将点扫描质子弧治疗与功能规避策略相结合，以降低肺部毒性

《Physics and Imaging in Radiation Oncology》：Integrating spot-scanning proton arc therapy with functional avoidance strategies to reduce pulmonary toxicity

本研究探讨基于四维CT通气成像的功能避让质子弧治疗（SPArc）在减少肺毒性方面的潜力。通过比较25例患者的光子放疗与质子重离子治疗（IMPT和SPArc）的剂量分布，发现SPArc显著降低功能性肺组织fV20Gy（中位数减少13.0%）和fMLD（中位数减少8.2Gy），NTCP模型显示肺损伤风险降低14.9%。结果表明SPArc在功能避让放疗中具有优越性。

　　
本研究聚焦于功能性避让放疗技术中质子治疗的剂量优化潜力，重点比较了强度调制光子放疗（IMRT/VMAT）、强度调制质子治疗（IMPT）及点扫描质子弧（SPArc）三种技术方案。研究基于25例局部晚期小细胞肺癌或非小细胞肺癌患者的前瞻性临床试验数据，结合四维CT（4DCT）肺功能成像技术，系统评估了不同放疗策略对肺功能保护的效果及临床转化价值。

在技术路径方面，研究团队创新性地将4DCT动态呼吸数据转化为功能性肺结构映射。通过分析呼吸相位间的CT值密度变化，构建了包含肺高功能区域的自动分割模型，该模型以15%的呼吸功能下降阈值为基础，精准识别出需重点保护的肺实质区域。这一技术突破使得放疗计划能够突破传统解剖结构限制，实现基于生理功能的剂量优化。

研究结果显示SPArc方案展现出显著优势：与光子计划相比，SPArc将20Gy以上剂量分布的肺功能区域体积（fV20Gy）降低13.0个百分点，平均功能肺剂量（fMLD）降低8.2Gy。质子治疗的整体优势体现在剂量分布优化上，IMPT较光子计划减少fV20Gy 3.7个百分点，而SPArc在动态剂量调节和散射控制方面实现更大突破。特别是在对侧功能性肺组织保护上，SPArc使fV20Gy降至0.4±0.2%，较光子计划降低超过90%。

临床转化价值方面，研究构建了基于功能肺剂量的并发症预测模型。通过fV20Gy参数推算，SPArc将≥2级放射性肺炎（RP）的预期发生率从光子治疗的49.1%降至7.2%，降幅达85%。该模型在补充分析中验证了fV5Gy至fV50Gy各剂量参数与RP等级的相关性，其中fV20Gy与高剂量区域肺损伤存在显著剂量-效应关系。

技术创新层面，研究首次系统验证了SPArc技术在功能性避让放疗中的临床潜力。通过对比传统IMRT、IMPT及新型SPArc的剂量分布特征，发现SPArc的动态能量层调节能力（每2.5度调整能量）使其在靶区剂量精度和周围组织保护方面实现突破。特别是在心脏（平均剂量从13.1Gy降至4.4Gy）和脊髓（最大剂量从36.6Gy降至24.4Gy）等关键器官的保护上，质子治疗展现出明显优势。

研究还引入了剂量传输效率的评估维度。通过动态加速器系统的仿真，发现SPArc的总体治疗时间（3.7±1.0分钟）与VMAT（3.3±1.0分钟）相当，但在多野优化时仍保持优势。这为临床应用提供了重要参考，表明新型质子治疗技术不仅安全可行，还能保持与光子放疗相近的效率水平。

值得注意的是，研究特别强调了功能影像引导的必要性。通过对比未使用功能影像的常规放疗计划，发现单纯解剖结构优化（如传统IMRT）在fV20Gy指标上较光子计划仅改善3.7个百分点，而结合功能影像的质子计划则实现质的飞跃。这验证了当前临床实践中"以器官剂量为导向"的放疗策略存在改进空间，而功能影像的引入能有效提升剂量优化精度。

研究局限性方面，样本量（25例）可能影响结论的普适性，且NTCP模型是基于光子数据建立的，未来需验证其在质子治疗中的适用性。建议后续研究扩大样本量至100例以上，并建立独立的质子NTCP预测模型。在技术改进方向，研究团队指出可通过融合实时呼吸监测（如呼吸门控技术）与动态剂量调节，进一步提升治疗计划的精准度。

该研究为放射治疗领域带来三重启示：其一，功能性影像（如4DCT-ventilation）作为优化约束条件，可显著提升剂量计划质量；其二，质子治疗的物理特性（如Bragg峰效应和有限射程）使其在功能避让放疗中具有天然优势；其三，新型动态弧技术（SPArc）通过优化能量层和束流轨迹，实现了更精细的剂量控制。这些发现为后续开展多中心临床试验、优化质子治疗设备性能提供了理论依据和实践指导。