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为解决现有 X 射线系统无法实现高适形超髙剂量率（UHDR）放疗的问题，研究人员设计模拟新型 X 射线 UHDR 系统。结果显示该系统剂量率高、泄漏低，治疗计划表现优于临床方案，为 FLASH 放疗临床转化提供新方向。
放射治疗作为癌症治疗的重要支柱，一直致力于提升治疗指数，即在杀灭肿瘤的同时最大程度保护正常组织。传统放疗技术如调强放疗（IMRT）、容积旋转调强放疗（VMAT）等通过物理剂量分布优化取得了一定进展，但如何进一步增强生物学治疗指数仍是难题。超髙剂量率（UHDR，>40Gy/s）放疗，即 FLASH 放疗，被发现能在维持肿瘤控制的同时减少正常组织毒性，展现出巨大潜力。然而，现有 X 射线系统因技术限制，无法对人体进行高适形 UHDR 放疗，且低能电子、传统 X 射线管源等在临床转化中存在穿透深度不足、能量低等问题，质子放疗也面临成本高、多束流递送复杂等挑战。在此背景下，开发新型 X 射线 UHDR 系统成为迫切需求。
加拿大维多利亚大学的研究人员开展了相关研究，设计并模拟了一种新型 X 射线 UHDR 系统，旨在实现快速且高适形的治疗递送，并评估其在肺癌治疗中的应用潜力。该研究成果发表在《Scientific Reports》。
研究中主要采用的关键技术方法包括：基于蒙特卡罗（MC）模拟的剂量计算，优化机器几何参数；利用自研的基于 MATLAB 的治疗计划系统（TPS）生成治疗计划；通过扫描磁铁校准确保电子束与准直器通道精确对齐；采用分布式射频耦合架构的新型直线加速器（DRAGON）产生高电流电子束。
X 射线 UHDR 机器设计优化
通过分析剂量率、泄漏、半影和射束宽度等参数，优化机器几何参数。结果显示，10、15、20mm 射束宽度对应的等中心剂量率分别为 17.3、18.7、19.7Gy/mAs，泄漏率分别为 2.3%、1.9%、2.1%。上游 / 下游通道宽度和准直器厚度对剂量率、半影和射束宽度影响显著，而射束间距和靶 - 准直器偏移主要影响泄漏。优化后的设计在保证高剂量率的同时，将泄漏控制在较低水平。
扫描磁铁校准
扫描磁铁校准前，电子束与准直器通道存在明显错位，最大偏移为 5.07±0.01mm。校准后，偏移降至 0.94±0.01mm，仅考虑高能量电子时进一步降至 0.2±0.01mm，验证了校准过程对确保电子束与准直器精确对齐的重要性。扫描角度增大导致剂量率下降，最外层射束剂量率较中心降低约 14%，但射束宽度保持稳定。
水模和患者剂量计算
水模中，不同射束宽度的剂量分布显示，集成剂量分布存在局部冷热点，可通过优化射束重叠和野排列减少偏差。在肺癌治疗计划中，新型 UHDR 系统与临床 VMAT 计划相比，适形指数（CI???）均为 1.00，均匀性指数（HI）分别为 0.26 和 0.22，且对心脏、食道等危及器官（OARs）的平均剂量更低。10Gy 分割治疗可在 500ms 内完成，98% 的靶体积接受局部剂量率高于 40Gy/s。
研究结论表明，新型 X 射线 UHDR 系统通过 16 个固定束流管线、高效直线加速器和无运动部件的准直器设计，实现了高剂量率和高适形治疗，显著缩短治疗时间，为 FLASH 放疗的临床转化提供了新方案。其避免了传统设备的机械运动限制，可有效 “冻结” 患者生理运动，降低运动对治疗精度的影响。尽管存在多束流校准、小场剂量学等挑战，但该研究为解决现有放疗技术瓶颈、提升肿瘤治疗效果开辟了新方向，有望推动放射治疗向更高效、精准的方向发展。
