<tr id="vhtpr"><code id="vhtpr"></code></tr>

    <ins id="vhtpr"></ins>
      <output id="vhtpr"><nobr id="vhtpr"></nobr></output><output id="vhtpr"></output>

      <menuitem id="vhtpr"></menuitem>

      <tr id="vhtpr"></tr>
        <tr id="vhtpr"><nobr id="vhtpr"><delect id="vhtpr"></delect></nobr></tr>
        <kbd id="vhtpr"><video id="vhtpr"></video></kbd>
      1. 北京物流信息聯盟

        質子放射治療及廣泛臨床應用的途徑綜述

        2022-08-21 16:07:19

        編者按,經過多年的發展,質子治療方式最終達到了在臨床實踐中的大規模應用的地步;粒子加速器技術和改進劑量輸送技術的不斷進步對質子放射治療廣泛使用提供了強大的驅動作用。

        以下這篇《質子放射治療及廣泛臨床應用的途徑綜述》將自從第一個接受射線治療的病人以來,向讀者介紹了放射治療技術進展的簡短歷史,也討論了質子放射治療臨床應用的最新進展,同時這些發展的技術在將來讓患者接受質子治療的的預期作用。

        文章作者Niek Schreuder醫生是國際粒子線醫療組織(PTCOG)教育委員會副主席、美國Provision質子治療中心副總裁兼首席物理師,其在粒子治療領域擁有25年的豐富經驗,曾參與7家質子中心的建立和初期設備調試以及患者治療,曾著作及合著40余篇同行評審刊物。


        A. N. Schreuder, S. G. Hedrick, J. R. Renegar, T. J. Netherton, H. Chen, M. D. Blakey, M. E. Artz, B. H. Robison, A. G. Meek, M Fagundes




        摘要:經過多年的發展,質子治療方式最終達到了在臨床實踐中的大規模應用的地步。粒子加速器技術和改進的劑量輸送技術的不斷進步對質子放射治療的廣泛使用提供了強大的驅動作用。筆形掃描技術(PBS)是用單獨控制的小的筆形加速束流用于靶體積的輻射劑量輸送的總稱。1996年,瑞士保羅謝爾研究所(PSI)的加速器設備上用PBS技術治療了第一位接受用質子束流治療的患者,但把PBS技術用于更多加速器設備當中卻花了很多年。如今,PBS技術在大多數質子治療設備上作為常規技術使用。PBS技術為質子治療帶來真正的革命性的變化,它能提供增加劑量成形和改善劑量適形的作用。廣泛的非連續性的目標利益,尤其是筆形束掃描質子治療技術,現在幾乎可以對患者體內任意部位進行掃描治療。PBS技術通過魯棒優化方式已經進一步降低了有關范圍不確定性的傳統局限。治療計劃現在采用先進的優化策略和劑量計算來進行,這就說明了感知的不確定性的原因。PBS治療計劃采用魯棒優化來在整個治療過程中減少期間的變化和不確定性。我們現在討論的是PBS質子治療的確定性而不是傳統的不確定性。這種確定性在把劑量準確地輸送到靶部位時極大的提高了治療醫師的信心。筆形掃描技術還可以帶來另一個觀念的轉換,即,我們現在面臨的問題是患者沒有從質子治療當中獲益,而不是逆命題。


        關鍵詞:質子,放射治療,筆形掃描技術,調強放射治療(IMRT),多場優化。


        一、引言

        經過多年的發展,質子治療手段最終達到了在全世界范圍內臨床實踐中的大規模應用的地位。這主要是歸結于兩個因素:一是加速器技術的進步和束流傳輸技術的提高。首先,技術的改進可以使得質子治療系統進行商業化銷售,同時并允許質子治療系統變得更加緊湊,更便宜的。其次,筆形掃描技術(PBS)的臨床應用使得質子治療與現代達到最高水平的X射線調強放射治療(IMRT)相媲美。筆形掃描技術(PBS)是用單獨控制的小的筆形加速束流在三維方向上覆蓋靶目標,用于靶體積的輻射劑量輸送的總稱。1996年,瑞士保羅謝爾研究所(PSI)的加速器設備上用PBS技術治療了第一位接受用質子束流治療的患者,但花了很多年才使這個行業進入商業化系統,且可以用于更多的加速器設備當中。如今,PBS技術在全球大多數質子治療設備上作為常規技術使用。劑量成型靈活性方面的提高能夠改進劑量適形,尤其是大的、非連續的靶體積而言,且在近幾年中,對質子治療技術帶來革命性的進步。質子治療的廣泛應用現在幾乎可以對患者體內任意部位進行掃描治療,僅僅針對PBS技術的實用方法的魯棒優化技術,可以對范圍不確定的傳統問題進行很大程度的解決。使用智能優化策略和計算機算法,用頭腦中感知的不確定性來優化治療計劃,在全部治療過程中,使得束流傳輸計劃通過魯棒優化方式已經進一步降低了有關范圍不確定性的傳統局限。我們現在討論的是PBS質子治療的確定性而不是傳統的不確定性,PBS質子束流傳輸技術把劑量準確地輸送到靶部位時極大的提高了治療醫師的信心。PBS技術帶來的最大的轉變是我們現在面臨的問題,從治療計劃的角度看,是沒有從質子治療當中獲益,而不是傳統的逆問題。


