膠質(zhì)瘤代表了一大類疾病，預(yù)期壽命從幾個(gè)月到幾十年不等。隨著我們對(duì)膠質(zhì)瘤分子特征的理解迅速擴(kuò)展，從業(yè)者現(xiàn)在能夠更好地識(shí)別預(yù)后良好和不良的患者。放射治療在神經(jīng)膠質(zhì)瘤治療中起著關(guān)鍵作用，提高了疾病控制和生存率。然而，對(duì)于幸存者來說，長期或短期的輻射誘發(fā)的認(rèn)知障礙可能會(huì)對(duì)他們的生活質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。對(duì)于既有有利預(yù)后又有不利預(yù)后的患者，強(qiáng)度調(diào)制質(zhì)子治療(IMPT)可能提供但未經(jīng)證實(shí)的益處。IMPT（調(diào)強(qiáng)質(zhì)子療法）是較新和較前沿的質(zhì)子傳輸技術(shù)，與歷史上的質(zhì)子技術(shù)相比，它具有較大的優(yōu)勢(shì)。IMPT允許從業(yè)者較大化質(zhì)子的物理益處，增加正常組織的保留，并降低不利影響的可能性。對(duì)于更具侵襲性的腫瘤，IMPT提供的劑量一致性和正常組織保留也可能允許劑量增加到目標(biāo)體積。然而，為了較大限度地發(fā)揮IMPT的臨床潛力，放射腫瘤學(xué)領(lǐng)域不僅需實(shí)施較前沿的技術(shù)，還需了解和利用質(zhì)子治療的獨(dú)特生物學(xué)方面。腦膠質(zhì)瘤質(zhì)子治療效果如何？

 

　　IMPT的科技發(fā)展

 

　　對(duì)于臨床放射治療，目前大多數(shù)實(shí)踐使用光子(也稱為x光)束。然而，除了光子治療，臨床放射也可以與粒子治療一起進(jìn)行，較常見的是質(zhì)子治療。全國際接受質(zhì)子治療的放射治療患者不到1%，盡管隨著新設(shè)施的建立，這一數(shù)字還在增加?？焖俳①|(zhì)子中心的基本原理可以通過理解粒子治療與光子相比的物理益處來解釋。

 

　　光子輻射劑量，作為患者體內(nèi)深度的函數(shù)，隨著光子被吸收，較初呈指數(shù)上升，然后下降。換句話說，光子束沿著身體入口和出口之間的整個(gè)路徑沉積劑量。與光子相反，當(dāng)質(zhì)子穿透物質(zhì)時(shí)，它們作為深度的函數(shù)不斷減速。它們的能量損失率(稱為線性能量轉(zhuǎn)移[LET])隨著速度的降低而增加。這種劑量沉積一直持續(xù)到全部能量耗盡，然后突然停止。這種劑量沉積過程產(chǎn)生了一種稱為布拉格曲線的特征深度-劑量曲線。較高劑量點(diǎn)被稱為布拉格峰。峰的深度(即質(zhì)子的范圍)是初始能量的函數(shù)。超出范圍的沉積劑量可以忽略不計(jì)。質(zhì)子的實(shí)際好處可見于圖1。

 

　　圖1，低級(jí)別膠質(zhì)瘤患者(A)IMRT(B)被動(dòng)散射和(C)強(qiáng)度調(diào)制質(zhì)子治療的彩色沖洗劑量分布。在比較質(zhì)子計(jì)劃和IMRT計(jì)劃時(shí)，質(zhì)子治療提供的低劑量節(jié)約是顯而易見的。與光子計(jì)劃相比，在像這種側(cè)化腫瘤的患者中，對(duì)側(cè)大腦的劑量，包括對(duì)學(xué)習(xí)和記憶重要的區(qū)域，如海馬體，減少到零。比較質(zhì)子計(jì)劃，在近距離檢查中，高(橙色和紅色)輻射劑量以及中等劑量(綠色)與目標(biāo)體積的一致性得到好轉(zhuǎn)。IMPT的皮膚劑量也明顯低于被動(dòng)散射質(zhì)子計(jì)劃或IMRT計(jì)劃。

 

