直射FLASH质子可以消除布拉格峰值约束

1、FLASH质子放射疗法可以消除布拉格峰值的约束左图：一种传统的临床质子束排列，四束质子束终止于靶区。右图：四束质子束对准病人头 部外四个虚构的靶盒的穿透式 FLASH计划（Courtesy: Phys. Med. Biol. 10.1088/1361- 6560/abe55a）FLASH放射疗法是以非常高的剂量率进行放射治疗，它能在保持常规放射疗法所见的肿瘤 杀伤力的同时保留正常组织。迄今为止，大多数研究都是用电子束进行的，但FLASH照射 也可以用质子束进行。质子疗法通过布拉格峰（质子束沉积大部分剂量的深度），在正常组织只留下低积分剂量， 并在肿瘤治疗后保留组织。但是，这种精确的定位有其自身

2、的问题：需要余量来解决不精确 的布拉格峰定位；需要进行有力的计划以减轻器官运动和解剖变化；布拉格峰附近的线性能 量转移（LET）和相对生物有效性（RBE）的分布存在不确定性。那么将质子与FLASH输送相结合是否可以消除这些缺点？根据 Maastro Clinic的Frank Verhaegen所说，它实际上可能会提供一种全新的质子传递方式，而这种方式完全不依赖布 拉格峰。Verhaegen说：“前段时间，我有一个想法，那就是如果我们可以制造FLASH质 子，就可以摆脱布拉格峰的“暴政”。这个想法是，质子束具有足够的能量以直接穿过患者并离开患者，而不是将Bragg峰定位在 目标体内。这种方法有效

3、地将布拉格峰定位在空气的远侧，这种策略在临床前研究中已经很 普遍，在这种情况下，小型动物很难精确地定位。这种直通技术不是依靠布拉格峰来避免破坏组织，而是利用了 FLASH辐射对健康组织起到 保护作用。Verhaegen解释说：使用FLASH，可以保护正常组织的原因不是因为低剂量, 而是因为它是正常组织，它以完全不同的方式响应超高剂量率。“然后，您可以将质子射穿 患者，甚至可以在患者身后使用质子进行质子成像。”Verhaegen及其同事现已对脑肿瘤病例中使用直射型FLASH质子疗法做了研究还将其做成 范例，并在物理学与生物学杂志中报告了他们的发现。原理证明研究人员为神经系统肿瘤患者制定了概念验证

4、的质子计划，该患者在靠近几个处于危险状态 的器官（OAR）附近的肿瘤会受到严格的剂量限制。该计划使用了四个质子束，它们对准了 放置在患者体外的四个虚拟目标，并且优化了质子束以在目标内部传递大致均匀的剂量。 然后，研究小组将这个虚拟的直射FLASH计划与常规的临床四束质子计划进行了比较。对于直射计划，研究人员假设正常组织的FLASH保护因子为2。他们注意到，迄今为止，基 于电子的FLASH研究中观察到的保留效应在1.4到1.8之间。据报道，闪光质子束具有更高 的保护因子，但尚不清楚闪光质子是否或为什么会表现出更大的保护。初步剂量计算表明，直射计划向目标提供了可接受的剂量。在大多数情况下，已达到或

5、几乎 达到7OAR剂量限制。对于某些OAR，FLASH效果显示出将有效剂量降低到规划约束以下 的潜力。直射光束增加了对大脑的整体剂量，但将FLASH保护因子2结合后，有效剂量降 低到接近非FLASH临床计划的有效剂量。ideCTVShoot-through FLA: protective factor ouShoot-t|rougli FLASH planClinical planeo5040帅20 w60504030201060504030201。临床四束计划、无保护性闪光的四束穿透式FLASH计划和说明靶外保护性闪光效应的相同 穿透式FLASH计划（浅蓝色）的质子剂量分布。海马呈红色，脑干

6、呈绿色，视交叉呈紫色（由 Phys.Med.Biol.10.1088 / 1361-6560 / abe55a 提供） 该团队指出，此插图中使用的治疗计划系统并未针对直射式FLASH进行优化，并且专门针 对此新型模式开发的算法应更轻松地满足OAR约束。展望未来直射式FLASH质子治疗的临床实施有许多益处，包括通过质子控成像进行剂量测定的能力。 到目前为止，对质子治疗的验证还很困难，尽管对此有很大的需求。这种方法还将在很大程 度上消除治疗余量，并消除LET和RBE不确定性的问题。重要的是，可以使用230-250 MeV质子束对头，进行颈部和胸部肿瘤的治疗需要穿透治疗 的加速器。而腹部治疗需要更高能量的质子(300-350 MeV),尽管这不需要新的加速器技 术，而只是需要放大能量。例如，通过调整对束能量调制器。研究小组指出，基于激光的质子加速器由于其超高的剂量率，可以为FLASH带来很大的优 势，但可能仍需要大量开发才能获得足够高的能量用于直射治疗。最终，直射型FLASH质子治疗的临床影响将在很大程度上取决于FLASH保护因子，而保护 因子仍然未知。Verhaegen指出：“保护因素可能取决于许多参数，由于我们尚无法解释 FLASH效果，因此目前尚不了解其中的一些参数。”Verhaegen告诉物理学世界，在进行了这项原理验证研究之后，研究小组正在进一步研 究神经系统疾病，包括位于敏