        本文將自從第一個接受射線治療的病人以來,向讀者介紹了放射治療技術進展的簡短歷史。也討論了質子放射治療臨床應用的最新進展,同時這些發展的技術在將來讓患者接受質子治療的的預期作用。


        二、放射治療

        為了了解質子治療和質子在臨床實踐中使用的方式,外束放射治療的簡短概要,也被稱為遠程放射治療,是必要的。自放射治療開始以來,放射治療的目標一直是治愈率的提高,治療率被認為是腫瘤的有效控制和正常組織并發癥的降低。這意味著,如果能夠增加腫瘤的控制率的同時還能減少治療過程中相關的并發癥的出現,則治療率就會得到提高。減少并發癥的主要手段是降低靶組織外部的受照劑量。這就是為什么外束放射治療技術的改進,這將在下一節中論述,總是旨在深部獲得更高的劑量。X射線或γ射線束能量密度是隨深度而指數衰減,這意味著些束流的輸送的劑量也將隨隨深度而呈指數下降。交叉的幾條X射線束通過靶體積,靶體積被X射線束流照射而正常組織受照劑量遠小于靶體積。這就使得靶體積相對于正常組織而言而受到更多的照射劑量。質子以類似的方式,但是除了質子束流輻射將在在靶目標區域的遠端終止,因此對于某特定的束流,在目標區域的以外沒有劑量到達。此外,逐漸降低能量的質子束流彼此疊加時,初級原始的布拉格峰在束流方向延伸,形成了擴展的布拉格峰(SOBP),和射線在入射口的劑量相比,在深部受到更高的劑量,如圖1所示。

        圖1:8 MeV的X射線束(虛線)和200MeV的質子束流(實線)的深部劑量曲線。細的實線顯示的是布拉格峰近端能量層堆疊到最深的能量層形成擴展的布拉格峰(短劃線)需要覆蓋靶區域(陰影區域)。


        三、放射治療的歷史

        倫琴,貝克勒爾及居里夫人在20世紀初發現放射性后不久,醫學科學界的人士立馬把射線應用到腫瘤的治療中。早期發現的這些射線基本上是低能量射線,這就使得患者皮膚獲得較高的劑量而對患者體內深部的腫瘤顯得無能為力。在1913年,能穿透1cm的唯一的X線管由GE公司制造[1]。在當時,對射線在患者體內穿透深度的了解仍然處于初級階段,且直到1954年才有了劑量的單位的官方定義[1]。由于這些低能X射線的穿透能力有限,而導致患者時會產生嚴重的皮膚反應,在上世紀20年代,直到高能X射線和γ射線出現之前,放療科醫生對放射治療腫瘤的手段產生了懷疑[1]。盡管鐳的外照射治療(由放射性鐳源產生大約1MeVγ射線)在深部組織可以提供較大照射劑量,但它的缺點包括,放射源鐳的成本較大,操作技師會受到額外的劑量照射及相對于X射線而言有較低的劑量率等缺點。盡管有上述缺點,但許多臨床醫生卻意識到低能X射線與高能γ射線在對病人產生副作用方面的區別[1]。


        在二戰期間原子時代開啟之前,既能保護皮膚受到過多劑量照射,又能提高深部腫瘤的受照劑量的高能射線的探索是以各種粒子加速器的發明為起點的。Van de Graaff, EO Lawrence, and Coolidge等科學家最終制造了對放射治療帶來革命性的改革的設備。如Coolidge從1933年開始向許多醫院出售了750 KeV的 ‘級聯管’設備[1]. 1930年Lawrence發明了回旋加速器,并因此發明而獲得了諾貝爾獎。這個發明直接推動了查德威克在1932年發現了中子的存在,這個發現過程是當他在觀察α粒子轟擊鈹靶時產生的一種穿透能力很強的粒子,即中子[2]。1937年,中子被發現后不久,用于治療的第一個中子是由在加利福尼亞勞倫斯伯克利實驗室的回旋加速器中用8 MeV的氘核轟擊鈹靶產生[ 3 ]。在1939年,臨床治療方向轉移到專用的克羅克醫用回旋加速器,因為這個加速器可以讓能量高達16MeV的氘與靶核產生中子[4]。同時在1939年,使用位于波士頓的范德格拉夫發生器產生的1 MV X射線用于治療首例癌癥患者[1]。無球管的電子加速器使用十年后,可以產生出20-22MeV的光子用于患者的治療。生產制造的更高能量射線的設備用于治療患者是可以減少皮膚的受照劑量、增加深部的劑量,同時增加組織的劑量率。在過去的幾十年里,鈷治療機和直線加速器占據了全球范圍內的腫瘤放射治療的市場。勞倫斯伯克利實驗室(LBL)很快成為鈷-60治療機的主要生產單位,它主要生產1.25 MeV的γ射線用于腫瘤的放射治療,同時這個也成為可靠的劑量校準標準設備。高能量直線加速器(LINACs)到1953年可以產生8MeV的射線用于臨床治療,而鈷-60治療機放射治療的優勢明顯高于千伏級的鐳治療機治療病人[ 1 ]。在這些設備投入臨床應用前,所有這些新的設備都被前輩的反對,他們經常認為這些新的設備是不必要的[ 1 ]。通用電氣市場營銷團隊估計在50個放射治療設備中僅有10個是鈷治療機,而250KeV的X射線機講不會被取代[1]。


