日前，來自英國Christie NHS信托基金會的R.I. MacKay教授發(fā)表了一篇題為《質子治療的圖像引導技術》的綜述，總結了質子治療圖像引導技術的應用現(xiàn)狀，區(qū)分了與高能X線放療圖像引導技術的差異，并對其今后的進展進行了展望。原文發(fā)表在2018年2月的《Clinical Oncology》上。前兩期中，質子中國與大家分享了治療計劃制定的成像技術以及患者擺位的千伏級成像技術和治療室內的容積成像技術，詳情請見《質子治療的圖像引導技術(一)：治療計劃的成像技術》、《質子治療的圖像引導技術(二)：患者擺位的千伏級成像技術和治療室內的容積成像技術》。本期中，小編將繼續(xù)為大家介紹射程驗證的成像技術。

X線放療中，解剖結構成像和劑量模擬是確定患者照射劑量的最好方式，但無法對X線的劑量沉積進行直接成像。質子治療可通過更直接的方式對沉積在患者體內的照射劑量進行成像。目前有兩種廣泛研究的治療中劑量沉積成像方式。

質子束與患者組織間的非彈性相互作用會產生不穩(wěn)定同位素，不穩(wěn)定同位素可引起正電子湮滅，PET則可以檢測正電子湮滅散射出來的一對伽馬光子。傳統(tǒng)的PET掃描設備可檢測半衰期各異的不同同位素的正電子散射。成像的PET信號無法直接檢測劑量，因此PET圖像不能同治療計劃中預測的3D劑量分布直接比較，但可與正電子散射分布預測的蒙特卡羅模擬進行比較。

是否可將PET作為一種有效的質子治療驗證工具取決于下列因素。當商用PET掃描設備與治療室有一定距離時，將患者從治療床移動到PET掃描儀并還原治療體位進行成像需要一定的時間，由于存在放射性同位素半衰期以及PET活性的生物洗脫效應(biological washout)，在這段時間內PET信號會減弱。PET信號衰減導致需要延長掃描時間來獲取可用的PET圖像。照射不同的質子治療照射野可能間隔數分鐘，因此成像時PET的活性取決于束流輸送的順序。成像與治療的時間間隔越長，越難應用蒙特卡羅模擬預測PET的分布。

上述限制促使了治療室內PET掃描的開展，無論是治療室內獨立的PET掃描設備或將PET掃描系統(tǒng)與旋轉機架相整合。實用性研究顯示治療室內的獨立掃描設備可將治療和成像的時間間隔縮短至2.5分鐘，掃描時間縮短至5分鐘，而在治療室以外進行掃描的時間預計為30分鐘。但盡管可顯著縮短時間，生物洗脫效應模型仍顯示了許多不確定性，并且成像可大幅影響繁忙的治療中心的患者量。

為了進一步簡化成像流程，科研人員已經研發(fā)出了“在束”PET("in beam" PET)，PET探測器置于束流周圍，這樣可以在治療體位對患者進行成像。將平面的PET探測器與旋轉機架整合，可對等中心點體位進行成像。“在束”PET系統(tǒng)可在束流輸送結束后立即對患者進行成像，采集時間為200秒，將后續(xù)分次的圖像與第一個分次的圖像比較，同時可以觀察腫瘤移動相關的時間序列(time trends)，而不是將平面圖像與預測的PET分布比較。相關信息請見質子中國往期文章《Beam-On PET能夠實時追蹤質子劑量》。

射程驗證的另一種成像方式是測量質子與靶核間非彈性相互作用產生的瞬發(fā)伽馬散射，伽馬散射是激發(fā)核回歸基態(tài)的結果。與正電子衰變相比，瞬發(fā)伽馬相互作用產生的伽馬散射更加直接，并與劑量直接相關。有多種方法可以測量瞬發(fā)伽馬信號，包括單閃爍體、刃口狹縫伽馬相機、多狹縫探測器以及康普頓照相機。

目前只有一種商業(yè)化并且經臨床測試的瞬發(fā)伽馬信號測量系統(tǒng)。由Oncoray(德累斯頓，德國)和IBA公司(魯汶，比利時)研發(fā)的一款刃口狹縫照相機原型被用于測量被動散射質子治療的交互射程(interactional range)，精確度為±2mm。這個系統(tǒng)后續(xù)還用于點掃描質子治療的射程驗證，每個獨立能量層的射程可精確到1.3mm或更小，表明這種基于推車(trolley-based)的系統(tǒng)原型可在臨床中用于瞬發(fā)伽馬的測量。更多詳情請見質子中國往期文章《瞬發(fā)伽馬成像技術的應用能夠解決質子治療誤差問題，優(yōu)化質子治療療效》、《IBA瞬發(fā)伽馬線照相機可以應用于臨床筆形束質子治療》、《瞬發(fā)γ成像進入臨床》、《第57屆PTCOG學術會議開幕，物理場辯論成亮點》。

鑒于質子治療固有的射程不確定性及其可能導致的臨床后果，研究人員對應用PET和瞬發(fā)伽馬方法進行射程驗證均給予了廣泛關注，但研發(fā)出有效的成像系統(tǒng)進行質子治療射程驗證仍有很多工作要做。PET驗證的固有同位素衰減和生物洗脫效應近年來阻礙了這項技術的發(fā)展。目前已經研發(fā)出了瞬發(fā)伽馬商用原型機，并且可能更具臨床應用潛力。對于廣泛的臨床應用，還需要進行大量的硬件開發(fā)來研制出完整的、便于應用的測量系統(tǒng)。作為臨床工具，射程成像技術可提供有價值的反饋，降低治療計劃制定過程中的系統(tǒng)不確定性，標示出患者擺位偏差以及需進行計劃適應的解剖結構改變。（質子中國 編譯報道）

參考文獻：MacKay RI. Image Guidance for Proton Therapy. Clin Oncol. 2018;30(5):293-298.