质子治疗可降低口咽癌放疗毒性反应(一)：物理学特性和剂量学优势
口咽部鳞状细胞癌(OPC)的主要治疗包括I-II期的放疗和III-IV期的化疗+放疗，但相当大比例的患者会发生放疗诱导的毒性反应。晚期毒性反应大部分是不可逆的，甚至是进行性的，尤其是口腔干燥和吞咽困难会影响患者健康相关的生活质量(HRQoL)。由于放疗引起毒性反应的风险高度依赖于正常组织的照射剂量，因此通过应用质子治疗降低唾液腺和吞咽所涉及的解剖结构的照射剂量，可以预防放疗诱导的口腔干燥和吞咽困难，改善与健康相关的生活质量。
日前，来自荷兰格罗宁根大学医学中心放射肿瘤学系的研究人员回顾了质子治疗物理学特性和剂量学优势、在降低口咽癌患者发生放疗诱导的毒性反应方面的临床意义，并描述了荷兰基于模型的患者选择与临床评估。原文发表于《British Journal of Radiology》杂志。点击“阅读原文”或联系质子中国小编(微信号：ProtonCN)获取全文。本期与大家分享质子治疗口咽癌的物理学特性和剂量学优势。
质子不断地与周围物质相互作用，逐渐失去能量，直至完全停止。这个范围是质子初始能量的函数；通过调节能量，可以使质子在患者体内到达所需的深度。沿光束路径的沉积剂量保持相对恒定，直到射程末端，剂量达到峰值，然后迅速下降到接近于零的水平，这就是所谓的布拉格峰(Bragg peak)。质子束的这两个特征是质子治疗的基础，也因此质子治疗与光子放疗相比可以减少整体组织照射剂量。
过去，头颈部肿瘤并不是质子治疗的主要适应证，这主要是由于将剂量输送到具有明显组织异质性的靶区技术难度非常大。然而，近年来这方面技术已取得重大进展，促进了质子治疗应用于包括头颈部肿瘤在内的更广泛的适应证。点扫描(或笔形束扫描)技术可以提供数千个窄质子束，每个束可以针对位置、深度(能量)和监测单位(monitor units) (剂量)进行调整，使用质子调强治疗(IMPT)治疗计划可以使剂量分布更加适形。解剖学上的变化，例如由于肿瘤缩小、水肿和鼻腔黏液的减少，可能会影响肿瘤和危及器官的照射剂量；而鲁棒性优化和蒙特卡罗剂量计算是有效的工具，可以减少由于患者摆位的复杂性、质子射程的不确定性和组织异质性而导致的计划剂量分布与实际剂量分布之间的差异。不过，在质子治疗期间仍然需要每周重复一次CT扫描，以监测解剖学变化以及对剂量分布的影响。如有需要，可以调整放疗计划。
来自MD安德森癌症中心、宾夕法尼亚大学医院以及荷兰格罗宁根大学医学中心的多项研究表明，OPC患者接受质子治疗可减少危及器官的照射剂量，包括腮腺和下颌腺、口腔、涉及吞咽的解剖结构和中枢神经系统结构。格罗宁根大学医学中心的研究纳入10例N0 OPC患者，肿瘤部位接受70 Gy(RBE)治疗，选择性淋巴结区域接受54 Gy(RBE)治疗，IMPT对腮腺的平均剂量可降低至16.8 Gy (RBE)，而光子调强放疗(IMRT)则为25.5 Gy。此外，IMPT显著降低了舌下腺和口腔的平均照射剂量。
格罗宁根大学医学中心纳入25例OPC患者参与的研究发现，IMPT对危及器官的平均照射剂量显著低于IMRT：前口腔和后口腔(8.3 vs 31 Gy和40.5 vs 54.3 Gy)、咽下缩肌(32.8 vs 45 Gy)、咽中缩肌(48.2 vs 57.0 Gy)和食道(20.9 vs 33.6 Gy)。在IMPT计划中，涉及恶心和呕吐的几个中枢神经系统结构的照射剂量也明显低于IMRT。
图1. cT4N0M0口咽癌患者的质子治疗和光子放疗的剂量分布。(A)咽上缩肌用红色线条勾勒，如箭头所示。(B)咽下缩肌用蓝色线条勾勒，如箭头所示。(C)环咽肌用红色线条勾勒，如箭头所示。(D)右腮腺用橄榄绿色线条勾勒，如箭头所示。(E)脑干用黄色线条勾勒，如箭头所示。红线代表70 Gy CTV，粉线代表54.25 Gy CTV。CTV，临床靶区体积；HPV，人乳头瘤病毒。
图2. cT1N3M0口咽癌患者的质子治疗和光子放疗剂量分布。(A)口腔用绿色线条勾勒，如箭头所示。(B)咽上缩肌用红色线条，如勾勒，如箭头所示。(C)质子下咽肌用蓝色线条勾勒，如箭头所示。(D)环咽肌线条勾勒，如箭头所示。(E)右腮腺用橄榄绿线条勾勒，如箭头所示。红线代表70 Gy CTV，粉线代表54.25 Gy CTV。CTV，临床靶区体积；HPV，人乳头瘤病毒。
图1和图2显示了来自格罗宁根大学医学中心的两例HPV阳性的OPC患者光子放疗和质子治疗的剂量分布。与光子放疗相比，质子治疗对多个危及器官，包括咽缩肌(PCM)、环咽肌、腮腺、口腔和脑干的剂量水平显著低于光子放疗。考虑到放疗诱导毒性反应的风险取决于对危及器官的照射剂量，质子治疗较低水平的照射剂量预计将转化为更少的治疗相关毒性反应，如吞咽困难、口腔干燥、疲劳和恶心等。