        1946,Bob Wilson(勞倫斯的一個研究生)發表了一篇論文,論文中他聲稱快質子光束特性使得高強度劑量照射患者體內一個嚴格的局部靶組織成為可能,且照射時患者的皮膚僅接受了少量的劑量照射[5]。此外,他還聲稱可以治療患者體內任一部位體積小于1cm3的腫瘤,同時可以讓這么小體積的腫瘤受到的照射劑量可以是臨近正常組織劑量的數倍[5]。這些說法和想法,雖然相比于上世紀40年代的技術提前了很多年,但對帶電粒子放射療法已經證明是非常有影響力的。


        在1954年,伯克利嘗試用第一次用質子治療了一位腫瘤患者。不久后,在1957年,烏普薩拉大學建立了一個可以產生185MeV的質子的回旋加速器,并隨后用該設備產生的質子治療了一位患者[ 6 ]。質子治療的發展在上世紀60年代至70年代放慢了步伐,期間加速器主要是在馬薩諸塞州(美國)的劍橋哈佛回旋加速器實驗室和馬薩諸塞州(美國)和勞倫斯伯克利實驗室進行。1972,Koehler和Preston指出:“高能質子或其他重帶電粒子的使用來顯著改善靶體積內的劑量的幾何分布,這可以超過超高壓X射線或電子的治療優勢”[ 7 ]。在早期,傳輸加速中產生的小束質子束流唯一方式是通過在束流中嵌入散射體來實現,因此,這種方式的束流為被動散射。這種技術主要是基于三維(3D)質子治療。還包括其他質子散射的方式,如雙散射(DS)和均勻掃描(US)系統,這將在本文第四部分中進一步解釋。盡管被動散射技術可以明顯降低總體劑量靶組織外部,但它還沒有完全解決劑量適形的問題,中子的二次照射以及剩下的有關大孔徑和補償器的問題等。由Kanai在1980年首先提出[8]的筆形束掃描(PBS)技術,當第一批患者在1996年的瑞士保羅謝爾研究所(PSI)接受質子治療的過程中才把PBS技術應用于臨床實踐中的。這種技術利用掃描磁鐵來引導光束,隨著能量的變化,提供給患者體內深部組織的準確劑量值。


        在20世紀90年代初,一個新的技術在光子治療領域出現,這將在未來十年對放射治療帶來很大改變。調強放射治療(IMRT)首次使用是在1993年,使用NOMOS Peacock MIMiC 系統,這個系統是利用被安裝于傳統的旋轉機架的二進制多葉準直器[9]。這種被稱為串行斷層放療技術是適用于大多數商業直線加速器。它能從三維適形放射治療(3DCRT)到調強治療方式相對容易和低成本之間的轉換。這里有專門為調強放射治療而開發的幾種放射治療設備,如由Mackie在1993年最先提出的螺旋斷層放療系統 [10]。Yu在1995年[11]首先提出的弧形治療是被增加到常規調強放療的直線加速器上,以便提高X射線的傳輸能力(例如VMAT和快速?。﹣碇委煾鞣N類型的腫瘤。這就會形成優化非常好的X射線治療計劃,這產生高等劑量曲線與腫瘤靶體積完全匹配。用這些新技術治療患者的臨床效果非常明顯,這主要是由于逆向的計劃技術和更大的適形性,從而可以讓正常組織免受劑量照射且增加受照部位的照射劑量。


        與X射線治療演變過程類似,使用PBS技術的調強質子療法(IMPT)的治療方法的改進超過了3D的質子治療。自2010年以來,IMPT已經在應用在許多治療中心,日立系統用在MD安德森醫學中心,賓夕法尼亞大學的IBA系統已經開始用PBS技術治療患者。相比于傳統的X射線治療,PBS技術能提供更低的劑量,而且相對于X射線,且往往對許多類型腫瘤的適形劑量分布要由于X射線,甚至三維質子治療。因此,在過去一個多世紀里,癌癥治療技術的進展完全支持著進一步技術發展的需要。



