碳离子放疗中剂量匹配技术提升胰腺癌靶区覆盖率的可行性研究

针对胰腺癌碳离子放疗(CIRT)中因分次间肿瘤运动导致的靶区剂量不足问题，研究人员创新性提出剂量匹配(DM)技术。通过三维等中心点搜索优化CTV V95%覆盖率，结果显示DM较传统骨匹配(BM)和靶区匹配(TM)显著提升靶区剂量（ΔCTV V95%中位数-0.36% vs -2.18%/-1.39%），且OAR剂量控制在安全范围内。该研究为粒子放疗精准实施提供了高效解决方案。

　　

胰腺癌作为恶性程度最高的肿瘤之一，其放疗面临巨大挑战。碳离子放疗(Carbon-Ion Radiotherapy, CIRT)凭借布拉格峰(Bragg Peak)的物理优势，能实现肿瘤高剂量照射同时保护周围正常组织。然而，胰腺特殊的解剖位置使其放疗面临两大难题：分次间肿瘤运动(interfractional tumor motion)导致靶区剂量不足，以及胃肠道等危险器官(OAR)的剂量限制制约了计划靶区(PTV)边界扩展。传统骨匹配(Bone Matching, BM)无法修正软组织位移，而在线自适应放疗(Online Adaptive Radiotherapy, ART)又受限于设备设计和耗时问题。如何在不增加临床负担的前提下提升靶区覆盖率，成为粒子放疗领域亟待解决的技术瓶颈。

日本神奈川县癌症中心的Yohsuke Kusano团队在《International Journal of Particle Therapy》发表的研究，创新性提出剂量匹配(Dose Matching, DM)技术。研究人员通过对20例胰腺癌患者（2019-2022年治疗）的106次治疗室CT(irCT)扫描数据分析，系统比较了BM、靶区匹配(Target Matching, TM)和DM三种定位技术的效果。关键技术包括：基于irCT图像的三维等中心点网格搜索（间隔0.2 cm）、蒙特卡洛剂量计算系统(Monaco)脚本自动化处理、以及CTV V_95%（95%处方剂量覆盖的靶区体积）作为主要评价指标。

研究方法

研究纳入20例接受扫描式CIRT的胰腺癌患者，所有病例在治疗期间接受≥4次irCT扫描。通过四维CT确定呼吸相位范围，CTV定义为GTV外扩0.5 cm并包含全胰腺。采用平均替代法(mean-replacement method)处理胃肠道气体影响，使用Monaco系统优化初始计划。在irCT图像上分别执行：BM（基于骨性标志）、TM（基于胰腺器官配准）和DM（以CTV V_95%最优为目标的等中心点搜索）。主要评估指标为ΔCTV V_95%（治疗日与初始计划的差异）和ΔD_OAR（危险器官剂量变化）。

重要发现

1. 1.

   分次间肿瘤运动特征：

   俯卧位肿瘤位移变异性显著大于仰卧位（所有方向p>0.05），其中头脚方向(SI)位移最大（中位数：仰卧位0.24 cm vs 俯卧位0.34 cm），证实体位是影响靶区稳定性的关键因素。

2. 2.

   靶区覆盖率提升：

   DM展现出最佳性能，ΔCTV V_95%中位数为-0.36%，显著优于BM(-2.18%)和TM(-1.39%)（p<0.05）。尤其在俯卧位，DM将CTV V_95%从93.47%提升至97.78%，有效克服体位相关的不确定性。

3. 3.

   危险器官保护：

   虽然胃肠道D_2cm3（2 cm³接受的最大剂量）在治疗中普遍升高（十二指肠ΔD_OAR中位数+8.57 Gy），但DM与BM的剂量差异无统计学意义，证明DM在提升靶区剂量时未额外增加OAR风险。

临床价值与展望

该研究首次系统验证DM在胰腺癌CIRT中的可行性，其核心优势在于：

1. 1.

   精准性：通过剂量空间搜索实现"物理剂量引导的靶区追踪"，克服了传统影像配准仅考虑几何位置的局限；

2. 2.

   实用性：相比耗时长的ART，DM仅需调整治疗床位置，更易整合至临床工作流程；

3. 3.

   安全性：最大ΔD_OAR与BM相当，毒性风险可控。

作者特别指出，DM技术需根据治疗部位特点选择性应用：对于前列腺癌等需剂量梯度优化的部位，可能破坏计划设计的剂量约束；而对于肝细胞癌等可设置充足PTV边界的部位，标记物匹配(MM)可能更高效。未来需开发集成化软件平台解决当前DM耗时问题（单次计算达90分钟），并探索与MRI引导等新技术的联合应用策略。

这项研究为粒子放疗精准化提供了重要技术路径，其创新思路可延伸至其他受呼吸运动影响显著的肿瘤治疗。随着粒子治疗中心的全球扩建，这种平衡"精度"与"效率"的技术方案，将为更多无法耐受ART复杂流程的患者带来临床获益。