可降低质子治疗成本的新型立式治疗系统

时间：2021-03-27 23:05

随着新放疗技术的出现以及现有放疗技术的改进，放疗适形性(即传递至肿瘤靶区而非身体其它部位的剂量水平)随之提高。例如，对于基于光子的放疗来说，光子调强放疗(IMRT)的发展以及最近发展的MR引导系统的应用，增强了光子放疗的适形性。同时，在质子治疗中，笔形束扫描也具有类似的有益效果。
 
自21世纪初，质子治疗的发展有所停滞。尤其是，仍然普遍缺乏可用的高质量图像引导。 “与光子放疗相比，质子治疗就成本、时间和人力而言，其费用高出3倍，而报销金额仅为1.3倍；这是质子治疗的应用空间未能拓展的原因。” Leo Cancer Care质子治疗总裁Niek Schreuder说。
 

立式放疗
 
Schreuder表示，解决方案是立式放疗(upright radiotherapy)，其中患者以立位接受治疗，并在静态治疗束的前方旋转。立式治疗系统具有较低的安装成本和空间要求，从而释放了用于技术开发的资源。Schreuder补充说：“它还可以为患有肺部疾病、疼痛或幽闭恐惧症的患者提供更舒适的治疗位置。”
为此，Leo Cancer Care正开发一系列产品以实现这种新颖的治疗方法，包括自动患者定位系统。Schreuder解释说：“所有放疗都包括两个平行过程——患者定位和束流递送。95％的治疗时间涉及患者定位，但目前为止，在质子治疗中，不到10％的系统成本用于患者定位。”
 
为了解决这一不足，Leo Cancer Care正开发将用于患者定位的所有成像技术整合到一个用户界面中的软件，其中的治疗室控制系统侧重于患者定位所需的系统。Schreuder补充说："当然，束流控制是非常重要的，但我们认为，束流控制已发展到如此成熟的程度，我们不必担心这部分内容。”
 
定位系统可以根据治疗的肿瘤类型使患者保持适当的姿势。例如，对头颈部肿瘤的治疗，采取垂直坐立位(seated vertical)，在重力作用下，肩膀自然下垂，可更好地暴露头部；对肺癌和肝癌的治疗，采取稍向后倾斜的坐立位；对乳腺的治疗，采取稍向前倾斜的坐立位；对前列腺癌或盆腔肿瘤的治疗，采取大腿背部支撑，膝盖放松的姿势。
 
Leo Cancer Care的首席执行官Stephen Towe表示，以前，所有患者在治疗时都是躺着的。“我们正在做的，是第一次将病人的姿势作为一个自由度，来真正优化治疗方案，”他说，“这是第一次从病人所需的最佳和最舒适的治疗角度来解决放疗问题。”
 
Leo Cancer Care还开发了垂直双能CT扫描仪，与直立定位系统配合使用，可以在任何方向扫描患者，并在一分钟内完成双能扫描。想法是将这两个设备放置在一起，例如放置在现有质子或碳离子治疗的固定束治疗室中。通过旋转患者而不是旋转大型机架来进行治疗。
 
这种方法的一个主要优点是减少了对屏蔽的要求。如果束流可以360°递送，则需要360°的屏蔽。如果束流只向一个方向递送，则可以显著降低房间大小和成本。该方法还降低了设计的复杂性，这对发展中的市场尤为重要，因为正在开发的市场可能缺乏设计辐射屏蔽的专家和专业知识。
 
Schreuder指出，与传统的质子旋转机架相比，立式固定束装置的屏蔽体积要少19倍左右。即使使用超导机架，固定束对屏蔽的要求也要少10倍左右。最终将可以在现有的直线加速器空间内安装质子治疗系统。
 
Towe补充说："对于碳离子设施来说，放疗系统的重量从6吨到600吨不等。尝试以小于1 mm的精度围绕患者旋转机架是没有意义的。这就像通过旋转你的房子来改变灯泡。”
 
临床获益
 
Leo Cancer Care董事长兼联合创始人Rock Mackie表示，这不仅是成本的问题，立式放疗还具有一些重要的临床益处。例如，一项针对胸腔肿瘤患者的研究表明，患者立位与水平位相比，肺部容积平均增加25％，这可以减少呼吸运动。因为随着重力将横隔膜向下拉，肺部将更加膨胀。Mackie解释说，在质子治疗过程中，器官运动会引起相互作用效应(interplay effects)，因此，这可能对扫描质子治疗特别有用。
 
减少患者运动也可以消除对运动管理的需求，从而加快治疗。在需要患者屏气时，患者立位也更容易屏气。较膨胀的肺还减少了质子治疗对正常肺的照射剂量。
 
研究小组还研究了患者摆位对前列腺运动的影响。他们发现，当患者处于立位时，膀胱充盈程度不会像躺着时那样影响前列腺的位置，这是一个巨大的好处。Towe说：“我们开始专注于使患者在接受治疗时更加舒适，而这也带来了真正重要的临床意义，即由于患者立位而减轻了器官运动。”
 
Leo Cancer Care正在与质子治疗供应商合作，以将他们的技术集成到现有的固定束治疗室中；并与另一家供应商合作在新的质子治疗设施中安装其首个系统，该设施将于今年年底开始建造。Leo Cancer Care还在建造一种紧凑的自屏蔽直线加速器，用于基于光子的垂直放疗，直线加速器结合了定位装置和CT扫描仪。到2021年底，所有系统都将获得FDA批准和CE认证。
 
Schreuder补充说：“在质子治疗领域，现在需要通过降低成本来解决质子治疗空间不足的问题。我们的方法可能会使全世界出现更多的质子治疗系统。由于设备总成本的大幅降低，我们相信这些设备将获得研发项目的资金支持，以进一步发展质子束递送技术所涉及的其它方面，给患者带来无尽的获益。”
 

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