质子与光子立体定向放射治疗脊柱转移瘤的剂量学比较：基于可变相对生物有效性模型的创新研究

为解决脊柱转移瘤放射治疗中靶区覆盖不足与脊髓保护难以兼顾的临床难题，Sherif G. Shaaban团队开展了一项开创性剂量学研究，比较光子机器人技术（PH-SBRT）与考虑RBE加权剂量（DRBE）的质子治疗（IMPT）方案。研究通过Carabe、McNamara和Wedenberg三种可变RBE模型分析发现，质子SBRT在30 Gy(RBE)和45 Gy(RBE)剂量下显著提升靶区覆盖率（P=0.001），同时更好地保护脊髓等危及器官（OARs），但固定RBE模型可能低估OARs实际受量5.3%。该研究为脊柱转移瘤精准放疗提供了重要循证依据，发表于《International Journal of Particle Therapy》。

　　

脊柱转移瘤是癌症患者常见的严重并发症，约40%的实体瘤患者会发生脊柱转移，其中三分之二源自乳腺癌、前列腺癌和肺癌。传统姑息性外照射放疗（EBRT）虽能缓解疼痛，但局部控制率有限，再治疗率高达20%。随着肿瘤治疗进入寡转移时代，立体定向放射治疗（SBRT）因其高精度和高剂量特性成为脊柱转移瘤的重要治疗手段。然而，脊柱毗邻脊髓这一关键结构，如何在提升肿瘤剂量的同时保护脊髓免受损伤，一直是临床面临的重大挑战。光子SBRT（PH-SBRT）常因必须满足脊髓剂量限制而被迫牺牲靶区覆盖，特别是在伴有椎旁扩展、再照射或高级别硬膜外疾病（Bilsky分级≥1c）的复杂病例中。

质子治疗因其独特的布拉格峰（Bragg peak）物理特性，理论上能更精准地靶向肿瘤并减少周围正常组织受量。但质子相对生物有效性（RBE）并非固定值1.1，而是随线性能量转移（LET）、组织类型和深度变化的变量，尤其在射程末端RBE可能显著升高。这种不确定性限制了质子SBRT在脊柱转移瘤中的应用，因为脊髓损伤可能导致不可逆的神经功能障碍。

为系统评估质子SBRT的安全性和优势，Sherif G. Shaaban团队在《International Journal of Particle Therapy》发表了一项开创性研究。该研究首次将三种可变RBE模型（Carabe、McNamara和Wedenberg）整合到脊柱转移瘤质子SBRT的剂量学分析中，比较了光子与质子方案的靶区覆盖和危及器官保护效果。

研究团队选取了9例代表临床复杂场景的脊柱转移瘤患者（3例颈椎、3例胸椎、3例腰椎），每例均包含椎旁扩展、再照射或高级别硬膜外病变。所有患者原计划接受30 Gy/5次的光子SBRT治疗，研究者在此基础上生成相同处方剂量的调强质子治疗（IMPT）计划，并进一步制定剂量提升至45 Gy(RBE)/5次的IMPT方案。关键技术包括：使用RayStation治疗计划系统进行多光束优化（≥5个共面束），采用±3.5%射程和2 mm摆位不确定性的稳健优化参数，通过α/β值（本研究为3.76）、物理剂量、LET值和分次剂量参数计算RBE加权剂量（D_RBE）。

治疗计划与剂量学比较
IMPT在30 Gy(RBE)剂量下显著改善靶区覆盖，计划靶体积（PTV）中位剂量从光子组的25 Gy提升至30.3 Gy(RBE)（P=0.002）。剂量提升至45 Gy(RBE)后，PTV中位剂量进一步增至35.6 Gy(RBE)（P=0.001）。脊髓最大剂量（cord D_max）在质子30 Gy(RBE)和45 Gy(RBE)方案中分别降至17.6 Gy(RBE)和16.1 Gy(RBE)（P=0.04），但脊髓扩展区（cord+2 mm）最大剂量在光子与质子组间无统计学差异（21.5 Gy vs 22.5 Gy(RBE)，P=0.27）。其他危及器官如食管、心脏、肾脏和肠道在质子方案中均得到更好保护。

RBE加权剂量模型分析
三种可变RBE模型预测射程末端的生物剂量较固定RBE计划平均增加5.3%。当分次剂量为1.2 Gy(RBE)时，生物剂量增幅达128%-135%；而12 Gy(RBE)大分次剂量时增幅降至101%-108%。值得注意的是，虽然脊髓D_max在可变RBE模型下与光子组无差异，但脊髓扩展区D_max在30 Gy(RBE)和45 Gy(RBE)质子方案中显著升高（Carabe模型25.4 Gy(RBE)，P=0.002；McNamara模型25.1 Gy(RBE)，P=0.003；Wedenberg模型24.8 Gy(RBE)，P=0.0001）。

讨论与结论
该研究首次证实质子SBRT可实现脊柱转移瘤的剂量提升（45 Gy(RBE)/5次），同时改善危及器官保护，这与HyTEC研究提出的95%局部控制率目标高度契合。但研究也揭示固定RBE模型可能低估脊髓扩展区的实际受量，这一发现对临床实践具有重要警示意义。

研究的创新性体现在三方面：一是建立脊柱SBRT的可变RBE剂量预测模型，二是证实质子治疗在复杂脊柱病例中的剂量学优势，三是提出生物优化治疗计划的必要性。局限性包括缺乏人体组织验证模型和脊柱特异性RBE模型。未来需开展前瞻性研究验证质子SBRT的临床效益，并开发整合LET和RBE的优化算法，以充分发挥质子治疗的生物学优势。

这项研究为脊柱转移瘤的精准放疗树立了新标杆，其方法论和结论不仅适用于质子治疗中心，也为光子SBRT的剂量优化提供了参照。随着粒子治疗技术的普及，这种基于生物有效性的剂量学分析框架将推动放射肿瘤学进入"生物靶向"新时代。