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预见未来——专家畅谈Flash治疗的临床应用

2019/10/8 作者:质子中国

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2014年,法国居里研究所首次成功实施了Flash照射——一种可在1秒内输送超高剂量的放疗技术。研究团队对小鼠胸部实施了超过40 Gy/s剂量率的短脉冲照射,并观察了照射6个月后肺部纤维化的情况。结果显示,与传统剂量率照射相比,Flash照射能够更好保护小鼠正常、健康的组织。居里研究所技术研发部Dr. Vincent Favaudon表示:“我们应用的是单剂量治疗,意味着实验对象可在很短的时间内一次性地完成整个治疗过程。” 详情请见《居里研究所最新研发出质子FLASH照射技术》。


此后,欧洲和德国广泛开展了Flash治疗的研究,旨在将其用于临床,提高放疗的速度和安全性。但实现这一目标需要全面理解Flash治疗的原理,并且回答尚无法回答的关于Flash治疗应用与效应的问题。

日前,斯坦福大学放射肿瘤学系教授Dr. Billy Loo、马里兰大学医学院放射肿瘤学系教授Dr. Zeljko Vujaskovic以及荷兰格罗宁根大学医学中心放射肿瘤学系主任Dr. Hans Langendijk共同探讨了Flash治疗的技术优势、潜在临床应用以及目前面临的挑战等话题。

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剂量适形与保护正常组织

Flash治疗的剂量输送速度有助于减小对肿瘤周围健康组织的损伤。这种治疗方法,无论是单次照射或多次照射,均可对患者疗效及医院患者量产生显著影响。


“当前放疗面临的困境是很多肿瘤无法与某些重要器官分离,相互交织在一起,” Dr. Loo表示,“即使很小心地优化剂量分布,可照射的剂量仍非常有限,因为正常组织就在那里。应用Flash技术,我们正在研发既能使剂量高度适形,又能快速输送剂量的策略,以尽可能保护正常组织。”


目前多数的Flash治疗研究均为临床前研究,将Flash治疗引入临床仍有很长的路要走。尽管有些实验应用了质子和同步辐射X线,当前实验中最常用的照射方法仍是电子束照射。


“Flash治疗并非一定能够降低正常组织的照射剂量,但当高剂量率照射时,正常组织显然没有‘看到’束流,”Dr. Vujaskovic说,“因此,正常组织对这种高剂量束流的反应不同于质子束或光子束。‘Flash效应’产生的正常组织损伤,至少在某些临床前研究中,要小于常规质子治疗或光子放疗。这种现象的机制尚不得而知。”


Flash治疗的潜在应用

Flash治疗的速度及特性使得其成为理想的肿瘤治疗方法,尤其对于需要运动管理的肿瘤放疗。例如,对于肺癌,传统放疗需要将束流与呼吸周期同步,以在特定的位置照射运动中的肿瘤。


“这是研发超快照射放疗的原始初衷之一,” Dr. Loo表示,“如果我们反向思考这个问题,即治疗过程几乎只在一瞬间,那么就相当于‘冻结’了体内所有的运动。这样我们能够最精准、高适形性地照射肿瘤,同时充分利用Flash治疗的生物学优势,保护正常组织。”


今年4月,Dr. Vujaskovic及其同事获得了他们首个质子Flash治疗的定量临床前研究成果。研究人员发现,在肺癌小鼠中,Flash治疗可减少25~30%的肺组织损伤,从而减少了肺纤维化的发生,并且放射性皮炎发生率平均降低了35%。详情请见报道《首例应用临床设备的Flash治疗临床前研究结果公布,可更好保护健康组织和器官》。


Dr. Vujaskovic表示,这是首个应用质子Flash治疗显著减少肺损伤的研究。他认为,应用电子束的Flash治疗主要适用于浅表肿瘤的治疗(如皮肤肿瘤),质子Flash治疗可用于治疗深部肿瘤。


面临的挑战

尽管Flash治疗具有潜在优势,很多重要问题仍有待解决,并且需要技术上的进步。


放射生物学机制

Dr. Langendijk指出,尽管临床前研究是一个很好的开端,但某些发表的研究缺乏必要的相关信息。他认为,研究应包括放射生物学实验,以明确可在不同环境下重复出前期的实验结果,并评估潜在的长期影响。


“我们看到的通常是在治疗过程中或治疗刚结束后出现的急性毒性反应,”他说,“大多数研究只关注了这些并发症,但对于导致迟发并发症的机制——有时甚至在治疗后10~15年才出现——仍完全不明确。”


分次问题

Dr. Langendijk认为,分次问题也是需要进一步探究的领域。


“第一,是否需要进行分次照射。第二,当在1秒内、应用1个分次完成整个治疗时,我们必须非常确定输送的剂量是正确的,这需要严格的物理学QA。”


治疗设备

将Flash治疗用于临床还需要更好的治疗设备,因为目前的直线加速器无法在要求的速度下输送照射剂量。为了解决这个问题,Dr. Loo及其同事正在与德国SLAC国家加速器实验室合作开展PHASER项目,融合多项技术研发新型加速器,旨在实现超高速照射。详情请见质子中国往期报道《德国能源部与斯坦福大学共同研发高速照射技术,可用于质子治疗》。


财政因素

研发Flash照射技术面临多重挑战。将这项技术引入实际的医疗服务中还需要考虑财政方面的因素。


“我们需要降低技术成本,并且设备应更经济、更紧凑,并且可与现有的设施兼容,这样我们就无需为设备建设新的设施,” Dr. Loo表示,“系统应具备更高的自动化和临床效率,使得我们能够在特定的时间内治疗更多患者。”


对于如何培训医务人员应用这项技术以及如何惠及患者,取决于当地的医疗政策、医疗系统、保险政策以及政治环境。


一步一个脚印

尽管距离临床日常应用Flash治疗仍有很长的路要走,但这项技术的研发已经取得了很大的进展,包括开展人体临床试验。首例Flash人体治疗请见质子中国往期报道《首例人体治疗:皮肤淋巴瘤患者的FLASH治疗》。


“如果试验成功,我们就能在1秒内应用1个分次治疗患者,而不是7周,同时减少放射诱导性并发症,并且获得更好的肿瘤控制情况,” Dr. Langendijk说,“这是我职业生涯中最令人兴奋的技术进步。”


Dr. Loo表示,Flash治疗的目的不仅是提高治疗效率,同时还要降低治疗成本。“我们的最终目标是将Flash治疗用于现有的放疗机构,降低治疗费用,惠及更多的患者。”


这些都是大的目标,实现它们需要一点一滴地积累证据,证明这项技术的优势。在此之前,我们仍有大量的工作要做。


“我很乐观,并确信Flash治疗能够确立其在放射肿瘤学中的地位,” Dr. Vujaskovic说,“Flash治疗将成为放疗技术的飞跃式发展,但需要再次强调,我们需要更多实质性的数据推动这项技术成为肿瘤的标准治疗方式。”

信息来源:


质子专区介绍:
相比传统放疗,质子治疗作为“精准治疗”的新一代代表,利用质子射线所具有的独特物理特性,以极快的速度、很小的放射剂量进入人体,迅速到达肿瘤组织并释放全部剂量,而肿瘤后方和侧方的正常组织及器官受到的照射剂量几乎为零,从而实现以最大的照射剂量杀伤肿瘤组织的同时又最大限度地避免了周围组织及器官的损伤,实现更加精确的“精准治疗”。
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关键词

质子治疗 Flash照射

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