        四、放射治療技術的發展

        質子治療行業的最新進展不斷促使著放射治療技術的改進。束流傳輸、治療計劃及圖像引導方面的新技術不斷提高著當前患者體內治療靶點的療效,同時也正在開創之前質子在患者體內未曾治療過的靶點位置。如前所述,放射治療技術近年來最顯著的進步是筆形掃描技術(PBS)的廣泛使用。而早期的質子治療系統主要依靠于展開的束流來傳輸,然后通過對每一個患者采用的專門孔徑和補償器的使用來最后形成束流,PBS嚴格的把控著小的束流,進而讓其輸送劑量到患者的靶部位內。


        早期的質子束流輸送方法是采用雙散射(DS)或“均勻”磁掃描(US)技術把束流輸送到比實際靶點體積大的位置,同時需要孔徑和補償器來形成橫向和遠側的束流。能夠調節的束流參數僅為擴展的布拉格峰(SOBP)的范圍、幅度或寬度。由束流傳遞距離的遠近,用補償器調節靶區遠端劑量到最佳,且決定回到高劑量區域的大小程度。近端高劑量區的形狀將模仿遠端劑量區形狀,因為劑量只能是均勻的進行調節調制,或拉回到原來水平。因此,這種物理存在將會在靶區外為每一束單獨束流產生形成非計劃內的近端高劑量區。通過多個束流的使用——類似于3D光子技術,緩和了上述效應的產生。


        同樣,由于不能對給定的束流做出改變的光圈能提供所有需要的束流,所以在不同的深度,束流的寬度不能任意的做出調整。這些之前的束流輸送技術的確得益于質子物理學的發展,其中包括了降低入射劑量及零出射劑量,但這些技術由于在患者體內不能有效的形成要求的劑量分布而限制了其發展。圖2說明了傳統質子治療的束流設計。

        ?

        圖2:利用雙散射或者均勻掃描的傳統質子治療儀。用光圈來形成束流,且利用補償器使得遠端劑量與靶形狀一致;用于校正靶的遠端束流形狀的補償器(1),傾斜入射的束流(2)以及在束流傳輸過程中的不均勻性(3)。

        ?

        圖3:PBS是采用獨立控制的加速的質子的小的筆形束流在三維空間來覆蓋靶目標。用快速掃描電磁鐵來使的筆形束掃描技術離軸掃描。直到每個點受到所需劑量的掃描后,束流才被固定在掃描點上。


        筆形掃描技術的問世已經克服了上述缺點。PBS技術可以積極引導束流到患者體內給定的深度和橫向偏移量的離散的“點”的劑量。見圖3。


        PBS技術可以對治療計劃中每一束流如何沉積及沉積的部位進行完全控制。選擇的照射點允許各能量層束流寬度的變化。使用這種技術,靶部位的近端和遠端的劑量分布就能達到一致,或者允許在束流的邊緣形成一個凹形。相比于三維質子治療,PBS技術對靶部位近端的進行保護避免受到大劑量照射而不需要光圈和補償器就能做到。PBS技術的唯一缺點是每一個照射部位仍然沉積了入射劑量。PBS技術靶部位近端保護的有利臨床應用是在本文第六部位中乳腺癌的治療過程中。在DS/US與PBS技術對腦部腫瘤的單光束治療的比較如圖4。


        圖4:使用DS/US與PBS單質子治療劑量的差異比較。底部右圖顯示的是使用DS/US技術對靶部位外面的非需要劑量。


        PBS技術所帶來的優點和靈活性為其他先進的計劃技術的發展開了先河。早期的束流傳輸方法是每一束流只能傳輸一個均勻的束流,且由于束流會在病人的解剖結構或補償器中的散射而產生的意外熱點和冷點。但PBS技術就可能充分的達到治療要求的技術,即為靶的每一個部位提供均勻劑量,然而,這已不是一個必備的要求。如果需要,對每一個束流可進行優化后才給靶輸送相應束流,這是在精確的束流輸送基礎上形成的。例如,如果一個臨床靶體積(CTV)環繞著一個重要的危險器官(OAR),右側束流可能更多的投射到CTV右側附近,同時遠離右側的靶的其它部位則投射較少的劑量,則劑量就會通過這個重要的危險器官進行劑量的輸送。但這種偏倚的情況可以被放射治療計劃者調整到任意程度。


