质子FLASH治疗：杀伤肿瘤同时更好的保护正常组织
质子治疗相较于光子或电子放疗能够提供更优异的空间剂量分布。与此同时，最近的研究显示，质子FLASH治疗(指放射线以超高剂量率的方式出束)能够降低正常组织损伤的同时保持其对肿瘤的杀伤力。如果将上述两个特性结合起来，既能够发挥质子治疗的空间剂量优势，又能够发挥FLASH技术独特的时间效应优势。
日前，为了实现这一目标，美国宾夕法尼亚大学的一个研究小组设计了一种新型的治疗系统，该系统利用CT引导下的双散射质子进行质子FLASH治疗(FLASH-PRT)。在对小鼠的动物研究中，研究人员还首次报道了FLASH-PRT技术对正常组织更好的保护效果。点击“阅读原文”或联系质子中国小编(微信号：ProntonCN)获取全文。
Roberts质子治疗中心使用的是IBA ProteusPLUS质子治疗系统，研究团队重新设计和制作了用在该系统上的一个装置，使得这套装置既能够输出常规剂量率(0.5~1 Gy/s)又能够输出满足FLASH治疗的超高剂量率(60~100 Gy/s)。
“我们与IBA的工程师进行了非常广泛的合作，以实现对极高剂量率的稳定输送，”文章的共同作者Keith Cengel说道，“这主要涉及到束流线的调整和开发一个控制系统来请求/启动/停止束流的传输。”
Cengel指出，商业质子治疗系统能否适用于FLASH取决于加速器的类型、光束特性和喷嘴类型。他提出，在一个多室且以回旋加速器为基础的设施中，质子FLASH可能更容易实现。
研究团队将单束笔形束传送进质子中心的专用治疗室内，之后经过双散射系统得到一个均匀且扩大的照射野(从而消除了因点扫描带来的额外变量)。该设备使用质子束流控制剂量率，其他所有的系统元件都与之前相同，从而确保了剂量率是FLASH和标准条件之间的唯一区别。
团队还开发了专门的剂量测量工具，这是FLASH研究的一个基本要求。Cengel说：“我们建立并测试了一个双散射装置，该装置能够实时验证绝对剂量率和时间-剂量结构，确保该系统能够在典型的临床允许范围内准确测量和提供所需的目标剂量。”
FLASH和标准常规质子束的深度剂量分布表明，两者在入射区的剂量分布相对均匀。研究人员还证实，射束入射部分的剂量率与射束电流呈线性关系，最高可达300 nA。在动物实验中研究者使用1×2 cm的准直器，并用EBT3胶片测量固体水模体中准直射束的三维剂量均匀性，结果显示90%~95%的所需剂量覆盖了100%的靶区。
Cengel和他的同事也进行了动物体内的实验研究，以比较剂量率对正常组织损伤和肿瘤生长的影响。在照射过程中，他们使用NaI(TI)晶体探测器来测量在束流线出口窗口发射的瞬发伽马射线，并获得实时的剂量率。
在最初的研究中，他们随机分配小鼠接受15 Gy的全腹部照射，使用FLASH-PRT(78±9 Gy/s)或标准质子治疗(0.9±0.08 Gy/s)。与标准剂量率的质子治疗相比，FLASH治疗明显减少了肠隐窝(上皮细胞自我更新所需)中增殖细胞的减少，尽管两种方法与未照射的对照组相比数量都有所减少。
研究人员还评估了射线对局部肠道接受18 Gy剂量照射的小鼠的长期影响。治疗8周后，他们观察到使用标准质子治疗照射的肠道明显纤维化。这种肠道损伤是局部放疗治疗胃肠道肿瘤常见的副作用，会限制给与的照射剂量。相比之下，经过FLASH技术照射的动物其纤维化明显减少，肠道的性状表现与未受照射组织类似。
最后，研究小组给予患有胰腺侧腹肿瘤的小鼠使用FLASH或标准的质子治疗，剂量为12或18 Gy。靶区包括了肿瘤和上方肠道部分。两种方法都显示类似的依赖于剂量的肿瘤控制率，从本质上也可解释为FLASH-PRT有着更高的治疗剂量窗。
该团队目前正在努力改进该系统的性能，定义生物学结果的物理参数(例如, 时间-剂量-分次)，以及研究FLASH技术如何在保留肿瘤杀伤效应的同时又能更好的保护正常组织的基本机制。
至于FLASH-PRT何时能进入临床试验阶段，Cengel在接受《Physics World》采访时表示：“这将取决于未来研究的结果。在进行人体临床试验之前，可能需要数年时间，而不是数月时间。但我们对在肿瘤动物中先期开展临床试验的可能性感到非常兴奋。”(质子中国 编辑报道)