自适应调整是肺癌质子调强放疗(IMPT)不可或缺的一部分
据上海质子重离子医院讯：调强适形质子放射治疗(Intensity-modulated proton therapy ，IMPT)与调强适形光子放疗(Intensity-modulated radiation therapy，IMRT)相比，能够降低危及器官(organs-at-risk，OAR)剂量。奥胡斯大学医院(Aarhus University Hospital)的科研人员认为大多数接受IMPT的局部肺癌患者都能有所获益，但是患者每天都需要接受影像学检查，并根据影像学检查结果对治疗进行调整，原因是治疗过程中大幅度的解剖学变化，如肺塌陷、胸腔积液以及转移淋巴结和原发灶的运动都会给患者带来风险。
首席研究员Lone Hoffmann和她的同事对目前用于IMPT治疗计划制定的自适应调整方法进行了研究，他们还对患者摆位不确定性和解剖学变化对传输的质子束剂量的影响进行了分析，以明确当前采用的鲁棒性优化准则是否已经考虑到了这些不确定性产生的影响。他们还对IMPT能够将OAR剂量降低到什么程度以及增加处方剂量对靶目标覆盖损失的补偿作用进行了研究。
肺癌患者的解剖学变化
回顾性治疗计划再制定
研究对象是23名接受了33个分割调强适形光子放疗的非小细胞肺癌(NSCLC)患者。患者每天接受一次锥形束CT扫描，并且在第10个和第20个分割的时候分别接受一次监测性4D-CT扫描。
为了能够获得覆盖整个靶区的质子治疗计划，研究人员在靶目标位置几何计算的基础上还使用了自适应调整。当连续3个分割肿瘤位置变化超过2mm、淋巴结变化超过5mm时，自适应调整启动;当出现肺不张或胸腔积液的时候，也会启动自适应调整。在治疗计划制定过程中使用相同的临床靶体积(iCTV)和计划靶体积(PTV)边界，便于在试验中进行比较。质子治疗计划包括3个照射野，PTV剂量66Gy。
研究人员使用4D-CT扫描明确解剖学结构的变化对治疗的影响，并进行IMPT和IMRT治疗计划的再计算。从制定治疗计划时参考的CT图像中可以看出，IMRT和IMPT治疗计划中，至少99%的PTV接受了95%处方剂量。然而，质子治疗计划中肺、心脏和食管的中位剂量显著低于光子放疗计划。IMPT中107%以上的热点区域不到0.4cm3，而IMRT治疗计划为20cm3。
尤其重要的是，研究还证实，根据4D-CT扫描结果，在99% iCTV覆盖率的情况下，6个IMRT治疗计划和21个IMPT治疗计划启动了自适应调整。如果将靶体积覆盖率改成85%，那么61%的质子治疗计划需要接受自适应调整，而接受光子治疗的患者都不需要自适应调整。该自适应调整方法还证实6名患者因为解剖结构变化较大，IMPT治疗中靶目标剂量不足非常明显。除此之外，8名患者因为骨组织位置的非刚性变化而导致靶目标剂量不足。
由于肿瘤缩小导致靶目标剂量不足
Hoffmann表示，自适应调整进行的频率与靶目标覆盖率的限制和OAR限制密切相关。除此之外，OAR剂量过高引起的自适应调整发生的频率还取决于束流的角度。由于光子治疗计划边界不能直接用于质子治疗计划，因此他们建议如果在临床质子治疗计划制定中需要使用PTV边界，那么需要根据设备和各中心的相关数据来重新设定。
另外一个选择就是使用鲁棒性优化，在优化过程中使用用户定义的刚性几何学调整让治疗计划针对摆位过程中发生的微小刚性变化更加具有鲁棒性。但是鲁棒性优化不能用于针对解剖学变化的补偿。研究人员发现针对不同情境的鲁棒性优化最大的障碍就是预测治疗过程中可能会出现的非刚性变化。为了弥补这一不足，就要提高处方剂量。事实上，当处方剂量提高到74Gy时，位置的非刚性变化引起的剂量不足就消失了。
临床应用
Hoffmann和她的同事得出的结论是，即使提高了处方剂量，IMPT也能够降低OAR剂量。为了能够实现这一效果，大多数接受IMPT的肺癌患者需要每天接受影像学检查，并频繁进行自适应调整。对于这种做法是否在经济上和临床上都可行，Hoffmann表示这是可能的，只要放射治疗中心制定出了流畅的工作流程。在奥胡斯大学医院，从2013年开始，所有接受IMRT的肺癌患者都接受自适应调整，由于这样能够缩小PTV边界，因此显著降低了患者的放射性肺炎发生率。
“每个分割的在线评估需要的时间平均不到4分钟。”Hoffmann解释说，“只有发现连续3个分割的变化都超过了预设的耐受值的时候，医学物理师才会对患者进行线下分析，这需要10分钟左右。从2013年4月开始，我们治疗的500名患者中，大约27%需要自适应调整。自适应调整整个过程需要进行重复CT扫描(30分钟)、在原始靶区勾画的基础上重新进行靶区勾画(60分钟)，以及在原始治疗计划基础上重新制定治疗计划(30-60分钟)。”
她指出这一流程对于IMPT来说是一样的。如果在治疗计划制定之前就预测患者可能有出现明显解剖学变化的风险，那么就应该进行额外的自适应调整。对于这些患者来说，更推荐光子放疗。
“对于那些明确适合接受质子治疗的患者来说，为质子治疗多付一些钱也是值得的。因为对于那些能够接受治愈剂量照射的晚期肺癌患者来说，显著降低正常肺组织和心脏剂量非常重要。并且，IMPT能够降低放射性肺炎的发生率，提高患者生活质量，提高生存率。”Hoffman表示。
去年年底，质子重离子治疗综合网有幸采访了佛罗里达大学质子中心首席物理师李左峰教授，他认为临床上开展自适应质子放射治疗是必须的。
