《International Journal of Particle Therapy》：Survey of Respiratory Motion Management Practices in Particle Therapy Facilities in Japan
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呼吸运动管理在粒子治疗（particle therapy）中至关重要，因为剂量分布（dose distribution）对运动高度敏感。本研究旨在阐明日本粒子治疗中呼吸运动管理的当前实施情况和技术趋势。研究人员向日本所有粒子治疗机构发放问卷。在调查的26家机构
呼吸运动管理在粒子治疗（particle therapy）中至关重要，因为剂量分布（dose distribution）对运动高度敏感。本研究旨在阐明日本粒子治疗中呼吸运动管理的当前实施情况和技术趋势。研究人员向日本所有粒子治疗机构发放问卷。在调查的26家机构中，16家回复（61.5%）。问卷调查了需要呼吸运动管理的治疗部位、用于治疗计划的CT数据集（CT datasets）、照射技术（irradiation techniques）、呼吸监测设备（respiratory monitoring devices）、门控相位确定方法（gating phase determination methods）、剂量评估方法（dose evaluation approaches）以及患者体位固定技术（patient positioning techniques）。肝脏和胰腺是最常采用呼吸运动缓解管理的治疗部位，81.3%（13/16）的机构对这两个部位均实施运动管理。治疗计划中最常用的CT数据集为呼气末相位CT（end-expiration phase CT），占56.3%（9/16）。呼气末呼吸门控照射（end-expiration respiratory-gated irradiation）是最常用的照射方法（87.5%，14/16），而自由呼吸和屏气照射（free-breathing and breath-hold irradiation）使用较少。基于激光的呼吸监测系统（laser-based respiratory monitoring systems）是呼吸波形采集（respiratory waveform acquisition）中最广泛使用的设备（80.0%，12/15）。基于肿瘤运动幅度（tumor motion magnitude）确定照射相位是最常采用的方法（66.7%，10/15），而部分机构对所有患者使用相同照射相位（20.0%，3/15）。仅有限机构明确评估了呼吸运动所致相互作用效应（interplay effect）相关的剂量变化。这些发现概述了日本粒子治疗机构当前呼吸运动管理实践，并可能有助于粒子治疗中呼吸运动管理的未来技术发展和标准化（standardization）。
研究背景：粒子治疗（particle therapy）的临床效用已获多项临床试验证实，其Bragg峰（Bragg peak）物理特性使其较光子治疗具有高度适形剂量分布（dose distribution），可在精准照射靶区的同时减少周围正常组织暴露。呼吸运动管理（respiratory motion management）是放疗核心问题之一，但在粒子治疗中较光子治疗更需谨慎，原因包括呼吸所致密度变化和相互作用效应（interplay effect）。呼吸运动可改变肺、膈下肝等区域密度及胸腹壁厚度，影响粒子射程并造成剂量覆盖不足；扫描束照射中束流扫描时间结构与肿瘤运动相互作用，可在靶区内形成局部剂量热点或冷点。Zhang et al.报告欧洲粒子治疗机构中85%的回应机构采用实时呼吸运动管理；Miyasaka et al.报告粒子治疗技术但未全面涉及呼吸运动管理。截至2026年，日本有26家粒子治疗机构，占全球18.8%，但尚无全国性呼吸运动管理实践调查。因此，本研究旨在明确日本粒子治疗机构呼吸运动管理现状，为未来技术发展和标准化提供数据基础及全球反馈。
