将瑞波滤波器整合到用于乳腺癌的铅笔束扫描质子治疗中：从剂量学可行性到急性毒性评估

《BMC Cancer》：Integrating a Ripple Filter into Pencil Beam Scanning Proton Therapy for Breast Cancer: from Dosimetric Feasibility to Acute Toxicity Assessment

　　

摘要

背景

铅笔束扫描质子治疗在乳腺癌治疗中具有显著的剂量学优势。然而，基于同步加速器的治疗设施常常因能量层切换速度慢而面临处理能力限制，这对于需要多个能量层的浅表肿瘤而言尤为棘手。尽管波纹滤波器可以通过加宽布拉格峰来缓解这一问题，但其在乳腺癌质子治疗中的应用尚未被探索。本研究全面分析了将波纹滤波器引入乳腺癌铅笔束扫描质子治疗中的可行性、效率提升效果、线性能量转移特性以及临床安全性。

方法

我们进行了分两阶段的研究，首先进行剂量学规划研究，随后进行临床验证。在第一阶段，为21名患者（11例保乳手术患者和10例改良根治性乳房切除术患者）制定了成对的治疗计划（使用波纹滤波器与不使用），以此比较目标区域的覆盖情况、重要器官的保护程度、剂量平均线性能量转移值分布以及所需能量层数量。在第二阶段，我们对2025年1月至12月间接受治疗的99名保乳手术患者进行了回顾性分析，通过1:1的多变量匹配来控制治疗体积和处方剂量的差异，最终得到37对数据对比组。接着比较了各组之间的剂量-体积关系、线性能量转移值、急性毒性反应以及治疗时间。

结果

在第一阶段的剂量学研究中，使用波纹滤波器的治疗计划仍能保持良好的目标区域覆盖度。不过，加宽后的射束使得重要器官的剂量出现轻微但具有统计学意义的上升。对于保乳手术患者，同侧肺部的平均剂量和心脏的平均剂量分别增加了0.13 Gy(RBE)（95%置信区间为0.08–0.28 Gy(RBE)，p值小于0.001）和0.04 Gy(RBE)（95%置信区间为0.02–0.06 Gy(RBE)，p值为0.006）。而对于改良根治性乳房切除术患者，这两项指标的增幅分别为0.79 Gy(RBE)（95%置信区间为0.46–1.10 Gy(RBE)，p值为0.002）和0.08 Gy(RBE)（95%置信区间为0.04–0.19 Gy(RBE)，p值为0.009）。相反，波纹滤波器显著降低了皮肤及远处重要器官的线性能量转移值，降幅为0.15–0.65 keV/μm。第二阶段的临床验证显示，线性能量转移值有类似的降低趋势，且两组之间急性放射诱导性皮炎或食道炎的发病率和严重程度均无显著差异。此外，引入波纹滤波器还显著提升了治疗效率，实际射束输送时间减少了约20%。

结论

将波纹滤波器整合到乳腺癌铅笔束扫描质子治疗中，确实能够提高治疗效率并减少远处高线性能量转移值的暴露风险，但与此同时也会导致远处重要器官的低剂量暴露略有增加。临床数据表明，这种剂量学变化并不会影响保乳手术患者的急性治疗安全性。这些研究结果说明，波纹滤波器是提升基于同步加速器的质子治疗系统治疗效率的一种可行方案。