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(guò)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(guò)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(guó)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。上一期為大家分享了研究方法和研究結(jié)果部分，詳情請(qǐng)見質(zhì)子中國(guó)往期報(bào)道《質(zhì)子弧形治療、調(diào)強(qiáng)質(zhì)子治療和容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療/調(diào)強(qiáng)放射治療的二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)（上）》。

作者指出，與VMAT/IMRT相比，PAT在二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)方面顯著降低，與IMPT相比則為相似或更低的風(fēng)險(xiǎn)水平。這一結(jié)果與之前基于模擬的研究一致，這些研究也發(fā)現(xiàn)PAT在二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)方面具有優(yōu)勢(shì)。盡管PAT低劑量區(qū)的范圍有所擴(kuò)大、與IMPT相比似乎會(huì)增加二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)，但必須記住，這些劑量實(shí)際上是從其他接受中等劑量水平的體積轉(zhuǎn)移而來(lái)的。實(shí)際上，PAT的平均劑量和積分劑量通常更低，這在很大程度上影響了眾多器官的二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)。

數(shù)據(jù)顯示平均劑量、積分劑量等參數(shù)與二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)之間存在正相關(guān)，不過(guò)本研究中使用的機(jī)制模型也反映出風(fēng)險(xiǎn)的大小和劑量-反應(yīng)曲線的形狀都高度依賴于器官類型。具有顯著再增殖/修復(fù)能力（高R值）且單次照射相互作用導(dǎo)致細(xì)胞死亡較少（低α值）的組織會(huì)產(chǎn)生更平緩的平臺(tái)狀劑量-反應(yīng)曲線，且向上凸起。隨著這些曲線變得更加線性，二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)可以通過(guò)器官的平均劑量更好地近似，圖3右側(cè)的劑量-反應(yīng)曲線中很好地體現(xiàn)了這一點(diǎn)。當(dāng)使用線性模型時(shí)，OED與器官的平均劑量完全相關(guān)，且不同技術(shù)之間的OED比值等同于平均劑量的比值。

在具有相似劑量分布的不同器官之間，各種劑量-反應(yīng)曲線的形狀也對(duì)應(yīng)了不同的二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)。正如前面提到的，圖4中頭頸部癌癥患者的左側(cè)腮腺（上圖）和食管（下圖）在PAT和VMAT計(jì)劃中的差分劑量體積直方圖（DVH）以及兩個(gè)器官在機(jī)制模型中的劑量依賴性。由于這種依賴性，盡管左側(cè)腮腺的PAT計(jì)劃中的平均劑量和積分劑量更低，但OED略高。對(duì)于食管，這種依賴性不同，導(dǎo)致使用PAT時(shí)OED更低，盡管差分DVH曲線的形狀與左側(cè)腮腺相似。

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。

圖1.針對(duì)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。

正如前面提到的，二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)與平均劑量基本呈正相關(guān)（前提是給定器官的劑量-反應(yīng)曲線為線性或向上凸起），平均劑量越高，二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)越高。在線性模型中以及Schneider等人使用機(jī)制模型在本研究相關(guān)劑量范圍內(nèi)建模的各種器官中，這種正相關(guān)關(guān)系成立。這些器官包括腦、口腔/咽部、結(jié)腸（直腸）、肺、皮膚、骨骼和軟組織。在本研究中包含的器官中，只有少數(shù)情況下肺部的平均劑量較低，但OED值卻較高?？紤]到肺部的變化較大（見圖3），并注意到肺部的R值為0.83，而腦部為0.93、口腔/咽部為0.97、直腸為0.99，這一情況這并不意外。與這些器官相反，腮腺、乳腺、膀胱的R值依次為0.23、0.15和0.06，這些低R值器官的劑量-反應(yīng)曲線在<15 Gy的劑量水平處達(dá)到峰值，此后逐漸降低，類似于圖3中腮腺的曲線。值得注意的是，所有這些器官在使用機(jī)制模型時(shí)，IMPT的二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)略低，盡管差異很小。基于上述討論，考慮到腹部器官的低R值水平（胃、肝、小腸依次為0.46、0.29、0.09），在強(qiáng)調(diào)低劑量的機(jī)制模型下可以得出IMPT較PAT略有優(yōu)勢(shì)的假說(shuō)，而對(duì)骨和軟組織肉瘤而言則可得出PAT風(fēng)險(xiǎn)更低的假說(shuō)。

圖3. 左側(cè)圖表顯示了在腦干、肺和/或腮腺接受可測(cè)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(duì)平均劑量與OED相關(guān)性模式的影響差異。

研究者們強(qiáng)調(diào)，將PAT應(yīng)用于不同的治療位置為進(jìn)一步理解PAT對(duì)降低重要結(jié)構(gòu)的劑量的作用或局限性提供了幫助。但本研究仍有局限性，包括這些模型本身存在不確定性，尤其是在質(zhì)子治療的環(huán)境中。

 PAT與二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)：從IMPT轉(zhuǎn)換到PAT不會(huì)顯著影響接受質(zhì)子治療患者的二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)。

劑量-反應(yīng)模型：Schneider的機(jī)制模型中，劑量-反應(yīng)曲線的形狀可以作為預(yù)測(cè)從IMPT轉(zhuǎn)換到PAT時(shí)二次癌癥風(fēng)險(xiǎn)變化的良好指標(biāo)。（質(zhì)子中國(guó) 編譯報(bào)道）

參考文獻(xiàn)：Johnson PB, Mamalui M, Brodin P, Janssens G. Secondary cancer risk in six anatomical sites when using PAT, IMPT, and VMAT/IMRT radiotherapy. Radiother Oncol. 2024 Oct;199:110421.