关键技术方法：2025年11月至12月，在日本粒子治疗技术研究组（Japanese Technological Study Group of Particle Therapy）支持下，研究人员向日本全部26家开展治疗的粒子治疗机构发放问卷和回复表；研究经Yamagata University Faculty of Medicine伦理委员会批准（批准号2025-41）。问卷含11项，要求每家机构提供单一机构层面回复；参与自愿、无激励，不适用项可留空，故各项目应答数不同。研究采用问卷统计描述治疗部位、影像、照射技术、呼吸监测、门控相位、剂量评估、体位固定及质子/碳离子、被动/扫描束差异。样本队列来源为日本26家粒子治疗机构，最终16家回应。
研究结果：
各治疗部位呼吸运动管理实施情况：问卷获得16家回应，包括11家质子治疗、4家碳离子治疗和1家同时提供两种治疗机构；其中4家使用被动照射、8家使用扫描照射、4家可同时使用两种照射。肝和胰腺各13/16（81.3%）实施呼吸运动管理，肺12/16（75.0%），淋巴结和骨–软组织肿瘤分别12家（75.0%）和10家（62.5%）按临床情况实施，前列腺16/16（100.0%）未使用；肾和食管为15家回应。
治疗计划影像、剂量评估与优化：呼气末门控CT（end-expiration gated CT）最常用，9/16（56.3%），指前瞻性呼吸门控采集的三维CT（three-dimensional CT, 3DCT），不同于10相位四维CT（four-dimensional CT, 4DCT）重建的呼气末相位。辅助图像允许多选，共21应答，4DCT最常用11（52.4%）。10/16（62.5%）未专门评估呼吸运动剂量，4/16（25.0%）用另一呼吸相位或CT序列重算；其他机构从4DCT生成内靶区（internal target volume, ITV）单独评估。10家具备扫描照射能力机构中，单场均匀剂量（single-field uniform dose, SFUD）6家（60.0%），多场序贯优化（multi-field sequential optimization, MFSO）和调强粒子治疗（intensity-modulated particle therapy, IMPT）各1家（10.0%），其他按个案选择。
呼吸波形采集、照射相位与照射技术：15家回应中，激光位移传感器12家（80.0%）最常用；基于肿瘤运动确定门控窗10/15（66.7%），固定门控窗3/15（20.0%）；肿瘤运动测量可采用4DCT各呼吸相位靶区质心位移。呼吸门控照射14/16（87.5%）；使用再扫描者均为分层再扫描（100.0%），每层再扫描3、4、6、8次分别有1、3、2、1家。
患者体位固定：体位方法总应答18，marker matching 7家（38.9%）、骨匹配5家（27.8%）；设备应答16，二维X射线成像系统15家（93.8%），三维成像系统如室内CT仅1家（6.2%）。
质子/碳离子及被动/扫描束比较：质子与碳离子机构在照射技术和相位确定方法上无clear差异；体位固定方面质子机构方法多样，碳离子机构主要集中骨匹配。被动与扫描照射间无clear差异，仅扫描机构略更倾向基于肿瘤运动幅度确定照射相位。
呼吸不匹配管理策略：报告策略包括重新摆位、呼吸训练、治疗计划CT重扫、音频引导呼吸、调整呼吸水平、使用节拍器、休息及多呼吸相位采集图像。
讨论总结：本研究为日本首个全国性粒子治疗呼吸运动管理调查。肝、胰等腹部部位实施比例高，既往报道这些器官典型呼吸位移约10–20 mm，而粒子治疗因射程变化和相互作用效应，一般希望将呼吸运动控制到小于约5 mm。肺上区运动较小可能解释肺部位差异；呼吸门控可延长治疗时间，尤其同步加速器系统存在固有束流死时间，Miyasaka et al.亦报告粒子治疗呼吸管理延长治疗，需平衡临床必要性与时间成本。Zhang et al.全球问卷发现主动呼吸运动管理在许多机构尤其日本实施；本研究进一步提供日本临床技术细节，发现外标记为主、自由呼吸门控最常用、屏气有限，并识别治疗计划优化和体位固定趋势。呼吸门控为本调查最常用技术；Ueda et al.报告光子立体定向体部放疗（stereotactic body radiotherapy, SBRT）中屏气最常用，差异可能与屏气重复性担忧及验证方法有限有关；Ueda et al.亦报告许多SBRT机构不实施呼吸管理，而本调查中粒子治疗机构大多实施，可能因粒子治疗中相互作用效应影响更大：光子治疗中呼吸运动小于约10 mm时多认为与多叶准直器运动相关的相互作用效应可忽略，而粒子治疗考虑相互作用效应时耐受范围一般小于约5 mm；腹压等简单方法多在自由呼吸下应用，可能不足以充分抑制运动，故粒子治疗更偏好门控。