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瞬发伽马射线验证使用双能 CT 来降低质子治疗安全裕度

2021-08-19 13:58     来源:physicsworld     伽马射线质子治疗PET/CT

乔纳森-贝托尔德与PGI裂隙相机。(Courtesy: ©Hochschulmedizin Dresden/Stephan Wiegand)

质子治疗的根本优势在于它能够向身体的特定深度提供高辐射剂量,即所谓的布拉格峰,它位于质子束的最大穿透深度。在这之后,剂量迅速下降,使目标后的健康组织得到保护。

传统上,质子治疗计划依赖于对病人体内这种粒子范围的估计,这种估计是由霍恩斯菲尔德查找表(HLUT)提供的,该表将CT数字转换为停止功率比(SPR)。然而,这些范围估计中的任何不确定性,都可能导致实际输送的剂量不能完全覆盖目标。为了防止这种情况,质子治疗中心通常会在质子范围的2.5-3.5%加上1-3毫米的安全系数,但对于前列腺等根深蒂固的肿瘤部位,这可能相当于约10毫米。使用最先进的基于CT的范围预测方法,如DirectSPR,直接确定双能量CT(DECT)的SPR,有可能减少这一安全系数。

在《国际放射肿瘤学、生物学、物理学杂志》中描述的一项研究中,来自OncoRay和Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf的第一作者Jonathan Berthold与主要研究者Christian Richter和共同开发者一起,使用及时伽马成像(PGI)来分析这些范围预测方法的准确性。他们的研究代表了对临床质子束中基于CT的质子范围预测的首次系统验证。

PGI的工作原理是检测质子束与病人体内的原子核相互作用时产生的即时伽马射线。IBA开发的PGI狭缝相机,依靠的是通过钨质刀口狭缝准直器将沿质子路径的提示性伽马射线的发射轮廓投射到一个空间分辨率的探测器。由此产生的一维提示性伽马分布,是针对铅笔束扫描治疗的每个点而获得的,包含了有关病人体内质子范围的信息。在这项研究中,PGI狭缝相机通过安装在一个基于地板的对接系统上进行了升级,以提高定位精度。

对前列腺癌治疗的验证

德累斯顿的DirectSPR实施基于与西门子健康集团的长期合作,使用两种X射线能量的CT图像来直接测量病人的组织属性,并从这些DECT扫描中进行体素级的直接SPR计算。研究人员利用这种基于DECT的DirectSPR以及其他两种范围预测方法进行了基于PGI的质子范围预测验证:一种是标准的HLUT方法;另一种是通过DECT衍生的SPR计算优化的HLUT。

他们在对五名前列腺癌患者进行低分次治疗(共30次分次)期间,利用临床PGI测量分析了这三种方法的准确性,并在治疗位置进行了室内控制DECT扫描。对于每个铅笔束扫描点,研究小组通过将PGI测量值与基于对照CT的PGI模拟值进行比较,获得了范围转移。平均范围预测准确率为。DirectSPR为0.0 ± 0.5%;适应性HLUT为0.3 ± 0.4%;标准HLUT方法为1.8 ± 0.4%。

"作者写道:"直接SPR方法达到了最高的准确性,在监测的前列腺癌治疗中没有产生范围偏差。"我们的验证证实了DECT衍生的SPR预测方法优于目前基于单能量CT的最先进的HULT方法"。他们希望这种对患者范围预测的验证将支持临床治疗计划的改变,并促进其他质子治疗中心在临床上实施基于DECT的计划。

用于质子治疗规划的双能量CT进入临床

研究人员指出,他们选择前列腺癌的治疗方法进行评估,因为这些治疗方法包含一个高度均匀的目标区域,同时也需要粒子治疗中最高的穿透深度。他们指出,在前列腺癌患者中,基于PGI验证的综合确定的不确定性约为1毫米。这远远小于德累斯顿质子治疗设施使用的基于HLUT的方法和DirectSPR的范围预测不确定性--这是该临床应用技术首次进行人体范围验证的重要前提。

基于他们的研究,研究人员将把PGI的应用扩展到其他治疗部位,如头颈部癌症。他们还计划利用他们研究中获得的PGI和伴随的CT数据,系统地研究基于PGI的治疗验证在质子治疗过程中检测解剖学变化的敏感性。


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