快速单层单次扫描技术实现质子闪疗

用于质子闪疗的单能量快速束流调制设备(静态和动态脊形滤波器设计)及其相应的结果，包含剂量学和照射时间两部分。 张国梁供图

　　武汉大学医学物理团队针对目前的肿瘤放射治疗手段——闪疗（FLASH），首次在国际上提出了一种应用于质子闪疗技术的快速单层单次扫描技术（基于自主设计的静态和动态的脊形滤波器），可大幅缩短质子笔型束扫描时间。该方法能够满足FLASH所要求的高剂量率的同时，提供与标准的调强质子治疗可比的剂量分布，同时大幅缩短常规笔行束扫描时间，有望推进质子闪疗的临床转发步伐。

　　相关研究成果以“基于脊形滤波器的质子闪疗”为题，近日发表在放射治疗的权威期刊《医学物理》。论文第一作者为武汉大学医学物理专业博士生张国梁，通讯作者为武汉大学教授彭浩。该项目由武汉大学、解放军总医院第五医学中心和无锡新瑞阳光粒子医疗装备公司共同参与。

　　目前全球质子治疗中心和治疗患者数目的年增长速度超过15%，近年来在中国也进入了一个高速的发展阶段，多家肿瘤治疗机构都在筹建质子中心。质子闪疗有望在未来肿瘤治疗中扮演重要的角色，也为国产质子治疗相关技术赶超世界领先水平提供了机遇。

　　据彭浩介绍，闪疗是一种在超高剂量率下进行的超快速放疗手段。和传统剂量率照射相比，闪疗可以在不改变肿瘤控制效果的同时，减少辐射对正常组织和器官的损伤。闪疗效应的一种可能解释是高剂量率导致组织中的氧气耗竭，使正常组织产生辐射抵抗，其他解释包括活性氧化物质和免疫反应。

　　质子放疗由于其先天的剂量率和布拉格峰的优势，是FLASH临床应用的首选。在国际上，质子设备厂商（如IBA，VARIAN等）和诸多质子中心都在开展相关研究，如瑞典的IBA公司给出了基于Hedgehog的解决方案，美国的Varian公司也提出了类似光子放疗中多叶光栅的动态束流调制方案，其目的均为实现快速的束流调制。

　　针对此问题，武汉大学医学物理团队与国产质子设备商新瑞阳光合作，首次提出了一种新型用于质子FLASH的扫描方案。质子笔型束扫描时间长的原因在于，多层能量切换时间（秒级），难以满足闪疗所需的瞬时高剂量率的要求。研究团队设计了一种单能量单层束流扫描技术，通过自主开发设计的脊形滤波器，可以一次照射完成束流调制和适形实现瞬时高剂量率的质子闪疗。

　　相比IBA和Varian两家国外厂商的方案，研究团队的方法真正做到了基于Dose而非Fluence的调强，能在保证高剂量率的同时做到治疗靶区内的剂量适形，也能大幅的缩短治疗时间。以头颈部和肺部肿瘤为例，相比于传统的质子调强治疗，扫描时间可缩短5—10倍左右。

　　相关论文信息： https://doi.org/10.1002/mp.15717