日前，來自英國(guó)Christie NHS信托基金會(huì)的R.I. MacKay教授發(fā)表了一篇題為《質(zhì)子治療的圖像引導(dǎo)技術(shù)》的綜述，總結(jié)了質(zhì)子治療圖像引導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，區(qū)分了與高能X線放療圖像引導(dǎo)技術(shù)的差異，并對(duì)其今后的進(jìn)展進(jìn)行了展望。原文發(fā)表在2018年2月的《Clinical Oncology》上。質(zhì)子中國(guó)將分期與大家分享文章的精彩內(nèi)容。

英國(guó)NHS(National Health Service)質(zhì)子治療中心正在安裝一系列圖像引導(dǎo)設(shè)備。目前治療樓層已經(jīng)安裝了CT和MRI成像系統(tǒng)，工作人員可在治療前的計(jì)劃制定階段為接受質(zhì)子治療的患者進(jìn)行成像。中心還將引進(jìn)雙能CT設(shè)備，但在治療患者前需要首先安裝標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)當(dāng)量校準(zhǔn)裝置。

在治療室內(nèi)，旋轉(zhuǎn)機(jī)架上安裝了兩套千伏級(jí)成像系統(tǒng)，以同時(shí)實(shí)現(xiàn)治療部位的2D平面成像和3D錐形束成像。治療室內(nèi)錐形束CT將用于患者擺位和需要進(jìn)行再適應(yīng)治療計(jì)劃時(shí)的提示。治療計(jì)劃如需重大修改，則要重新進(jìn)行治療前CT成像，中心已經(jīng)將在治療過程中進(jìn)行一次診斷性CT掃描納入工作流程中。目前兩家NHS質(zhì)子治療中心均開展了放療圖像引導(dǎo)技術(shù)的科研項(xiàng)目。

用于質(zhì)子治療計(jì)劃的很多成像方式都與傳統(tǒng)放療相同，在治療計(jì)劃制定過程中(如靶區(qū)勾畫等)步驟也大體一致，如使用CT、MRI和PET等成像系統(tǒng)用于質(zhì)子治療的計(jì)劃制定。但質(zhì)子治療與傳統(tǒng)放療在制定治療計(jì)劃時(shí)圖像的使用方法并不相同。

最初用于放療的成像技術(shù)是CT掃描。CT掃描可以提供患者的解剖學(xué)信息以及劑量計(jì)算所需的原始圖像。應(yīng)用CT影像進(jìn)行劑量計(jì)算時(shí)，首先需要應(yīng)用亨氏單位(Hounsfield units, HU)生成其他參數(shù)。高能X線放療中，HU與電子或物理密度相關(guān)，應(yīng)用這兩個(gè)參數(shù)就可以計(jì)算出兆伏級(jí)光子劑量。但在進(jìn)行質(zhì)子治療劑量計(jì)算前，需要先將HU值轉(zhuǎn)換成質(zhì)子阻止本領(lǐng)(proton stopping power)。這個(gè)轉(zhuǎn)換過程相當(dāng)復(fù)雜，因?yàn)樾枰罁?jù)一種粒子(用于千瓦級(jí)CT成像的無質(zhì)量、無電荷的光子)的特性預(yù)測(cè)另一種完全不同粒子(帶正電的質(zhì)子)的特性。因此，在將HU值轉(zhuǎn)換成質(zhì)子阻止本領(lǐng)的過程中會(huì)出現(xiàn)不確定性，也會(huì)使劑量計(jì)算產(chǎn)生不確定性。

校準(zhǔn)質(zhì)子治療CT掃描的傳統(tǒng)方法是兩步化學(xué)當(dāng)量法。首先，需要掃描已知成分的組織替代材料，并對(duì)測(cè)量的HU值與材料性質(zhì)之間的關(guān)系進(jìn)行參數(shù)化。此后，將生成的參數(shù)代入一系列公開的參考組織成分中，以生成質(zhì)子阻止本領(lǐng)(由組織成分中計(jì)算得出)和HU值(由第一步獲得的參數(shù)關(guān)系中計(jì)算得出)之間的關(guān)系。需要注意的是，質(zhì)子治療的校準(zhǔn)過程比高能X線放療復(fù)雜得多，并且根據(jù)患者體型不同可能需要多個(gè)校準(zhǔn)曲線。由于射程對(duì)于質(zhì)子治療來說非常重要，因此通常還會(huì)用動(dòng)物組織的CT成像進(jìn)行最后一次質(zhì)子射程檢驗(yàn)。

盡管操作非常仔細(xì)，化學(xué)當(dāng)量校準(zhǔn)法仍會(huì)產(chǎn)生質(zhì)子劑量計(jì)算的不確定性，導(dǎo)致出現(xiàn)射程偏差。鑒于這個(gè)原因，很多人更看好雙能CT。盡管質(zhì)子治療并不是雙能CT商業(yè)化發(fā)展的最初動(dòng)機(jī)，但雙能CT能夠更好分辨組織特征，更加準(zhǔn)確地計(jì)算質(zhì)子阻止本領(lǐng)。目前的研究大多針對(duì)雙能CT可在多大程度上提高質(zhì)子阻止本領(lǐng)的預(yù)估能力。這種程度取決于幾方面的因素，如雙能掃描設(shè)備的設(shè)計(jì)、由雙能CT影像計(jì)算阻止本領(lǐng)的方法以及雙能掃描設(shè)備在治療計(jì)劃系統(tǒng)內(nèi)的應(yīng)用情況。研究人員認(rèn)為，將雙能CT整合進(jìn)治療計(jì)劃系統(tǒng)可真正在臨床中顯著減小射程的不確定性。在第57屆PTCOG年會(huì)上，專家也就雙能CT等成像技術(shù)進(jìn)行了激烈的辯論，詳情請(qǐng)見質(zhì)子中國(guó)往期報(bào)道《第57屆PTCOG學(xué)術(shù)會(huì)議開幕，物理場(chǎng)辯論成亮點(diǎn)》。（質(zhì)子中國(guó) 編譯報(bào)道）

參考文獻(xiàn)：MacKay RI. Image Guidancefor Proton Therapy. Clin Oncol. 2018;30(5):293-298.

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