同步辐射多模态分次放疗治疗计划系统的创新应用与生物学效应研究

本研究针对微束放疗(MRT)治疗计划系统(TPS)在复杂活体研究中的局限性，创新性改造Eclipse TPS系统，实现了多分次、多射野、多模态（BB/MRT）的剂量累积计算。通过精确剂量学分析和DVH评估，首次证实MRT分次方案对原发肿瘤体积缩小>32%的显著疗效，为建立MRT临床转化标准提供了关键剂量学依据。

　　

在肿瘤放射治疗领域，微束放疗(Microbeam Radiation Therapy, MRT)因其独特的"峰谷剂量分布"特性备受关注——微米级高剂量峰区可有效杀伤肿瘤细胞，而低剂量谷区能保护正常组织。然而这种"空间分次"效应在临床转化中面临重大挑战：现有治疗计划系统(TPS)无法处理多分次、多射野的复杂剂量累积，文献中剂量报告标准混乱（如峰值剂量126-181Gy、谷值5.5-8Gy的宽泛区间），导致难以建立剂量-疗效关联。更棘手的是，传统TPS在微米级剂量计算、多模态(BB/MRT)联合方案的生物学等效剂量评估等方面存在技术瓶颈。

针对这些难题，澳大利亚同步辐射中心(ANSTO Australian Synchrotron)的科研团队在《Physica Medica》发表创新研究。他们通过改造临床级Eclipse TPS系统，首次实现了活体小鼠多分次MRT治疗的精确计划与评估。研究采用4T1.2乳腺癌模型，设计BBB（全宽束）、MMM（全微束）、BBM和MBB四种分次方案，重点解决三大核心技术问题：1) 开发混合剂量算法，同步计算BB和MRT valley剂量；2) 建立400μm→200μm微束间距的物理补偿方法；3) 通过ESAPI脚本实现微米级DVH分析。关键实验技术包括：动态MRT系统图像引导放疗(IGRT)、PTW微钻石探测器微束剖面测量、基于TRS-398协议的参考剂量学，以及创新性的多CT数据集回溯评估方法。

研究结果部分，剂量学分析揭示重要发现：
2.3.1 CT成像与轮廓勾画
仅对每组21只小鼠中的1例进行CT扫描，通过肿瘤生长动力学模型外推群体剂量分布，验证了10×10mm²射野覆盖不同大小肿瘤(4-11mm)的可行性。

3.1 治疗评估
剂量参数显示：BB场达7.8-8Gy（处方8Gy），MRT谷区6.7-6.9Gy（超处方5Gy），峰区292-300Gy（处方285Gy）。DVH分析首次揭示：MMM组因微束重叠产生独特剂量晶格，GTV的D_50%达19.3Gy显著低于BBB组23.3Gy，但周围器官如左肾D_50%仍<1.7Gy，证实微束的空间选择性。

3.2 生物学结果
所有放疗组均实现9天肿瘤控制，含MRT组原发瘤体积缩小>32%。特别值得注意的是，BBM与MBB组疗效无差异（肿瘤体积165 vs 163mm³），表明微束时序安排不影响结局；而MMM组虽肿瘤退缩最显著，但因未能控制转移灶（肺剂量<0.5Gy）未延长生存期。

讨论部分强调三大突破：1) 首次实现Eclipse TPS对多模态分次放疗的剂量累积，建立BB与MRT valley的生物学等效叠加模型；2) 提出MRT研究最小剂量报告标准，需包含D_98%、D_50%等完整DVH参数；3) 发现微束散射导致OAR剂量升高（如骨盆骨D_50%从BBB组0.1Gy增至MMM组0.7Gy），为后续防护设计提供依据。该研究不仅为MRT临床前研究树立剂量学标杆，其开发的ESAPI脚本和混合算法更为TPS系统功能拓展提供新范式，加速MRT从实验室向临床转化进程。