与基于光子的放射疗法相比，质子疗法可以提供更好的剂量分布，使放射肿瘤学家能够精确靶向肿瘤，同时降低对邻近健康组织造成损害的风险。铅笔束扫描 (PBS) 是最先进的质子治疗类型，它通过将传递的辐射整形到肿瘤的精确体积来提高这种精度。西德埃森质子治疗中心 ( WPE ) 的一个团队现在表明，在 PBS 治疗中添加静态孔径可以进一步降低对附近正常组织的剂量，同时保持目标剂量。
PBS 质子治疗中使用的笔形光束通常具有 1 厘米(半高全宽)或更大的光斑尺寸，这会阻碍靶体积附近有风险的器官的保留。横向的剂量下降也限制了覆盖目标同时将正常组织的剂量保持在可容忍水平的选择。WPE 团队证明，使用静态孔径来修剪这些点扫描场可以减少对眼部晶状体和脑干等危险器官的剂量，并且在六个脑肿瘤病例中减少了对大脑和海马体的剂量。
静态孔径可在临床治疗计划中实现小气隙，这有利于横向剂量梯度。在一些质子治疗中心，静态孔是标准设备。在 WPE，研究团队使用计算机铣床为每个单独的治疗领域制造黄铜孔。使用的实际孔径数量根据治疗区域进行了优化，以实现高效的生产和治疗工作流程。
第一作者克里斯蒂安·鲍默。
Christian Bäumer 及其同事在Frontiers in Oncology 中写道，为 31 名患有各种脑癌的患者准备了“非准直”治疗计划，以进行常规 PBS 给药。然后，研究人员为所有视野插入孔，为规划目标体积 (PTV) 覆盖指定横向边缘并阻挡相邻的危险器官。他们为每个单独的字段调整了边距，并根据目标的位置选择了字段的数量和排列。
治疗计划的质量保证程序需要从中心的既定程序进行修改，以调整 X 射线成像、PBS 和孔径系统。研究人员警告说，孔相对于 PBS 场的定位受到鼻子(质子输送喷嘴最靠近患者的部分)和孔安装机构的移动的影响。该团队还基于扰动剂量场景进行了稳健性评估，以解决笔形光束中心和孔径支架机械中心可能存在的偏差。
研究人员评估了使用孔径提供的 31 种治疗计划与没有孔径的相应计划相比的剂量学益处。“围绕 PTV 的剂量梯度体积(在 80% 和 20% 剂量水平之间评估)平均减少了 17.6%，”他们写道。“对于 31 个病例的完整队列，平均脑剂量可以通过孔径平均减少 1.2 Gy(RBE)。”
他们指出，最显着的改善是海马体的剂量减少了 1.6 到 4.7 Gy(RBE)，平均减少了 2.9 Gy(RBE)。
用于治疗鞍上颅咽管瘤的(左)非准直计划和(中)带孔计划的剂量分布;右侧面板显示了剂量差异。当使用孔径时，可以看到左侧丘脑(浅蓝色轮廓)的剂量保留。(提供者：CC BY 4.0 /前ONCOL
该研究包括六例脑肿瘤颅咽管瘤，目标位于重要的危险器官附近，包括脑干、视神经、交叉和海马。对丘脑、脑干和海马使用具有静态孔径的 PBS 的最大好处是，平均剂量分别降低了 5.5、5.6 和 3.1 Gy(RBE)。在两种情况下，眼睛晶状体的平均剂量降至 5 Gy(RBE) 以下，这是不使用光圈就无法实现的。
在所有 31 例中，当使用孔径时，对正常组织的剂量负担都减少了并且剂量目标保持不变。在四种情况下，危险器官的剂量降低到低于耐受剂量的水平，这只能通过使用静态孔径来实现。
作者指出，他们的研究仅限于水平光束线。如果有一个可用于质子治疗的机架，他们希望获得更多的剂量学优势。“在未来，我们希望通过使用尚未临床发布的动态自适应准直器更好地保护正常组织的剂量，”鲍默说。
