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。前兩期中,質(zhì)子中國(guó)與大家分享了治療計(jì)劃制定的成像技術(shù)以及患者擺位的千伏級(jí)成像技術(shù)和治療室內(nèi)的容積成像技術(shù),詳情請(qǐng)見《質(zhì)子治療的圖像引導(dǎo)技術(shù)(一):治療計(jì)劃的成像技術(shù)》、《質(zhì)子治療的圖像引導(dǎo)技術(shù)(二):患者擺位的千伏級(jí)成像技術(shù)和治療室內(nèi)的容積成像技術(shù)》。本期中,小編將繼續(xù)為大家介紹射程驗(yàn)證的成像技術(shù)。 射程驗(yàn)證的成像技術(shù) X線放療中,解剖結(jié)構(gòu)成像和劑量模擬是確定患者照射劑量的最好方式,但無(wú)法對(duì)X線的劑量沉積進(jìn)行直接成像。質(zhì)子治療可通過更直接的方式對(duì)沉積在患者體內(nèi)的照射劑量進(jìn)行成像。目前有兩種廣泛研究的治療中劑量沉積成像方式。 質(zhì)子束與患者組織間的非彈性相互作用會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定同位素,不穩(wěn)定同位素可引起正電子湮滅,PET則可以檢測(cè)正電子湮滅散射出來的一對(duì)伽馬光子。傳統(tǒng)的PET掃描設(shè)備可檢測(cè)半衰期各異的不同同位素的正電子散射。成像的PET信號(hào)無(wú)法直接檢測(cè)劑量,因此PET圖像不能同治療計(jì)劃中預(yù)測(cè)的3D劑量分布直接比較,但可與正電子散射分布預(yù)測(cè)的蒙特卡羅模擬進(jìn)行比較。 是否可將PET作為一種有效的質(zhì)子治療驗(yàn)證工具取決于下列因素。當(dāng)商用PET掃描設(shè)備與治療室有一定距離時(shí),將患者從治療床移動(dòng)到PET掃描儀并還原治療體位進(jìn)行成像需要一定的時(shí)間,由于存在放射性同位素半衰期以及PET活性的生物洗脫效應(yīng)(biological washout),在這段時(shí)間內(nèi)PET信號(hào)會(huì)減弱。PET信號(hào)衰減導(dǎo)致需要延長(zhǎng)掃描時(shí)間來獲取可用的PET圖像。照射不同的質(zhì)子治療照射野可能間隔數(shù)分鐘,因此成像時(shí)PET的活性取決于束流輸送的順序。成像與治療的時(shí)間間隔越長(zhǎng),越難應(yīng)用蒙特卡羅模擬預(yù)測(cè)PET的分布。 上述限制促使了治療室內(nèi)PET掃描的開展,無(wú)論是治療室內(nèi)獨(dú)立的PET掃描設(shè)備或?qū)ET掃描系統(tǒng)與旋轉(zhuǎn)機(jī)架相整合。實(shí)用性研究顯示治療室內(nèi)的獨(dú)立掃描設(shè)備可將治療和成像的時(shí)間間隔縮短至2.5分鐘,掃描時(shí)間縮短至5分鐘,而在治療室以外進(jìn)行掃描的時(shí)間預(yù)計(jì)為30分鐘。但盡管可顯著縮短時(shí)間,生物洗脫效應(yīng)模型仍顯示了許多不確定性,并且成像可大幅影響繁忙的治療中心的患者量。 為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化成像流程,科研人員已經(jīng)研發(fā)出了“在束”PET("in beam" PET),PET探測(cè)器置于束流周圍,這樣可以在治療體位對(duì)患者進(jìn)行成像。將平面的PET探測(cè)器與旋轉(zhuǎn)機(jī)架整合,可對(duì)等中心點(diǎn)體位進(jìn)行成像?!霸谑盤ET系統(tǒng)可在束流輸送結(jié)束后立即對(duì)患者進(jìn)行成像,采集時(shí)間為200秒,將后續(xù)分次的圖像與第一個(gè)分次的圖像比較,同時(shí)可以觀察腫瘤移動(dòng)相關(guān)的時(shí)間序列(time trends),而不是將平面圖像與預(yù)測(cè)的PET分布比較。相關(guān)信息請(qǐng)見質(zhì)子中國(guó)往期文章《Beam-On PET能夠?qū)崟r(shí)追蹤質(zhì)子劑量》。 射程驗(yàn)證的另一種成像方式是測(cè)量質(zhì)子與靶核間非彈性相互作用產(chǎn)生的瞬發(fā)伽馬散射,伽馬散射是激發(fā)核回歸基態(tài)的結(jié)果。與正電子衰變相比,瞬發(fā)伽馬相互作用產(chǎn)生的伽馬散射更加直接,并與劑量直接相關(guān)。有多種方法可以測(cè)量瞬發(fā)伽馬信號(hào),包括單閃爍體、刃口狹縫伽馬相機(jī)、多狹縫探測(cè)器以及康普頓照相機(jī)。 目前只有一種商業(yè)化并且經(jīng)臨床測(cè)試的瞬發(fā)伽馬信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)。由Oncoray(德累斯頓,德國(guó))和IBA公司(魯汶,比利時(shí))研發(fā)的一款刃口狹縫照相機(jī)原型被用于測(cè)量被動(dòng)散射質(zhì)子治療的交互射程(interactional range),精確度為±2mm。這個(gè)系統(tǒng)后續(xù)還用于點(diǎn)掃描質(zhì)子治療的射程驗(yàn)證,每個(gè)獨(dú)立能量層的射程可精確到1.3mm或更小,表明這種基于推車(trolley-based)的系統(tǒng)原型可在臨床中用于瞬發(fā)伽馬的測(cè)量。更多詳情請(qǐng)見質(zhì)子中國(guó)往期文章《瞬發(fā)伽馬成像技術(shù)的應(yīng)用能夠解決質(zhì)子治療誤差問題,優(yōu)化質(zhì)子治療療效》、《IBA瞬發(fā)伽馬線照相機(jī)可以應(yīng)用于臨床筆形束質(zhì)子治療》、《瞬發(fā)γ成像進(jìn)入臨床》、《第57屆PTCOG學(xué)術(shù)會(huì)議開幕,物理場(chǎng)辯論成亮點(diǎn)》。 鑒于質(zhì)子治療固有的射程不確定性及其可能導(dǎo)致的臨床后果,研究人員對(duì)應(yīng)用PET和瞬發(fā)伽馬方法進(jìn)行射程驗(yàn)證均給予了廣泛關(guān)注,但研發(fā)出有效的成像系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)子治療射程驗(yàn)證仍有很多工作要做。PET驗(yàn)證的固有同位素衰減和生物洗脫效應(yīng)近年來阻礙了這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。目前已經(jīng)研發(fā)出了瞬發(fā)伽馬商用原型機(jī),并且可能更具臨床應(yīng)用潛力。對(duì)于廣泛的臨床應(yīng)用,還需要進(jìn)行大量的硬件開發(fā)來研制出完整的、便于應(yīng)用的測(cè)量系統(tǒng)。作為臨床工具,射程成像技術(shù)可提供有價(jià)值的反饋,降低治療計(jì)劃制定過程中的系統(tǒng)不確定性,標(biāo)示出患者擺位偏差以及需進(jìn)行計(jì)劃適應(yīng)的解剖結(jié)構(gòu)改變。(質(zhì)子中國(guó) 編譯報(bào)道) 參考文獻(xiàn):MacKay RI. Image Guidance for Proton Therapy. Clin Oncol. 2018;30(5):293-298. |
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