基于二维电离室阵列的扫描点扫描质子治疗患者特异性质量保证评估及其与计划参数关系研究

《Journal of Radiotherapy in Practice》：Evaluation of patient-specific quality assurance in spot-scanning proton therapy using 2D ionisation chamber array

本刊推荐：为解决质子治疗中患者特异性质量保证（QA）标准缺失问题，研究人员开展了172个治疗计划的QA评估研究。结果表明，采用3%/2 mm伽马分析标准时，通过率>98%，且与治疗部位、MU/点等参数无关，但测量深度影响显著。该研究为质子治疗QA提供了重要临床实践依据。

　　

在精准医疗时代，质子治疗作为放射治疗领域的尖端技术，因其独特的"布拉格峰"物理特性，能够实现肿瘤区域的高剂量照射同时最大限度保护周围正常组织，已成为头颈部肿瘤、儿科肿瘤等复杂病例的重要治疗选择。特别是点扫描质子治疗技术，通过磁偏转系统精确控制质子束流在三维空间逐点扫描，相比被动散射技术具有更好的剂量适形度和更低的次级中子污染优势。然而，这种先进技术的临床应用面临严峻挑战——每个患者治疗计划的独特性和质子束流对组织密度变化的极端敏感性，使得治疗精度验证变得至关重要。

目前，质子治疗领域缺乏统一的患者特异性质量保证标准，临床机构多借鉴传统光子调强放疗的3%/3 mm准则，但这是否适用于质子治疗的特殊性仍存争议。更棘手的是，治疗部位、监测单位（MU）每点剂量、测量深度、范围移位器使用等众多因素可能影响验证结果，但相关系统性研究匮乏。正是基于这些临床痛点，泰国朱拉隆功大学的研究团队在《Journal of Radiotherapy in Practice》上发表了他们的创新性研究成果。

研究人员采用PTW OCTAVIUS Detector 1500XDR二维电离室阵列，对172个临床治疗计划（涵盖头颈、乳腺、胸、腹、盆腔五大区域）进行系统性验证。通过Varian Eclipse治疗计划系统创建验证计划，在Virtual Water模体中模拟临床条件，使用3%剂量差异/2 mm距离允差的伽马分析标准进行绝对全局评估。关键技术方法包括：使用ProBeam Compact点扫描系统交付剂量，基于Proton Convolution Superposition（PCS）算法计算剂量，采用多字段优化（MFO）技术制定治疗计划，并通过VeriSoft软件进行伽马分析。

治疗部位间的伽马通过率比较

研究结果显示，不同治疗部位间的伽马通过率无显著差异（p=0.10）。头颈部计划通过率达99.4±1.2%，乳腺区域为99.6±0.7%，胸部分区98.9±2.0%，腹部区域98.7±2.0%，盆腔区域99.3±1.3%。所有区域通过率均超过98%，整体平均通过率为99.1±1.6%，证明二维电离室阵列在不同解剖部位均具有稳定性能。

计划参数对伽马通过率的影响

监测单位每点分析表明，1 MU/点（129个计划）与3 MU/点（14个计划）、5 MU/点（15个计划）、10 MU/点（14个计划）等不同设置间通过率无统计学差异（p=0.93）。范围移位器使用情况分析显示，无论是否使用范围移位器（103个计划未使用）或使用不同厚度（2cm、3cm、5cm），通过率均保持在98.9-99.7%范围内（p=0.07）。

测量深度的重要性

深度影响因素分析揭示显著差异（p=0.04）。2cm深度通过率最佳（99.8±0.3%），而8cm深度相对较低（98.3±1.6%）。Bonferroni校正分析识别出5组显著差异对，包括2cm与5cm、2cm与8cm等组合。这一发现强调测量深度选择对QA结果的关键影响，深度过浅或过深均可能因剂量梯度陡峭而导致通过率下降。

复杂计划参数的验证稳定性

斑点数量分析显示，不同数量范围（<1000点至>10000点）的通过率均超过99%（p=0.73）。能量层数分析表明，从<20层到>80层的广泛范围内，通过率无显著差异（p=0.83）。靶区体积验证显示，从<100 cm³到>1000 cm³的不同体积组别间通过率均高于98%（p=0.71），证明系统对计划复杂性的良好适应性。

参数间相关性分析

靶体积与计划参数相关性研究显示，斑点数量（R²=0.03）、能量层数（R²=0.01）与靶体积仅存在微弱正相关，而照射野数量呈现低度负相关（R²=0.07）。区域特异性分析发现，乳腺和腹部区域的斑点数量、能量层数与靶体积显著相关（p<0.05），胸部区域则与照射野数量相关。

研究结论确认，点扫描质子治疗患者特异性QA采用3%/2 mm伽马标准具有临床合理性。值得注意的是，172个计划中有165个（96%）通过率超过95.7%的置信限值，所有测量值均高于90%。失败案例主要归因于质子束流陡峭剂量梯度、靶区尺寸超过探测器范围或过小场尺寸等因素。与先前研究比较，本研究结果与Chan等使用放射铬胶片和MatriXX PT的研究一致，验证了二维电离室阵列在质子QA中的可靠性。

该研究的临床意义在于首次系统性论证了点扫描质子治疗患者特异性QA的多参数独立性，为临床实践提供了重要指导。特别是测量深度影响因素的确立，提示临床物理师需谨慎选择验证深度，建议接近靶区中心的深度以获得最佳通过率。未来研究方向可包括更严格标准（如2%/2 mm）的验证、剂量率影响评估以及错误检测阈值的建立，进一步推动质子治疗质量保证体系的完善。

这项研究不仅为质子治疗中心提供了实用的QA标准参考，更重要的是建立了多参数验证框架，确保治疗精度同时提升临床工作效率。随着质子治疗技术的普及，这种系统化、标准化的质量保证方法将对全球癌症患者的治疗安全产生深远影响。