質(zhì)子弧形治療（Proton arc therapy, PAT）是一種新的質(zhì)子治療技術(shù)，通過自動(dòng)化的多束質(zhì)子束遞送，改善劑量適形性和遞送效率，并提供更有利的傳能線密度（LET）分布。然而，與調(diào)強(qiáng)質(zhì)子治療（IMPT）相比，PAT可能會(huì)擴(kuò)大低劑量區(qū)域，從而影響輻射誘導(dǎo)的二次癌癥的發(fā)生可能，但先前不同模式的質(zhì)子治療之間的比較研究有限。過往的研究認(rèn)為，IMPT/筆形束（PBS）與光子調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)相比可以降低二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)。近期，美國佛羅里達(dá)大學(xué)質(zhì)子中心的研究人員比較了PAT、IMPT和容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療/調(diào)強(qiáng)放射治療（VMAT/IMRT）三種技術(shù)在六個(gè)解剖部位的放射治療中引發(fā)二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)的影響。該研究成果發(fā)表在的綠皮雜志Radiotherapy and Oncology。

治療計(jì)劃

研究涵蓋了質(zhì)子治療六個(gè)常見癌種（乳腺、顱底、頭頸部、胸椎、縱隔和前列腺）相關(guān)的解剖部位，每個(gè)部位選取五名患者，分別使用PAT、IMPT和VMAT/IMRT三種技術(shù)制定治療計(jì)劃。通用參數(shù)包括處方劑量，分次，以及依據(jù)機(jī)構(gòu)臨床實(shí)踐進(jìn)行的劑量歸一。所有質(zhì)子計(jì)劃均進(jìn)行了魯棒優(yōu)化。

風(fēng)險(xiǎn)評估

使用Schneider的部位特異性致癌誘導(dǎo)模型來評估二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)。該模型結(jié)合了線性無閾值（LNT）模型和線性二次模型（LQ模型）的特點(diǎn)，通過特定器官的LNT模型的初始斜率（β）、人群依賴參數(shù)（μ）和器官等效劑量（OED），計(jì)算超額絕對風(fēng)險(xiǎn)（Excess absolute risk, EAR）。OED通過風(fēng)險(xiǎn)等效劑量（Risk Equivalent Dose, RED）對每個(gè)體素的劑量進(jìn)行加權(quán)求和得到。RED描述了癌癥誘導(dǎo)相關(guān)的劑量-反應(yīng)關(guān)系，研究使用了兩種RED模型，其中機(jī)制模型（mechanistic model）將細(xì)胞殺傷、修復(fù)、再群體化等考慮在內(nèi)，線性模型（linear model）則用器官平均劑量描述OED。終生歸因風(fēng)險(xiǎn)（Lifetime Attributable Risk，LAR）是指在患者一生中因接受放射治療而額外增加的癌癥發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)接受輻射時(shí)的年齡、達(dá)到年齡（attained age）和基線生存概率等進(jìn)行計(jì)算。

技術(shù)間比較

通過劑量體積直方圖（DVH）評估計(jì)劃質(zhì)量，比較不同技術(shù)對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的劑量影響。二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)通過對OED_IMPT/OED_PAT及OED_photon/OED_PAT的評價(jià)以及LAR的風(fēng)險(xiǎn)放大來進(jìn)行不同技術(shù)間的比較。平均劑量和積分劑量均進(jìn)行計(jì)算。

計(jì)劃質(zhì)量

研究共創(chuàng)建了90個(gè)治療計(jì)劃，并用多種方式對計(jì)劃質(zhì)量進(jìn)行評估。所有計(jì)劃都可以代表臨床場景并可安全實(shí)施于患者。圖1和圖2顯示了頭頸腫瘤和前列腺腫瘤病例在三種技術(shù)間的典型劑量分布情況。

圖1.針對具有代表性的雙側(cè)頭頸部癌癥病例的PAT、IMPT和VMAT計(jì)劃比較。同時(shí)展示了劑量體積直方圖（DVH）比較，包括臨床靶區(qū)、食管和左側(cè)腮腺。

圖2.針對一例具有代表性的前列腺癌治療病例，對比分析PAT、IMPT和VMAT的放療計(jì)劃。

劑量比較

在大多數(shù)情況下，PAT的平均劑量和積分劑量最低。例如，在乳腺和縱隔的治療中，PAT顯著降低了肺部V20Gy、V10Gy和V5Gy劑量以及冠狀動(dòng)脈左前降支（LAD）的最大劑量。在頭頸腫瘤患者中，PAT也能顯著降低腦干和脊髓的最大劑量以及食管和腮腺的平均劑量。該優(yōu)勢在治療顱底腫瘤時(shí)未體現(xiàn)出對視神經(jīng)管或腦干的保護(hù)，而是降低了對正常腦組織的平均劑量。表1顯示了六個(gè)部位在三個(gè)治療模式下的相關(guān)計(jì)劃指標(biāo)。