        除了新的束流傳輸技術外,質子治療計劃技術也在不斷進步中。以蒙特卡羅為基礎的劑量計算將很快成為主要的研究手段,為不規則的靶體提供更準確的劑量數值,以便為治療計劃者提供更多的信息。質子的筆形束流計算算法一直難以成為上游的散射,如通過一個厚的補償器。對于大多數質子治療系統,存在一個較低的能量界限,通常是75MeV,或者約水下4cm范圍。如果輸出能量低于這個界限值的話,則需要在束流傳輸途中增加額外的降解材料,但這卻降低了劑量率和增加了光斑大小。為了減少上述問題,需要安裝一個范圍移出器。范圍移出器是放置于束流中的丙烯做成的材料,靠近病人,可以進一步降低束流的能量以便于治療患者淺表部位的腫瘤,如乳腺癌。范圍移出器通常置于束流傳輸系統真空范圍之外,因為質子會在空氣中發生散射。氣隙被定義為范圍移出器與患者之間的距離,且氣隙越短,散射的束流越少。對于帶有范圍移出器的大的氣隙,該算法可能高估了淺表部位的劑量。蒙特卡羅算法將極大的提高帶有上游散射劑量值的準確性,同時也在非均勻性物質如氣囊、肺以及金屬移植物中出現。


        在質子治療當中一個普遍不清楚的內容是質子相對于光子的生物學效應(RBE)大小。不過1.1已經成為這個RBE的標準值來使用[12],以便每位患者都是相等的。然而,我們知道RBE是和質子的傳能線密度(LET)在與靶部位相互作用的過程中的任一點是相關聯的,且LET隨著能量大小的變化而變化。正是LET與能量的這種變化而產生了布拉格峰。通過蒙特卡洛模擬計算劑量,我們可以了解到LET-加權劑量的分布,這樣就可以評估哪些地方可能是有升高的生物劑量的風險,并希望盡量減少這種影響,或至少確保它不會發生在敏感的關鍵結構中。因此只要對LET與RBE之間建立關系,則生物優化計劃將不再遙不可及。


        盡管質子治療是一種先進的治療手段,但其在圖像和患者調節技術的發展中仍然跟隨著光子步伐。呼吸門控技術是光子治療過程中普遍使用的一個很好的例子,但在質子臨床治療實踐過程中還沒有發現其廣泛使用。錐形束CT(CBCT)是另一個這樣的技術,而且已經在目前市售的所有新的質子系統中,同時可能很快就會在現有的質子治療室改造升級這種技術。多個供應商現在提供的CBCT作為一個選項,或作為主要的成像處理在他們治療系統中的即將到來的迭代。目前的行業標準的成像方法,二維正交X射線圖像,是在很大程度上限于設定的基于骨性解剖和基準標記。CBCT是一個近乎完美的選擇技術,因為它可以根據患者的皮膚或軟組織而提供更好的定位。在靶的定位和患者調節技術提高可以有效減少靶體積周圍部分,以免使重要器官免收照射。


        CBCT圖像的另一個重要應用就是在一個驗證治療位置上計算患者的治療計劃劑量大小。CT掃描的質量保證通常是在質子治療中進行的,但當前他們需要移動患者至軸向CT掃描儀,且在治療位置實施一個單獨的設置。如果能夠計算出在治療室獲得的CBCT圖像的劑量值,這將使得的結果更加可靠,同時也避免了患者所受到額外的攝片成像劑量[ 13 ]。從治療室獲得的CBCT圖像所提供的信息對醫生決定是否以及何時調整治療計劃有非常大的價值。對過程的進一步細化將是實時調整治療計劃。使用可調節的登記項目和快速治療計劃優化調整每天的治療計劃,目的是為了對靶達到最優化的覆蓋及避免危險重要器官受到照射。然而,目前這種觀點很可能在數年后才能在臨床實施。


        除了在患者設計方面的作用外,成像技術也可應用于對患者體內的劑量分布情況進行驗證。當質子與患者體內的有機分子的原子核相互作用時,通過核的相互作用且形成了發射正電子的核素,包括C-11、O-15 [14]。如果對一個接受質子治療后的患者立刻進行正電子發射斷層掃描(PET)檢查,在PET圖像中可以看到質子在患者體內組織中的信號。把這種信號轉變成真正的劑量值是一個挑戰,但是按照束流行進的軌跡以及束流停止的地方可以獲得有用的信息。這個正在研究當中,但是這種技術也呈現出有意義的機遇,就是可以在患者體內進行質子束流的質量保證。


        實施質子治療過程中另一項技術是實時γ射線的檢測。在質子與患者體內原子核發生相互作用時產生瞬發性離散能量γ射線。由Jongen和Stichelbaut在醫學范圍內的質子范圍驗證中首次提出了瞬時γ射線成像的概念 [15]。


        質子放射治療是質子治療領域另一個有前景的發展。X射線成像是利用光子通過組織時的衰減而獲得的X射線圖像。大量的這樣的X射線圖像在已知的各個角度內被用來重建一個三維CT圖像。以類似的方式,一系列質子射線也可以用來重建一個質子CT(PCT)[16]。PCT將描述患者體內不同組織類型的每一個體素的相對阻止本領?;颊唧w內質子阻止本領的精確圖,今天難以用精確的方式計算其質子范圍。


        (五、六部分缺)


