范围预测的新方法提高了质子治疗的准确性

今天(4月23日，星期二)标志着德累斯顿大学医院德累斯顿大学质子疗法治疗计划新时代的开始：全球首次采用新方法提高准确性，安全性，也可能提高质子治疗的耐受性。范围预测程序由德累斯顿OncoRay中心，Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf和海德堡德国癌症研究中心的医学物理学家开发并进行了广泛验证。与放射肿瘤学家一起，研究了其临床优势。

使用“DirectSPR”方法，可以更准确地并且基于个体患者预测人体组织中的质子范围。德累斯顿的研究人员能够证明目标体积周围照射的健康组织的体积可以减少35%至40%。因此，范围精度实际上保持不变超过30年，因此首次显着改善。德累斯顿的患者将是第一个受益于此的患者。

质子具有特别有利的癌症治疗特性，因为它们在体内停留的那一刻恰好释放出大部分能量。因此，可以更好地避免超出目标的健康组织。然而，医学物理学家面临着确定不同组织类型的停止行为的挑战，质子在前往肿瘤的途中传递。

到目前为止，大多数传统的计算机断层扫描(CT)图像已经用于此目的。然而，在人体组织中，用于CT的X射线的相互作用过程不同于用于治疗的质子的相互作用过程。因此，质子的停止行为及其总范围只能以有限的精度预测。

因此，需要以与肿瘤相同的剂量照射肿瘤周围的健康组织的安全范围，以确保肿瘤被完全照射。例如，对于前列腺癌，这个安全范围可以达到12毫米。自20世纪80年代以来，质子治疗中的范围不确定性概念已被标准化使用。此外，从那时起，所采用的安全系数几乎没有变化。

双能量计算机断层扫描(DECT)最初是为放射学领域开发的，它为医学物理学家提供了更有意义的质子治疗计划信息。“到目前为止，不可能在患者中高精度地预测质子的范围，”Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(HZDR)高精度放射治疗研究组负责人Christian Richter博士解释说。作为医院OncoRay中心的三个创始合伙人之一，与德累斯顿大学医院和德累斯顿技术大学合作。“到目前为止，我们缺乏确定不同组织类型中质子停止行为的各个参数的技术。使用基于DECT的DirectSPR方法，我们现在能够做到这一点。我们可以更好地解决不同患者之间以及同一患者的不同组织中组织成分的差异，并在治疗计划期间将其考虑在内。通过这项创新，质子治疗变得更容易忍受，更准确，也更具量身定制。“

从双能CT扫描中，使用不同X射线光谱生成的两个CT图像可用于进一步处理。与使用常规CT的先前标准方法相比，它们包含关于所需组织特征的更多信息。然而，与常规CT相比，患者不会暴露于更高的X射线剂量。唯一的区别是它们通过CT扫描仪移动了两次。

德累斯顿科学家能够证明DirectSPR方法在量程和剂量计算方面的优势不仅在理论上存在，而且在临床上也具有高度相关性。“我们已经看到，经过全面验证的DirectSPR方法，已被证明更准确，导致质子范围与以前的标准方法相差4到8毫米 - 对于深层肿瘤。当时，高这项创新的临床意义对我们来说很明显，“德累斯顿大学医院放射治疗和放射肿瘤科主任，HZDR研究组图像引导高精度放射治疗负责人Esther Troost教授说。

“由于研究结果非常明确，我们希望我们的患者能够尽快从新方法中受益。较低的辐射量，例如在大脑中，可以更好地保护重要的神经结构，例如脑干或视神经。因此，我们减少副作用，使每个患者的质子治疗更加容忍，“德累斯顿大学医院放射治疗和放射肿瘤科主任，Mechthild Krause教授补充道。 OncoRay中心。具体而言，这意味着前列腺治疗的安全范围降低了约35%，脑肿瘤治疗甚至高达40%。

早在2015年，海德堡德国癌症研究中心(DKFZ)的科学家与德累斯顿的同事一起开发并优化了计算算法。利用DirectSPR，相对电子密度和有效原子序数在每个体素中单独确定，然后用于确定组织的停止行为，即所谓的停止功率。缩写SPR代表“停止功率比”并表示相对于水中能量损失每行进距离的质子的能量损失。

目前临床实施DirectSPR方法的一个重要先决条件是2015年春季在德累斯顿大学医院进行DECT全球首次常规应用于临床质子治疗计划。这使得科学家能够使用真实患者数据回顾性地评估DirectSPR方法，以前只有幽灵才有可能。通过这样做，他们获得了关于新方法的临床相关性的有价值的信息。结果也使业界信服：西门子医疗保健公司自2016年以来一直与德累斯顿的研究人员合作，将DirectSPR方法作为医疗产品提供给世界各地的其他质子治疗中心。

“作为转化研究人员，如果没有与OncoRay的临床医生和临床医学物理学家的良好合作，我们肯定不会取得成功，”Christian Richter说。因此，他认为OncoRay中心的三个合作机构 - 大学医院Carl Gustav Carus，Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf和德累斯顿工业大学 - 的跨学科和跨机构结构是快速翻译研究的必要先决条件。结果进入临床应用。在国家肿瘤学辐射研究中心与海德堡无线电研究所的密切合作也使得有可能捆绑专业知识并实现仅在其中一个地点无法实施的项目。

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