肺癌的精准质子治疗合肥国际质子重离子放疗论坛上

11月18日，首届合肥国际质子重离子放疗论坛上，来自MD安德森癌症中心的朱晓荣教授做了题为《从物理学角度考虑肺癌的精准质子放疗》的演讲，从医学物理学的角度阐述了肺癌质子治疗的所面临的问题和目前的解决方法。

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朱晓荣教授

组织不均匀性

1986年，Urie发现在不均匀的组织中，和均匀的组织相比，质子束能量下降趋势就有所减缓，且由于不均匀度不同，减缓的程度不同。2015年，MD安德森医学物理师Titt再次验证了Urie的试验结果，并证明使用Monte Carlo算法可以更精确地计算出质子束在不均匀组织中的剂量；近期MD安德森的一项研究也证实解析算法应用于肺癌的质子剂量计算不够精确。这些研究表明，对于肺癌质子治疗剂量计算，Monte Carlo算法是目前最为可靠的计算方法。

解剖学变化

在质子治疗过程中，肺部肿瘤解剖学可能有明显的变化。有的质子中心使用锥形CT（CBCT）在每次照射之前进行一次图像扫描；许多中心没有配备锥形CT，每个星期进行一次常规CT扫描，这对根据治疗靶区解剖学变化重新规划也是有帮助的。

研究表明，与根据计划靶体积（PTV）制定治疗计划相比，在肺癌患者调强质子治疗中使用鲁棒性优化考虑摆位和射程的不确定性，也能够减少因解剖学变化导致的剂量学差异，但治疗中的摆位和射程不确定性是一直存在的，因此推荐在肺癌IMPT治疗过程中重复采集患者靶区图像，并使用自适应治疗计划。另一项研究标明使用多组CT同时进行鲁棒性优化能提高解剖学结构发生变化患者的治疗计划的鲁棒性，但由于临床上无法预知每一位患者的解剖学变化情况，因此未来如果能够利用大数据分析，建立患者解剖学变化预测模型，也许能够减少自适应治疗计划的使用。

对于患者的解剖学变化问题，采用容积成像引导治疗指导临床上是否采用自适应治疗计划是非常重要的，如使用轨道CT（CT-on rail）和CBCT，目前许多新建的质子中心都配置了CBCT，尽管当前CBCT的精度还不足以进行质子剂量计算，但当前针对这一问题已经进行了多项研究，以期待能够解决这一问题。此外，在治疗过程中规律性的进行CT扫描也有助于应对治疗中患者的解剖结构的变化问题。

呼吸运动

笔形束扫描会受到呼吸运动影响，这对于仅配置了笔形束扫描的质子中心来说是非常重要的问题，但并不是肺部所有的位置都会大幅度运动。2002年的一项研究显示肺的上叶运动幅度低于下叶，2012年MD安德森的研究发现早期肺癌运动幅度较晚期大，运动方向主要是上下运动，这两项研究为医学物理师如何解决呼吸运动对质子治疗的影响提供了帮助。

MD安德森团队开发的呼吸运动分析软件将肿瘤运动分为三个方向：平行于照射野方向、垂直于照射方向和上下运动。上下运动是指无论束流从哪个方向照射，运动对笔形束扫描的影响是一样的。垂直方向运动对笔形束扫描的影响会随着照射野方向而变化。举例来说，对于食管癌患者来说，如果放射线从患者背后照过来，那么肿瘤的运动对治疗的影响是最小的。

朱教授还指出衡量运动的影响应同时考虑靶区大小和运动幅度的比例，相同的运动幅度对于靶区较大的肿瘤影响较小。2017年5月发布的《PTCOG胸和淋巴委员会胸部肿瘤实施笔形束质子治疗共识指南》建议对选择合适的患者使用门控技术或屏息技术，详情请见质子中国往期报道《【PTCOG 2017】胸部恶性肿瘤笔形束扫描质子治疗共识全球正式发布》。MD安德森的研究发现当运动方向与扫描方向相同时，运动对剂量分布的影响比较小，如果扫描的方向与运动的方向垂直，那么运动对剂量分布的影响就比较大。重复扫描对于应对运动对治疗的影响有很大的帮助，有助于改善剂量分布。但在使用扫描技术的时候应该注意，束流斑点太小的情况下，运动对治疗的影响更明显。在制定计划时把靶区的运动方向考虑进去将有助于降低对剂量的影响。

朱教授表示，除了摆位和射程的不确定性，质子治疗胸部肿瘤面临着组织不均匀、解剖结果改变和呼吸运动（特别是使用笔形束扫描时）等问题。但医学物理家们已经有深入的研究，这些问题的解决方案正在离我们越来越近。