        七.質子治療中心的經濟效益

        質子治療設施必須克服的主要障礙之一是成本。這些設施的成本往往是由采用設備的大小和設施開發所花費的時間決定。近年來,幾家公司開始研發更為緊湊的治療設備系統,由此可以在工廠進行預組裝,然后在現場進行安裝,這樣就大大縮短了安裝所需時間。Mevion公司研發了一臺緊湊型單室治療系統,其中加速器被安裝在旋轉機架上。IBA公司研發了采用有限轉角機架加專用回旋加速器的專用單室治療系統。Protom和日立也研發了這種類似的有限角度的機架,但他們使用的是同步加速器來加速質子。最初由瓦里安,IBA,住友,三菱等公司研發的傳統大型治療系統目前仍然在進行市售,這些設備通常由較大的學術研究機構購買。雖然這些大型的治療設備采用傳統的設計,但是他們都配備了最新的技術,例如CBCT和PBS。


        2000年初,研發人員采用ACCEL技術(2005年 被Varian收購)建造了第一臺超導回旋加速器,超導技術的應用就正式進入了質子治療領域。自那時以來,幾家公司已經開始研制超導同步回旋加速器以減小加速器的尺寸和成本。如Mevion的同步回旋加速器,重量小于20噸。表1列出了常見的商業用途回旋加速器和同步回旋加速器。IBA C230設備是室溫的同步回旋加速器,且已經在世界范圍內大多數的IBA設施進行安裝使用。

        ProNova Solutions是最新的質子治療系統制造廠商,現在正在研發一臺緊湊型治療系統,該系統采用超導磁體的360度旋轉機架,大小幾乎是傳統機架的三分之一。ProNova治療系統是在印第安那大學回旋加速器中心所研發的束流線的技術基礎上進行開發[40]。每個治療室采用獨立的能量修正系統,使治療室獨立于主束流產生系統,實現不同治療室之間快速的束流切換(小于3毫秒)。


        美國諾克斯維爾的 Provision質子治療中心(PCPT)是一家先進的質子治療中心,配備傳統的IBA治療系統,并有三間質子治療室。PCPT也購買了第一套ProNova SC360治療系統,與IBA治療系統被安裝于同一建筑物中。SC360系統已于2016年12月通過了FDA認證。PCPT計劃于2016年年底使用SC360治療系統開始治療患者。PCPT建筑布局圖見圖9。從平面圖來看,傳統的IBA治療系統和ProNova治療系統的占地面積差異顯而易見。



        圖9:PCPT建筑物一樓布局,IBA Proteus Plus(實線)和 ProNova SC360 系統(虛線)。灰色陰影表示診所區域,包括檢查室和病人候診區。


        八、質子治療的前景

        質子治療的未來非常樂觀。PBS在臨床治療上的直接積極作用無可非議。1996年第一位患者在瑞士保羅謝爾研究取得了明顯的治療效果[41],當PBS在全球范圍內廣泛應用于臨床時,這種治療作用就顯得更為明顯。荷蘭格羅寧根大學醫學中心(UMCG)的臨床團隊在Hans Langendijk博士的領銜下,成功實現了PBS技術在臨床實踐中的應用。他們團隊在UMCG針對質子治療的需求進行了一次深入的調查研究,通過分析在UMCG接受治療的患者隊列研究結果,分析回顧了正常組織并發癥的發生率[42]。圖10是在UMCG基于質子治療系統預測未來PBS利用率的條形圖(Langendijk博士許可轉載),這個治療系統目前還在建設中[42]。有意思的是75%使用PBS技術是為了預防并發癥和繼發性癌癥。只有計劃治療病例總數的20%的患者的治療目的主要是對腫瘤更好的局部控制,而僅僅只有5%是針對標準適應癥的治療。在PBS技術實現臨床應用之前,質子治療或多或少都被運用于治療標準的適應癥。換言之,圖10中所列的標準適應癥與圖6虛線左側所列適應癥相同。這就意味著,PBS潛在的臨床作用已經遠遠超出了質子治療早期所期望或預測的那樣。

        九、結論

        Wilson在1946年首先提出了用加速質子進行放射治療腫瘤的概念[5],首例質子放射治療案例是在1954年的LBL[6]。經過許多同行在粒子放射治療領域多年的不懈努力,我們最終達成一個共識——質子治療可以大規模用于全球范圍內臨床實踐。這個過程發展非常迅速。亞瑟?叔本華(1788-1860)認為所有的真理都必須要經過三個階段。在第一階段被冷嘲熱諷;在第二階段被強烈反對;到了第三階段,卻被視為不證自明。我們的觀點是PBS的臨床應用加上許多先進技術,使質子治療能夠達到叔本華理論的第三階段。我們將會看到今后幾十年內質子治療數量的迅猛增長。這種質子治療利用的增長將降低費用,降低建造時間甚至更多。PBS技術的臨床應用充分利用了質子加速器的束流潛能,以便追求提高治療效率。作者認為PBS對腫瘤治療的效用將會明顯超過目前的IMRT技術。將PBS大規模應用于臨床實踐是自1896年倫琴發現X射線以來,放射治療技術發展過程中的關鍵點。

        特約編譯:王孝娃譯


        REFERENCES:?