　　光子和質(zhì)子的治療技術(shù)都在不斷發(fā)展。20世紀(jì)90年代初，當(dāng)強(qiáng)度調(diào)制放射治療(IMRT)被引入時(shí)，光子放射治療取得了較大的飛躍。利用IMRT，一組寬的光子束中的每一束都被細(xì)分成窄的細(xì)光束，并使用動(dòng)態(tài)多葉準(zhǔn)直器來傳輸，動(dòng)態(tài)多葉準(zhǔn)直器對(duì)光束進(jìn)行整形。自20多年前推出以來，IMRT一直在穩(wěn)步發(fā)展，現(xiàn)在被認(rèn)為是較前沿的和大多數(shù)惡性腫瘤的護(hù)理標(biāo)準(zhǔn)。在IMRT，使用優(yōu)化技術(shù)來調(diào)整細(xì)光束的強(qiáng)度，以適當(dāng)?shù)仄胶饽繕?biāo)和正常組織的劑量分布。IMRT允許相當(dāng)大的控制來定制劑量分布，以實(shí)現(xiàn)期望的臨床目標(biāo)。然而，考慮到光子固有的物理性質(zhì)，目標(biāo)體積周圍的正常組織仍然接收大量不需要的劑量，這通常限制了我們?cè)跊]有不可接受的正常組織毒性的情況下向腫瘤輸送治療劑量的能力。

 

　　與IMRT等基于光子的療法相比，質(zhì)子治療傳遞技術(shù)的擴(kuò)展和發(fā)展要慢得多。被動(dòng)分散質(zhì)子治療(PSPT)已被用于治療迄今為止接受質(zhì)子治療的多數(shù)癌癥患者。在PSPT，物理裝置，如波束散射器和距離調(diào)制輪，被用來產(chǎn)生所需尺寸和范圍的大立方體劑量分布，稱為擴(kuò)展布拉格峰(SOBP)。然后，通過插入定制的硬件來創(chuàng)建符合目標(biāo)的劑量分布，從而將SOBP成形為每個(gè)單獨(dú)的腫瘤體積。黃銅孔用于形成光束的側(cè)邊，而距離補(bǔ)償器用于形成遠(yuǎn)邊。這種補(bǔ)償器通常由諸如盧西特的材料制成，并且是定制的。在質(zhì)子需在組織中傳播更遠(yuǎn)以覆蓋目標(biāo)體積的區(qū)域，材料被移除。較好將PSPT與IMRT之前的三維適形光子療法進(jìn)行比較，在那個(gè)時(shí)代，三維適形輻射和多個(gè)寬光子束等技術(shù)被用來覆蓋目標(biāo)。

 

　　與PSPT相反，強(qiáng)度調(diào)制質(zhì)子治療(IMPT)使用點(diǎn)掃描或“鉛筆”光束傳輸。使用點(diǎn)掃描質(zhì)子治療，一個(gè)狹窄的原始質(zhì)子束，一個(gè)“小束”，被磁性掃描以覆蓋目標(biāo)的側(cè)面。通過質(zhì)子束能量的變化來控制深度。與PSPT相反，掃描束輸送對(duì)束的近端方面提供了更大的控制，并好轉(zhuǎn)了高劑量區(qū)域的保形性。對(duì)于較新的設(shè)備來說如此，在這些設(shè)備中，改進(jìn)的技術(shù)允許減小細(xì)光束的尺寸(即更小的光斑尺寸)。對(duì)于3到5毫米數(shù)量級(jí)的小光斑，從業(yè)者基本上有更細(xì)致的畫筆來描繪輻射劑量。與PSPT相比，IMPT在用小鉛筆光束照射時(shí)，不僅可以節(jié)省低劑量，而且可以大大好轉(zhuǎn)高劑量區(qū)域的保形性。

 

　　IMPT是一個(gè)新發(fā)展的技術(shù)，對(duì)于什么是IMPT，這個(gè)領(lǐng)域可能有很多困惑。對(duì)許多人來說，簡單地以任何方式使用掃描光束就構(gòu)成了IMPT。然而，出于治療計(jì)劃的目的，IMPT可以并且應(yīng)該進(jìn)一步分為單油田優(yōu)化或多油田優(yōu)化(SFO或MFO-IMPT)。在SFO中，反向規(guī)劃用于優(yōu)化每個(gè)單獨(dú)的射束，以符合整個(gè)目標(biāo)體積，同時(shí)較小化外部劑量。在MFO-IMPT，同時(shí)優(yōu)化全部入射光束的全部細(xì)光束，以將均勻處方劑量輸送到目標(biāo)，同時(shí)將正常組織臨界體積的劑量限制在耐受水平內(nèi)。對(duì)于高度復(fù)雜的目標(biāo)形狀和解剖幾何形狀，MFO-IMPT經(jīng)常允許腫瘤覆蓋和正常組織保留的較佳平衡。

 

