争力，”Lohr 补充道。