表1. 在六個(gè)治療部位中，針對PAT、IMPT以及光子（VMAT或IMRT）計(jì)劃評估的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)相關(guān)計(jì)劃指標(biāo)。數(shù)值代表每個(gè)部位五名患者的平均值。

二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)

研究使用了平均劑量和積分劑量評估二次腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)。除外少數(shù)情況，PAT都實(shí)現(xiàn)了最低的平均劑量和積分劑量。除外平均劑量低于0.1 Gy的組織區(qū)域，PAT相對于IMPT和VMAT的平均劑量比值分別為0.7-1.8和1.3-9.6，中位數(shù)分別為1.2和1.7。

當(dāng)使用機(jī)制劑量反應(yīng)模型（mechanistic dose–response model）時(shí)，PAT和IMPT之間的二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)差異很?。?/span>OED_IMPT/OED_PAT比值范圍為0.7-1.8，中位數(shù)為1.1）。以治療部位看，在排除LAR小于0.1%的器官后，PAT在大多數(shù)器官中的二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)值與IMPT相當(dāng)或更低。僅在乳腺（縱隔腫瘤）和膀胱部位PAT的二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)略高，但膀胱部位的風(fēng)險(xiǎn)增加同時(shí)伴隨著直腸的風(fēng)險(xiǎn)降低，而直腸的LAR相對最高，因而綜合風(fēng)險(xiǎn)得到平衡。

與VMAT相比，PAT的二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)顯著降低（OED_photon/OED_PAT比值范圍為0.9-10，中位數(shù)為1.6）。其中僅腮腺區(qū)域的比值為0.9。使用線性模型時(shí)，OED_IMPT/OED_PAT在腮腺的比值為1.3-1.4，而使用機(jī)制模型時(shí)，比值則為0.8-0.9。OED比值在除腮腺外的其他器官則接近，PAT相對于IMPT和VMAT的OED比值分別為0.7-1.8和1.3-9.6，中位數(shù)分別為1.2和1.7。

對腮腺的差異進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。圖3展示了腦干、肺、腮腺的平均劑量與OED的關(guān)系。為了增加數(shù)據(jù)點(diǎn)，作圖時(shí)未區(qū)分不同技術(shù)，且兩側(cè)腮腺均納入比較。以平均劑量和OED分別為x軸和y軸作圖，可以看到不同器官之間的相關(guān)性（R²）差異明顯。右圖展示了使用機(jī)制模型時(shí)不同器官的劑量反應(yīng)曲線，可以看到不同器官組織具有不同的劑量-反應(yīng)曲線的形狀，從而影響OED與平均劑量的相關(guān)性及對二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)的評估。

圖3. 左側(cè)圖表顯示了在腦干、肺和/或腮腺接受可測量劑量的情況下，平均劑量與器官等效劑量（OED）之間的相關(guān)性。右側(cè)圖表展示了各器官的機(jī)制性劑量-反應(yīng)曲線，這些曲線的不同形態(tài)特征突顯了它們對平均劑量與OED相關(guān)性模式的影響差異。

研究者對一例頭頸腫瘤患者案例進(jìn)行了深入分析。用PAT和VMAT計(jì)劃時(shí)，對其左側(cè)腮腺和食管的差分劑量體積直方圖進(jìn)行了比較。左側(cè)腮腺使用PAT時(shí)的LAR為0.09%，而使用VMAT時(shí)為0.07%。盡管PAT的LAR略高，但平均劑量和積分劑量卻更低。其中平均劑量PAT為24.8 Gy，VMAT為45.0 Gy。積分劑量PAT為860.4 Gy·cc，VMAT為1560.8 Gy·cc。這表明LAR不僅取決于平均劑量，還與劑量-反應(yīng)曲線的形狀有關(guān)。而同時(shí)，食管在使用PAT時(shí)的LAR為0.72%，而使用VMAT時(shí)為1.15%。PAT的LAR更低，盡管差分DVH曲線的形狀與左側(cè)腮腺相似。這表明劑量-反應(yīng)曲線的形狀對風(fēng)險(xiǎn)評估有重要影響，需要綜合考慮。

圖4. 頭頸部癌癥患者的左側(cè)腮腺（頂部）和食管（底部）在PAT和VMAT計(jì)劃中的差分劑量體積直方圖（DVH）曲線，以及兩個(gè)器官在機(jī)制模型中的劑量依賴性。

（質(zhì)子中國 編譯報(bào)道）