日本原子能機構和日本量子科學技術研究所(簡稱“QST”)共同領導的研究團隊于8月25日宣布開發(fā)出了對重離子放射治療后患者全身輻射量進行評估的“RT-PHITS for CIRT”系統(tǒng)，以用于研究放射治療后發(fā)生繼發(fā)性癌癥等不良反應的原因。

日本QST醫(yī)院(日本國立研究開發(fā)法人-量子科學技術研究開發(fā)機構)  >>http://www.kbddc.com/hosp/24.html

該系統(tǒng)結合日本原子能機構擁有的放射行為分析技術和擁有世界最大重離子放療記錄的QST的病例數(shù)據(jù)，構建了一個每位患者各不相同的復雜的照射系統(tǒng)，通過模擬試驗，對患者全身的照射劑量進行高度精準評估。研究者們將闡明放療后副作用(如繼發(fā)性癌癥)與暴露劑量之間的相關性。有望通過研究重離子放療繼發(fā)性癌癥發(fā)生率低的原因及放療副作用的機制，以用于研究未來降低放療劑量的新放療方案。該研究成果于7月4日在線發(fā)表在國際科學期刊《醫(yī)學與生物學物理學》上。

(圖1)：RT-PHITS for CIRT概念圖

研發(fā)背景及目的

放射治療，與手術和藥物治療并列為癌癥治療的三大治療方法。根據(jù)JROD(日本國家放射治療病例登記處)2020 年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，日本每年進行超過50,000次放射治療。

放射線治療不能完全消除對要治療的腫瘤區(qū)域以外的正常組織的照射，并且存在在正常組織中發(fā)生癌癥(繼發(fā)性癌癥)等副作用的風險。為了調(diào)查以極低概率發(fā)生的遲發(fā)性副作用(如繼發(fā)性癌癥)的原因，有必要根據(jù)患者體內(nèi)詳細的暴露劑量分布來確定每個器官的暴露程度，有必要調(diào)查大量患者發(fā)生副作用的頻率。雖然說，重離子放療的繼發(fā)性癌癥發(fā)病率明顯低于使用X射線和伽馬射線的治療，但沒有一個系統(tǒng)可以對照足夠的病例數(shù)據(jù)來檢查遠離治療部位的正常組織的暴露劑量，也沒有進行定量評價。

因此，在本研究中，研究者使用了蒙特卡洛輻射行為分析代碼PHITS，它可以準確地模擬患者體內(nèi)和輻照設備中核反應產(chǎn)生的中子等次級粒子的行為，重現(xiàn)重離子放療。旨在開發(fā)一種系統(tǒng)，即使在低劑量下也可以評估包括遠離腫瘤的正常組織在內(nèi)的廣泛區(qū)域的劑量分布。

開發(fā)過程

對晚期副作用原因的調(diào)查，屬于隨機效應，數(shù)據(jù)數(shù)量越多越準確。QST的寬束法是重離子放療最廣泛的實踐形式，擁有世界上最多的病例(大約超過9000名病人)。該系統(tǒng)就是針對這些歷史案例數(shù)據(jù)開發(fā)的。病例數(shù)據(jù)使用DICOM標準數(shù)據(jù)，包括治療過程中病人的CT圖像數(shù)據(jù)，以及根據(jù)每個病人的腫瘤形狀調(diào)整重離子束的照射設備(移距器和準直器)的設置。原則上，這些數(shù)據(jù)可以用來真實重現(xiàn)過去重離子放療的輻照系統(tǒng)，但由于這些輻照系統(tǒng)因病人而異，一直無法手工處理大量的病人數(shù)據(jù)。

為了支持放療的模擬，PHITS提供了一個軟件包(基于PHITS的RadioTherapy軟件包：RT-PHITS)，從病人的CT圖像中構建病人的整個身體系統(tǒng)，并分析病人體內(nèi)的輻射行為。 研究者開發(fā)了一個功能，通過從DICOM數(shù)據(jù)中提取再現(xiàn)輻照系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)，在計算機的虛擬空間中自動構建一個輻照系統(tǒng)，作為該功能的補充。這些功能結合在一起，可以構建一個用于重離子放射治療的輻照系統(tǒng)，并在PHITS模擬中忠實地再現(xiàn)過去的重離子放射治療。 具有這種新功能的重離子放療劑量測定系統(tǒng)被稱為RT-PHITS for CIRT12。

圖2顯示了所開發(fā)的RT-PHITS for CIRT系統(tǒng)概況。該系統(tǒng)還具有將PHITS計算得出的劑量分布轉(zhuǎn)換為DICOM數(shù)據(jù)的功能，因此它可以與一般的治療計劃支持設備一起使用，在患者CT圖像上繪制劑量分布圖，并與治療計劃系統(tǒng)的劑量分布進行比較。這樣就可以進行詳細的分析。RT-PHITS for CIRT有自己的圖形用戶界面(GUI)，通過直觀的操作、對輻照裝置和病人系統(tǒng)的視覺確認以及對劑量分布的評估，使配置變得簡單。(圖3)

(圖 2)RT-PHITS for CIRT系統(tǒng)概述

(圖 3)RT-PHITS for CIRT圖形用戶界面

未來部署

日本原子能機構的古田琢哉干事表示：“今后將使用該系統(tǒng)，對量研(QST)保存的重粒子射線治療病例重新進行評估。QST擁有世界最多的病例數(shù)據(jù)。通過對每個患者的治療輻射量進行評估和跟蹤調(diào)查，可以對病人是否發(fā)生了繼發(fā)性癌癥、以及是否發(fā)生了副作用等進行比較，以明確在什么條件下會發(fā)生繼發(fā)性癌癥，以及為什么重粒子射線治療不容易引起繼發(fā)性癌癥。首先將對接受X射線治療后的約200個前列腺癌病例進行分析。通過闡明機理，相信在未來將有助于提高放射治療的安全性。今后，將會在重新分析QST積累的治療數(shù)據(jù)的同時，與其他研究機構合作，共同評估接受X射線治療患者的輻射量并與重粒子射線治療進行比較分析，明確發(fā)生繼發(fā)性癌癥的原因。”

該系統(tǒng)將被進一步改進和擴大，以支持使用快速三維掃描照射方法的重離子放射治療。該系統(tǒng)將在日本國內(nèi)和國際上發(fā)布，預計將在其他重離子放療機構使用，并發(fā)展為新的應用研究。

論文信息

期刊名稱：Physics in Medicine and Biology

論文題目：Development of the DICOM-based Monte Carlo dose reconstruction system for a retrospective study on the secondary cancer risk in carbon ion radiotherapy

作者： T. Furuta、Y. Koba、S. Hashimoto、W. Chang、S. Yona、S. Matsumoto、A. Ishikawa 和 T. Sato

出版日期：2022年7月4日

DOI：https ://doi.org/10.1088/1361-6560/ac7998