前列腺癌患者体内首次质子射程瞬发伽马成像验证
瞬发伽马成像(PGI)的工作原理是探测质子束与患者体内的原子核相互作用时产生的瞬发伽马射线。质子束进入体内产生核反应，原子核进入高激发态，并瞬间退激时放出伽马光子，瞬发伽马即是瞬时发射的伽马光子。伽马光子的分布与质子束的位置密切相关，通过探测伽马光子就可验证质子束在体内的射程。
研究人员使用PGI狭缝照相机，通过钨刀刃狭缝准直器(tungsten knife-edge slit collimator)将瞬发伽马辐射沿质子路径的发射剖面投影到空间分辨探测器上。得到针对笔形束扫描治疗每个束斑获得的一维瞬发伽马分布，包含患者体内质子射程的信息。在这项研究中，PGI狭缝照相机通过安装在基于地面的对接系统(floor-based docking station)上进行升级，以提高定位精度。患者射程预测的准确性是根据对5例前列腺癌患者进行大分割治疗期间的临床PGI测量来确定，PGI测量使用室内CT共测量30次。
对于每个笔形束束斑，射程偏移通过将PGI测量与基于控制CT的PGI模拟进行比较获得。在模拟中应用了三种不同的SPR预测方法：标准CT值到SPR转换(Hounsfield查找表[HLUT])、自适应HLUT(DECT优化)和DirectSPR。来自所有束斑的逐个束斑加权平均射程偏移用作衡量相应射程预测方法准确性的度量。
结果显示，DirectSPR、自适应HLUT和标准HLUT的平均射程预测精度为0.0%±0.5%、0.3%±0.4%和1.8%±0.4%。对于所有方法，第二代PGI狭缝摄像机的整体验证不确定性约为1 mm(2δ)，小于深部肿瘤的射程预测不确定性。本研究为首次使用前列腺癌治疗中的PGI射程验证在临床常规中评估范围预测准确性。两种DECT衍生的射程预测方法与PGI验证中测量的质子射程一致，而对于标准HLUT方法则有所不同。
研究人员指出，其研究证实了DECT衍生的SPR预测方法优于当前基于单能量CT最先进的HULT方法。其之所以选择前列腺癌治疗进行评估，因为包含高度均匀的靶区，并且在粒子治疗中需要最高的穿透深度。本研究中，基于PGI整体验证的不确定性约为1 mm，远小于德累斯顿质子治疗中心使用的基于HLUT的方法和DirectSPR的射程预测不确定性——这是临床应用技术首次在体内射程验证的重要先决条件。
接下来，研究人员将把PGI的应用扩展到其他治疗部位，例如头颈癌。研究人员还计划使用研究中获得的PGI和室内CT数据系统地研究基于PGI的治疗验证在质子治疗过程中检测解剖结构变化的敏感性。(质子中国 编译报道)
同行点评
汪金龙：中国原子能院博士，注册核安全工程师，PMB审稿人；研究领域：质子重离子治疗，在束伽马谱学，辐射防护，医学物理，蒙特卡洛应用等。
“经过最近十几年的大力研究发展，临床专家和物理学家们一起，把瞬发伽马成像(PGI)技术成功应用于临床治疗，使得这项技术在不久的将来，就能像CBCT一样成为质子重离子治疗的一个标配技术。德国德累斯顿OncoRay中心的这项研究是意义重大的开局，他们开发的第二代PGI技术成功地验证了基于CT的体内射程，并证明了双能CT的优势，为精准质子放疗提供了崭新的方法，也为真正的自适应质子放疗提供了新的思路。很多年以前宇宙学家就用来自星空深处的伽马射线探索太空奥秘，核物理学家也用它来研究原子原子核的微观结构，而现在瞬发伽马(PG)射线携带离子束流和组织信息，将逐渐成为质子重离子放疗医生和物理师手中的利器，为广大患者的诊疗服务。我们期待将来，PGI不仅在射程验证方面更加成功地走向临床，在组织结构测量、剂量在线验证方面也有长足进展。PGI是正在研发中的几类技术之一，我们也期待这类技术(而不只是这一技术)尽快进入临床使用。”
信息来源：Physics World