        1. Robinson R. (1995) The Race For Megavoltage X-Rays Versus Telegamma. Acta Oncologica 34:8 1055-1074.?

        2. Chadwick J. (1932) Possible Existence of a Neutron. Nature 129-312.?

        3. Stone R, Lawrence J, Aebersold P. (1940) A Preliminary Report on the Use of Fast Neutrons in the Treatment of Malignant Disease. Radiology 35: 322-327.?

        4. Skarsgard L. (1998) Radiobiology with Heavy Charged Particles: a Historical Review. Physica Medicina Jul;14 Suppl 1:1-19.?

        5. Wilson R. (1946) Radiological Use of Fast Protons. Radiology 47:487-491.?

        6. Das I, Harald P. (2015) Principles and Practice of Proton Beam Therapy. Medical Physics Publishing, Inc.?

        7. Koehler A, et al. (1972) Protons in Radiation Therapy. Radiology 104:191-195.?

        8. Kanai T, et al. (1980) Spot scanning system for proton radiotherapy. Medical Physics 7,365.?

        9. Intensity Modulated Radiotherapy Collaborative Working Group. (2001) Intensity-Modulated Radiotherapy: Current Status and Issues of Interest. Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys., Vol. 51, No. 4, pp. 880–914.?

        10. Mackie T, et al. (1993) Tomotherapy: a New Concept for the Delivery of Dynamic Conformal Radiotherapy. Medical Physics Nov-Dec; 20(6): 1709-19.?

        11. Yu C, et al. (1995) IMAT with DMLC: an Alternative to Tomotherapy. Physics in Medicine and Biology 40:1435.?

        12. Coutrakon G, Cortese J, Ghebremedhin A, et al. (1997) Microdosimetry spectra of the Loma Linda proton beam and relative biological effectiveness comparisons. Medical Physics 24:1499 DOI 10.1118/1.598038.?

        13. Park Y, Sharp G, et al. (2015) Proton dose calculation on scatter-corrected CBCT image: Feasibility study for adaptive proton therapy. Medical Physics 42:4449 DOI 10.1118/1.492317.?

        14. His W, Indelicato D, Vargas C, et al. (2009) In vivo verification of proton beam path by using post-treatment PET/CT imaging. Medical Physics 36:4136 DOI 10.1118/1.3193677.?

        15. Stichelbaut F, Jongen Y. (2003) Verification of the Proton Beam Position in the Patient by the Detection of Prompt Gamma Ray Emmission. PTCOG-39.?

        16. Hanson K, Bradbury J, Cannon T, et al. (1981) Computed tomography using proton energy loss. Physics in Medicine and Biology, vol. 26, no. 6, pp. 965-983.?

        17. Schulte R, Penfold S, (2012). Proton CT for Improved Stopping Power Determination in Proton Therapy. Transactions of the American Nuclear Society. 106, 55–58.?

        18. Paganetti, H. (2012) Range Uncertainties in Proton Therapy and the Role of Monte Carlo Simulations. Phys Med Biol. 57(11):R99-117.?

        19. Moyers M, Miller D, Bush D. (2001) Methodologies and Tools for Proton Beam Design for Lung Tumors. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 49 (5):1429-1438.?

        20. Yuh, G, Loredo L, et al. (2004) Reducing Toxicity from Craniospinal Irradiation: Using Proton Beams to Treat Medulloblastoma in Young Children. Cancer J. 10(6):386-90.?

        21. St. Clair, W H, Adams, J A, Bues, M, et al. (2004) Advantage Of Protons Compared To Conventional X-Ray Or IMRT In The Treatment Of A Pediatric Patient With Medulloblastoma. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 58(3):727-34.?

        22. Lin H, Ding X, Kirk M, et al. (2014) Supine Craniospinal Irradiation Using a Proton Pencil Beam Scanning Technique Without Match Line Changes for Field Junctions. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 90(1):71-8.?

        23. De Laney T, Kooy H, (2008) Proton and Charged Particle Radiotherapy. Lippincott, Williams, & Wilkins, Philadelphia.?

        24. Ahn P, Sharma S, Zhou O. (2015) A Comparative Quality of Life Cohort of Oropharyngeal Squamous Cell (OPSCC) Patients Treated With Volumetric Modulated Radiation Therapy (VMAT) Versus Proton Pencil Beam Scanning (PBS). Int J Radiat Oncol Biol Phys. (93): S71.?

        25. Liu W, Zhang X, Li Y, et al. (2012) Robust Optimization of Intensity Modulated Proton Therapy. Med Phys. 39(2):1079-91.?

        26. MacDonald S, Patel S, Hickey S, et al. (2013) Proton Therapy for Breast Cancer After Mastectomy: Early Outcomes of a Prospective Clinical Trial. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 86(3):484-90.?