但本研究不证明呼气末门控优于其他技术，仅表明日本机构偏好。Zhang et al.报告欧美屏气与门控使用频率相近；日本既往较多使用对呼吸运动相对不敏感的被动束，可能促进门控发展并应用于扫描束；日本乳腺癌粒子治疗较少，也可能部分解释屏气使用少。呼气末门控CT因重复性高而最常用于计划与剂量计算；4DCT较少可能因工作流效率和数据采集可靠性考虑，但4DCT常用于ITV勾画和肿瘤运动评估，且易受呼吸不规则伪影限制。扫描照射机构中SFUD最常用；Gorgisyan et al.报告屏气扫描束中SFUD对残余呼吸运动更稳健，提示IMPT可能对相互作用效应更敏感；稳健优化IMPT对摆位和射程不确定较SFUD更稳健，并具危及器官（organs at risk, OAR）保护优势；通过有效呼吸管理最小化残余运动后，稳健优化IMPT可能改善计划质量并减少残余运动剂量效应，需进一步研究。患者特异性评估方面，Tominaga et al.提出基于加速器交付数据和呼吸运动波形的四维剂量分布评估，可进行患者特异性相互作用效应评价；其他粒子治疗特异方法亦显示一定价值；但多数回应机构未开展此类评估，障碍包括商业治疗计划系统对铅笔束扫描动态剂量计算支持有限、常规临床计算时间长、缺乏标准化国际指南、软件缺乏、重要性认识不足及相互作用效应与临床结局证据不足；需美国医学物理学家协会（American Association of Physicists in Medicine, AAPM）等专业组织和全球粒子治疗专家制定并推广标准化评价指标。替代策略可能包括足够数量再扫描联合特定呼吸相位门控；四维动态剂量（four-dimensional dynamic dose, 4DDD）研究报告该联合可将残余呼吸运动剂量变化保持在临床可接受范围；在满足临床需求时使用SFUD而非IMPT亦可能为实用策略。呼吸训练用于处理治疗时呼吸与计划时不一致，可改善呼吸重复性，简单稳定；光子放疗中视听反馈系统可改善呼吸规律性，粒子治疗中尚未完全确立但可能有益；加速器死时间可能使稳定呼吸减少总治疗时间的获益更大；直接跟踪肿瘤运动是未来重要方向。体位固定中二维X射线最常用，Miyasaka报告粒子治疗体位模态较光子放疗不成熟，许多机构依赖二维影像可见骨结构或植入标记；体位方法影响呼吸管理策略及整体治疗计划。质子与碳离子物理生物特性不同，包括更锐Bragg峰、更窄侧半影及高线性能量转移（linear energy transfer, LET）所致更高相对生物效能（relative biological effectiveness, RBE）；高LET区近射束远端，残余呼吸运动所致射程变化对碳离子治疗影响可能更大；Lebbink et al.报告扫描束碳离子治疗呼吸运动所致剂量变化大于质子治疗，提示需更严格呼吸管理；但证据有限，本研究亦未发现两种模态策略clear差异，体位差异可能反映商业质子系统锥形束CT（cone-beam CT, CBCT）等先进图像引导可用性增加；需进一步研究两种模态呼吸运动风险并建立相应指南。被动与扫描照射间无clear差异；既往报告两种技术呼吸运动效应不同，但适当呼吸管理后是否存在临床意义差异仍不清楚；本调查提示无论束流技术如何，呼吸运动管理均广泛实施以使效应处于临床可接受范围。局限包括回应16/26（61.5%），不足以完全代表日本实践；未见明显地区偏倚；回应机构构成与全体大致可比，但被动束机构可能略被低估；建立年份1998–2024；数据反映全国趋势且无明显偏倚；结果对新机构有参考价值；治疗计划CT和照射技术趋势与光子治疗有所不同；无clear差异有助于跨机构应用信息；可结合指南选择适合本机构的方法。未回应10家机构可能呼吸运动相关部位病例较少（PTCOG 2022统计肺和胃肠/肝肿瘤约占碳离子22%、质子16%），或处于设施/系统过渡、临床实施初期、工作流未完全建立，故非回应偏倚可能低估本调查结果，实际实施比例可能更高；数年后随访可识别变化并形成更全面技术基准；本研究未定量评估呼吸管理对治疗计划影响，机构间治疗计划变异正通过模拟不同机构呼吸门控照射评估；未收集门控窗大小定量数据，未来应收集。
研究结论翻译：本研究阐明了日本粒子治疗机构呼吸运动管理现状。相当比例机构实施呼吸运动管理，可能反映粒子治疗对呼吸运动的敏感性。照射技术和设备在各机构间观察到一定程度一致性。相反，患者体位固定方法和评估方法存在异质性，提示需进一步技术发展。这些发现可能为确立粒子治疗未来发展目标提供基础。
