德国OncoRay中心：放射反应模型揭示质子RBE可变性

时间：2021-03-18 23:49

随着世界范围内有越来越多的质子治疗中心相继开业，质子治疗技术已成为公认的肿瘤放射治疗选择。目前的临床治疗计划通常将质子的相对生物学效应(RBE)设为1.1。然而，在质子治疗领域，正在进行关于可变RBE是否应该更好地取代这个恒定值的激烈辩论。
 

日前，为了进一步研究质子RBE问题，德国德累斯顿OncoRay中心(HZDR研究所肿瘤放射研究中心)领导的一个团队建立了一个放射反应模型框架来评估临床质子治疗中的RBE可变性，并将模型应用于4例在德累斯顿质子治疗中心(UPTD)接受质子治疗的胶质瘤患者。他们的发现表明，依据质子治疗后临床相关终点(脑放“目前，关于这个RBE主题的评论文章数不胜数。然而，我们相信只有根据明确且高质量的临床患者治疗数据才能在很大程度上解决临床RBE问题，”文章作者Dr. Armin Lühr说道，“因此，我们需要建立一个坚实的分析和模型框架。”
射性坏死)的判断提示存在RBE的可变性。
模拟计划
Dr. Lühr和他的同事开发了一个UPTD蒙特卡罗模型来模拟被动散射质子治疗计划并预测剂量和LET分布。他们将此作为分析临床副作用的放射反应模型框架的基础，以在接受质子治疗的患者中研究RBE。
 
本研究分析的胶质瘤患者接受了辅助质子(化疗)治疗，总剂量为60 Gy (RBE)，所有患者随后在t1加权对比增强的MR随访图像中均出现了形态学改变。这些变化提示发生了正常组织并发症，研究人员认为与放射性坏死有关。
 
研究人员同时创建了一种剂量验证方法，并对4例患者进行了治疗计划模拟，随后将蒙特卡罗计算的剂量分布与临床质子治疗计划系统(TPS)的计算结果进行了比较分析。蒙特卡罗模拟计算的临床靶量(CTV)平均剂量仅比治疗计划系统计算得到的CTV平均剂量低0.58%，最大差异为1.98%，表明该蒙特卡罗模型能够可靠模拟治疗计划。同时，分析得出剂量差异主要发生在射野后端边缘和高剂量梯度区域；在这些区域内，TPS的精确度受到笔形束剂量算法的限制。
反应模型  
研究人员使用每个模型来预测4例胶质瘤患者的图像变化。结果与观察到的图像变化一致，这些变化是通过将治疗后的MR图像融合到计划CT中来确定的。联合使用剂量和LET作为预测因子，与晚期脑组织损伤的相关性最高；在遗漏交叉验证中，曲线下面积值高达0.88。
“我们想测试是否可以单独用剂量来解释晚期放射性坏死的空间分布，或者我们是否需要用剂量结合LET值作为预测因子来进行解释。我们认为这项分析是第一个明确的证据，即质子治疗后临床相关的晚期反应是可变RBE存在的证据，” Dr. Lühr解释道。
 
在这两个多变量模型中，研究人员还计算了耐受剂量TD50，即在该剂量下50%体积的脑组织将发生放疗毒性反应。两种模型均显示TD50随着LET的增加而降低，表明生物学效应增加。
 
研究人员得出结论，他们的模型框架揭示了大脑中存在空间变化的剂量反应，并且可以使用剂量和LET作为预测因子预测MR图像变化的空间分布。对于接受质子治疗的胶质瘤患者，研究人员所观察到的图像变化与剂量和LET增加之间的相关性可能表明临床RBE并非只是1.1的常量。
 
“由于剂量和LET预测模型的良好表现，我们认为利用它能够预测大脑中放射性坏死风险升高的区域，” Dr. Lühr说，“然而，为了预测个体患者的绝对风险，我们需要分析更大的患者数据。”他指出，这项研究结果也鼓励研究小组继续通过更多的患者临床数据去验证上述结论，其他质子治疗中心也可以用类似的方式重新分析他们的患者数据，以寻找相似的效果。
 
“我相信临床RBE在CTV中基本上是恒定的，因为那里只有很小的LET变化。这在临床上具有很高的实用价值，并可实现治疗处方剂量的一致性。然而，在CTV之外，在质子治疗计划中使用可变的临床RBE可能有助于降低放疗毒性风险，特别是对于接受高剂量CTV附近的健康组织。”
 

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