膠質瘤代表了一大類疾病，預期壽命從幾個月到幾十年不等。隨著我們對膠質瘤分子特征的理解迅速擴展，從業(yè)者現在能夠更好地識別預后良好和不良的患者。放射治療在神經膠質瘤治療中起著關鍵作用，提高了疾病控制和生存率。然而，對于幸存者來說，長期或短期的輻射誘發(fā)的認知障礙可能會對他們的生活質量產生負面影響。對于既有有利預后又有不利預后的患者，強度調制質子治療(IMPT)可能提供但未經證實的益處。IMPT（調強質子療法）是較新和較前沿的質子傳輸技術，與歷史上的質子技術相比，它具有較大的優(yōu)勢。IMPT允許從業(yè)者較大化質子的物理益處，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，放射腫瘤學領域不僅需實施較前沿的技術，還需了解和利用質子治療的獨特生物學方面。腦膠質瘤質子治療效果如何？

 

　　IMPT的科技發(fā)展

 

　　對于臨床放射治療，目前大多數實踐使用光子(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行，較常見的是質子治療。全國際接受質子治療的放射治療患者不到1%，盡管隨著新設施的建立，這一數字還在增加。快速建立質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，作為患者體內深度的函數，隨著光子被吸收，較初呈指數上升，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路徑沉積劑量。與光子相反，當質子穿透物質時，它們作為深度的函數不斷減速。它們的能量損失率(稱為線性能量轉移[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。較高劑量點被稱為布拉格峰。峰的深度(即質子的范圍)是初始能量的函數。超出范圍的沉積劑量可以忽略不計。質子的實際好處可見于圖1。

 

　　圖1，低級別膠質瘤患者(A)IMRT(B)被動散射和(C)強度調制質子治療的彩色沖洗劑量分布。在比較質子計劃和IMRT計劃時，質子治療提供的低劑量節(jié)約是顯而易見的。與光子計劃相比，在像這種側化腫瘤的患者中，對側大腦的劑量，包括對學習和記憶重要的區(qū)域，如海馬體，減少到零。比較質子計劃，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)與目標體積的一致性得到好轉。IMPT的皮膚劑量也明顯低于被動散射質子計劃或IMRT計劃。

 

　　光子和質子的治療技術都在不斷發(fā)展。20世紀90年代初，當強度調制放射治療(IMRT)被引入時，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分成窄的細光束，并使用動態(tài)多葉準直器來傳輸，動態(tài)多葉準直器對光束進行整形。自20多年前推出以來，IMRT一直在穩(wěn)步發(fā)展，現在被認為是較前沿的和大多數惡性腫瘤的護理標準。在IMRT，使用優(yōu)化技術來調整細光束的強度，以適當地平衡目標和正常組織的劑量分布。IMRT允許相當大的控制來定制劑量分布，以實現期望的臨床目標。然而，考慮到光子固有的物理性質，目標體積周圍的正常組織仍然接收大量不需要的劑量，這通常限制了我們在沒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，質子治療傳遞技術的擴展和發(fā)展要慢得多。被動分散質子治療(PSPT)已被用于治療迄今為止接受質子治療的多數癌癥患者。在PSPT，物理裝置，如波束散射器和距離調制輪，被用來產生所需尺寸和范圍的大立方體劑量分布，稱為擴展布拉格峰(SOBP)。然后，通過插入定制的硬件來創(chuàng)建符合目標的劑量分布，從而將SOBP成形為每個單獨的腫瘤體積。黃銅孔用于形成光束的側邊，而距離補償器用于形成遠邊。這種補償器通常由諸如盧西特的材料制成，并且是定制的。在質子需在組織中傳播更遠以覆蓋目標體積的區(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行比較，在那個時代，三維適形輻射和多個寬光子束等技術被用來覆蓋目標。

 