        27. MacDonald S, Jimenez R, Paetzold P, et al. (2013) Proton Radiotherapy for Chest Wall and Regional Lymphatic Radiation: Dose Comparisons and Treatment Delivery. Radiat Oncol. 8:71?

        28. Whelan T, Pignol J, Levine M, et al. (2010) Long-Term Results of Hypofractionated Radiation Therapy for Breast Cancer. N Engl J Med 362(6):513-20.?

        29. Xu N, Ho M, Li Z, et al. (2013) Can Proton Therapy Improve the Therapeutic Ratio in Breast Cancer Patients at Risk for Nodal Disease? Am J Clin Oncol. 37(6):568-74.?

        30. Chang J, Komaki R, Lu C, et al. (2011) Phase 2 Study of High-Dose Proton Therapy with Concurrent Chemotherapy for Unresectable Stage III Nonsmall Cell Lung Cancer. Cancer. 117:4707-4713.?

        31. Chang J, Li H, Zhu X, et al. (2014) Clinical Implementation of Intensity Modulated Proton Therapy for Thoracic Malignancies. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 90(4): 809–818.?

        32. Darby S, Ewertz M, McGale P, et al. (2013) Risk of Ischemic Heart Disease in Women after Radiotherapy for Breast Cancer. N Engl J Med. 368(11):987-98.?

        33. Grassberger C, Dowdell S, Lomax A, et al. (2013) Motion Interplay as a Function of Patient Parameters and Spot Size in Spot Scanning Proton Therapy for Lung Cancer, Int J Radiat Oncol Biol Phys. 86(2): 380–386.?

        34. Fagundes M, Robison B, et al. (2015) Intensity Modulated Proton Therapy in the Treatment of High-Risk Prostate Cancer: How Do Robustly Optimized Proton Plans Compare With Volumetric Modulated Arc Therapy? ASTRO.?

        35. Bryant C, Smith T, Henderson R, et al. (2016) Five-Year Biochemical Results, Toxicity, and Patient-Reported Quality of Life After Delivery of Dose-Escalated Image Guided Proton Therapy for Prostate Cancer. Int J Radiation Oncol Biol Phys. 95(1):422-434.?

        36. Fagundes M, Robison B, et al. (2015) High-Dose Rectal Sparing With Transperineal Injection of Hydrogel Spacer in Intensity Modulated Proton Therapy for Localized Prostate Cancer. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 93(3): E230.?

        37. Frank S, Cox J, Gillin M, et al. (2014) Multifield Optimization Intensity Modulated Proton Therapy for Head and Neck Tumors: A Translation to Practice. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 89:846–53.?

        38. Quan E, Liu W, Wu R, et al. (2013) Preliminary Evaluation of Multifield and Single-Field Optimization for the Treatment Planning of ?Spot-Scanning Proton Therapy of Head and Neck Cancer. Med Phys. 40: 081709.?

        39. Little M, Schipper M, Feng F, et al. (2012) Reducing Xerostomia after Chemo-IMRT for Head-and-Neck Cancer: Beyond Sparing the Parotid Glands. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 83:1007.?

        40. Anferov V, Broderick B, Collins J, et al. (2001) The Midwest Proton Radiation Institute Project at the Indiana University Cyclotron Facility, Cyclotrons and their Applications, AIP Conf. Proc. 600:27-29.?

        41. Pedroni E, Bacher R, Blattmann H, et al. (1995) The 200-MeV Proton Therapy Project at the Paul Scherrer Institute: Conceptual Design and Practical Realization. Med Phys. 22(1):37-53.?

        42. Langendijk J, Doornaert P, Verdonck-de Leeuw I, et al. (2008) Impact of late treatment- related toxicity on quality of life among patients with head and neck cancer treated with radiotherapy. J Clin Oncol. 26: 3770–6.?


        Contacts of the corresponding author:?

        Author: A.N. Schreuder?

        Institute: Provision Center for Proton Therapy?

        Street: 6450 Provision Cares Way?

        City: Knoxville, Tennessee?

        Country: USA?

        Email: niek.schreuder@provisionproton.com


        友情鏈接

        Copyright ? 2023 All Rights Reserved 版權所有 北京物流信息聯盟

        欧美精品一级毛日韩版_日本一级a毛一级a做_人妻无码人妻有码中文字幕_午夜班福利一级毛片
        <tr id="vhtpr"><code id="vhtpr"></code></tr>

          <ins id="vhtpr"></ins>
            <output id="vhtpr"><nobr id="vhtpr"></nobr></output><output id="vhtpr"></output>

            <menuitem id="vhtpr"></menuitem>

            <tr id="vhtpr"></tr>
              <tr id="vhtpr"><nobr id="vhtpr"><delect id="vhtpr"></delect></nobr></tr>
              <kbd id="vhtpr"><video id="vhtpr"></video></kbd>