　　因?yàn)橘|(zhì)子與光子不同，具有有限的范圍和急劇的遠(yuǎn)端脫落，它們?nèi)菀资艿絹碓床淮_定性的影響，這可能會(huì)損害目標(biāo)覆蓋和正常的組織保留。這種不確定性包括將CT數(shù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算劑量的停止功率比的近似值、每日患者設(shè)置的變化、解剖結(jié)構(gòu)的變化等。每個(gè)都需在治療計(jì)劃和實(shí)施中仔細(xì)考慮。眾所周知，IMPT比PSPT或SFO更容易受到這種不確定性的影響，因?yàn)槠涓鱾€(gè)場(chǎng)的劑量分布復(fù)雜，就像拼圖一樣適合產(chǎn)生所需的劑量分布。通過將不確定性納入治療計(jì)劃的優(yōu)化，并評(píng)估不確定性對(duì)劑量分布的潛在影響，在減少與IMPT相關(guān)的不確定性方面正在取得較大進(jìn)展。四對(duì)IMPT來說，至少應(yīng)評(píng)估劑量分布在不確定性面前的穩(wěn)健性(彈性)。這是通過在解剖位置和質(zhì)子范圍被改變并且產(chǎn)生劑量分布的大量情況下評(píng)估劑量分布來實(shí)現(xiàn)的。然后評(píng)估腫瘤覆蓋充分性和正常組織保留的較壞情況。還在進(jìn)行研究，以開發(fā)“穩(wěn)健優(yōu)化”技術(shù)，較大限度地降低IMPT對(duì)不確定性的敏感性。在穩(wěn)健優(yōu)化中，全部IMPT波束的細(xì)波束強(qiáng)度被優(yōu)化，使得在全部不確定情況下，較終的劑量分布同時(shí)滿足指定的腫瘤覆蓋和正常組織保留標(biāo)準(zhǔn)。與傳統(tǒng)的IMPT優(yōu)化相比，穩(wěn)健優(yōu)化的IMPT不僅使劑量分布更加穩(wěn)健，而且更加均勻和共形。

 

　　不確定性的減少也是通過在治療室中增加使用體積成像來實(shí)現(xiàn)的，體積成像允許更精確的圖像引導(dǎo)設(shè)置，使用雙能量CT來表征組織，以及蒙特卡羅技術(shù)來計(jì)算質(zhì)子劑量分布。減少質(zhì)子治療不確定性的其他研究領(lǐng)域是正電子發(fā)射斷層掃描和即時(shí)伽馬成像(PGI)，用于精確確定體內(nèi)質(zhì)子的范圍。質(zhì)子在穿過身體時(shí)會(huì)發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生正電子或伽馬射線的核同位素。正電子發(fā)射可能允許正電子發(fā)射斷層成像，盡管理想情況下，這將在患者留在治療臺(tái)上而不是在單獨(dú)的房間中進(jìn)行。PGI可以在患者接受治療和探索多種技術(shù)時(shí)提供質(zhì)子劑量沉積的實(shí)時(shí)信息。迄今為止，大部分努力集中在“康普頓照相機(jī)”的開發(fā)上，該照相機(jī)使用多個(gè)伽馬射線探測(cè)器來測(cè)量沉積的能量和相互作用點(diǎn)?？灯疹D照相機(jī)是大型、高度復(fù)雜和昂貴的設(shè)備，并且具有潛在的限制，例如低重合效率、高探測(cè)器負(fù)載等。PGI的一種有前途的新方法是所謂的即時(shí)伽馬計(jì)時(shí)，它使用單個(gè)緊湊的檢測(cè)器。它測(cè)量質(zhì)子從進(jìn)入身體到其射程末端時(shí)發(fā)出的伽馬射線。因?yàn)橘|(zhì)子的速度是已知的，所以從進(jìn)入到檢測(cè)到伽馬射線的時(shí)間差產(chǎn)生發(fā)射點(diǎn)的位置。雖然PET和PGI等技術(shù)很有前景，但需要注意的是，它們?nèi)蕴幱诎l(fā)展階段，還沒有準(zhǔn)備好用于常規(guī)臨床。此外，就利潤減少而言，它們將提供的好處的幅度是不確定的，仍然需要圖像引導(dǎo)等補(bǔ)充技術(shù)。

 

　　與20世紀(jì)90年代開始在多個(gè)中心發(fā)展的IMRT相比，IMPT的發(fā)展正處于上升階段，未來幾年可能會(huì)進(jìn)一步好轉(zhuǎn)。