　　與PSPT相反，強度調制質子治療(IMPT)使用點掃描或“鉛筆”光束傳輸。使用點掃描質子治療，一個狹窄的原始質子束，一個“小束”，被磁性掃描以覆蓋目標的側面。通過質子束能量的變化來控制深度。與PSPT相反，掃描束輸送對束的近端方面提供了更大的控制，并好轉了高劑量區(qū)域的保形性。對于較新的設備來說如此，在這些設備中，改進的技術允許減小細光束的尺寸(即更小的光斑尺寸)。對于3到5毫米數量級的小光斑，從業(yè)者基本上有更細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，不僅可以節(jié)省低劑量，而且可以大大好轉高劑量區(qū)域的保形性。

 

　　IMPT是一個新發(fā)展的技術，對于什么是IMPT，這個領域可能有很多困惑。對許多人來說，簡單地以任何方式使用掃描光束就構成了IMPT。然而，出于治療計劃的目的，IMPT可以并且應該進一步分為單油田優(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)化每個單獨的射束，以符合整個目標體積，同時較小化外部劑量。在MFO-IMPT，同時優(yōu)化全部入射光束的全部細光束，以將均勻處方劑量輸送到目標，同時將正常組織臨界體積的劑量限制在耐受水平內。對于高度復雜的目標形狀和解剖幾何形狀，MFO-IMPT經常允許腫瘤覆蓋和正常組織保留的較佳平衡。

 

　　因為質子與光子不同，具有有限的范圍和急劇的遠端脫落，它們容易受到來源不確定性的影響，這可能會損害目標覆蓋和正常的組織保留。這種不確定性包括將CT數轉換為計算劑量的停止功率比的近似值、每日患者設置的變化、解剖結構的變化等。每個都需在治療計劃和實施中仔細考慮。眾所周知，IMPT比PSPT或SFO更容易受到這種不確定性的影響，因為其各個場的劑量分布復雜，就像拼圖一樣適合產生所需的劑量分布。通過將不確定性納入治療計劃的優(yōu)化，并評估不確定性對劑量分布的潛在影響，在減少與IMPT相關的不確定性方面正在取得較大進展。四對IMPT來說，至少應評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子范圍被改變并且產生劑量分布的大量情況下評估劑量分布來實現的。然后評估腫瘤覆蓋充分性和正常組織保留的較壞情況。還在進行研究，以開發(fā)“穩(wěn)健優(yōu)化”技術，較大限度地降低IMPT對不確定性的敏感性。在穩(wěn)健優(yōu)化中，全部IMPT波束的細波束強度被優(yōu)化，使得在全部不確定情況下，較終的劑量分布同時滿足指定的腫瘤覆蓋和正常組織保留標準。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現的，體積成像允許更精確的圖像引導設置，使用雙能量CT來表征組織，以及蒙特卡羅技術來計算質子劑量分布。減少質子治療不確定性的其他研究領域是正電子發(fā)射斷層掃描和即時伽馬成像(PGI)，用于精確確定體內質子的范圍。質子在穿過身體時會發(fā)生核反應，產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上而不是在單獨的房間中進行。PGI可以在患者接受治療和探索多種技術時提供質子劑量沉積的實時信息。迄今為止，大部分努力集中在“康普頓照相機”的開發(fā)上，該照相機使用多個伽馬射線探測器來測量沉積的能量和相互作用點。康普頓照相機是大型、高度復雜和昂貴的設備，并且具有潛在的限制，例如低重合效率、高探測器負載等。PGI的一種有前途的新方法是所謂的即時伽馬計時，它使用單個緊湊的檢測器。它測量質子從進入身體到其射程末端時發(fā)出的伽馬射線。因為質子的速度是已知的，所以從進入到檢測到伽馬射線的時間差產生發(fā)射點的位置。雖然PET和PGI等技術很有前景，但需要注意的是，它們仍處于發(fā)展階段，還沒有準備好用于常規(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，仍然需要圖像引導等補充技術。

 

　　與20世紀90年代開始在多個中心發(fā)展的IMRT相比，IMPT的發(fā)展正處于上升階段，未來幾年可能會進一步好轉。