瑞士蘇黎世大學醫院：質子光子聯合治療

盡管全球質子治療中心數量正在快速增長，但與直線加速器相比，質子治療資源仍相對缺乏。阻礙質子治療廣泛應用的主要因素包括設備體積以及安裝成本。旋轉機架是影響質子治療系統體積及成本的主要因素之一，固定束治療系統也因此重新獲得了業內的關注。但對于平躺治療體位，鑒于束流方向的限制，某些腫瘤的固定束治療計劃欠佳。

瑞士蘇黎世大學醫院的研究人員Dr. Jan Unkelbach在2021年AAPM年會上分享了其研究方向質子(固定束)光子聯合治療，介紹了聯合治療在頭頸癌患者、乳腺癌患者中的應用，并對如何分配質子和光子分割次數，以優化資源、提高效益進行了分析。質子中國將內容整理后與大家分享。

聯合治療原理和應用

聯合治療的原因

光子在某些方面更優：半影(例如：射程調制器)；相對生物學效應問題(CTV內的危及器官)；魯棒性(例如：肺、乳腺)；固定束流(固定質子束角度有限)。

質子治療資源有限：可從質子治療獲益的人群并不能全都接受質子治療，目前全球約有100個質子治療中心，而直線加速器則超12,000臺。

治療室設計

質子治療系統旋轉機架的尺寸和成本是質子治療廣泛應用的主要障礙之一。由于機架的尺寸，質子治療系統通常不能安裝在專為光子放療設備設計的現有房間內。然而，隨著緊湊型加速器的引入，其可以安裝入為直線加速器設計的設施中，可以以更低的成本將固定質子束安裝到現有的放射治療科。質子光子聯合治療治療室的設計：

一臺用于提供調強治療(調強放療[IMRT]、容積旋轉調強放療[VMAT])的直線加速器；

用于平躺治療的機器人治療床；

配備筆形束掃描技術的固定質子束。

原理

可將固定質子束裝入專門為直線加速器設計的設施；

低成本；

如果質子計劃次優，光子可作補充；

可以相同的患者固定裝置進行治療。

潛在應用患者

頭頸癌：對于頭頸癌患者質子計劃降低了總體劑量，尤其是口腔的劑量浴。但由于束流局限于冠狀面，對唾液腺的保護作用有限。VMAT計劃向口腔遞送過量劑量。因此，治療計劃對質子和光子束流進行同時優化，累積劑量作為目標函數。結果表明，聯合治療計劃應用光子束和質子束優化了鄰近唾液腺及口腔部位的劑量分布?？紤]到總體靶區體積，大部分處方劑量為質子劑量。與VMAT計劃相比，聯合治療計劃減少了正常組織的累積照射劑量，更多頭頸癌病例研究請見質子中國往期報道《無旋轉機架質子治療系統新概念：質子-光子聯合治療》。

乳腺癌：乳腺癌患者常規IMRT計劃，增加了危及器官心臟和肺的劑量，而單純質子計劃(束流角度為45°)，劑量超射至肺部。因此，使用切向的光子束治療大部分靶區和提高計劃魯棒性，使用質子束治療淋巴結和部分乳腺。結果表明，聯合治療計劃改善了危及器官心臟和肺的劑量，保護了正常組織。

結論

固定質子束在現有的醫院中更容易安裝，具有使質子治療以低成本廣泛應用的潛力，以下情況可考慮使用質子光子聯合治療：若質子計劃次優，可以使用光子提高劑量適形性；光子可能提高魯棒性。但還需進一步還需要驗證這種系統在更多患者以及不同部位腫瘤治療中的總體獲益。

優化資源，提高效益

光子放療也可以在現有的質子治療設施中發揮重要作用，通過聯合治療，部分分割使用質子治療，其余使用光子放療。除了可能改善治療計劃(對一些患者)，聯合治療還可幫助解決資源有限的問題。最終，通過將質子治療資源分配給更多的癌癥患者，可能會增加質子治療對整個患者群體的益處。

是否使用質子或光子治療基于質子計劃和光子計劃之間正常組織并發癥概率(NTCP)的計算差異，質子分割數對NTCP曲線平坦部分的收益遞減，第一個質子分割提供相對較大的收益，而最后幾個質子分割的影響較小。另外，患者選擇方案也面臨取舍，應盡可能利用所有的質子治療資源，保證患者最大收益。

Dr. Unkelbach展示了一個實例，一個診所只有一個質子治療系統，每天可進行三次頭頸癌患者治療。該診所每年治療100多例頭頸癌患者，平均每天治療12例患者。但由于每天只有三次可用，我們的目標是優化使用質子治療的使用，以最大限度地減少所有患者并發癥的出現。

為了實現這一目標，診所對每日頭頸癌患者質子治療進行重新分配，計算每一例當天需要治療的患者NTCP增量減少量，向從額外的質子治療中獲益最大的患者提供質子治療。為了測試這一方案，研究者模擬了調IMRT和質子治療對危及器官的平均劑量，并計算每個器官的NTCP。共模擬了100個病例，結果有些患者只接受光子治療，少數患者只接受質子治療，大部分患者接受聯合治療。將所有患者從光子放療轉換為質子治療，NTCP平均降低約15%。但是，即使只可進行三次頭頸癌患者治療，聯合治療使NTCP降低約5%，約比現有的基于患者的選擇方案多1%。

結論

質子光子聯合治療可使質子治療更具成本效益

質子和光子可在同一分割中遞送；

光子改善了患者的劑量分布。

質子光子聯合治療可更好利用有限的質子治療資源

質子和光子可在不同分割中單獨遞送；

使質子治療對患者的獲益最大化。(質子中國 編譯報道)