日本原子能机构和QST开发出重离子治疗全身辐射量评估系统

日本原子能机构和日本量子科学技术研究所(简称“QST”)共同领导的研究团队于8月25日宣布开发出了对重离子放射治疗后患者全身辐射量进行评估的“RT-PHITS for CIRT”系统，以用于研究放射治疗后发生继发性癌症等不良反应的原因。

日本QST医院(日本国立研究开发法人-量子科学技术研究开发机构)  >>http://www.morimt.net/hosp/24.html

该系统结合日本原子能机构拥有的放射行为分析技术和拥有世界最大重离子放疗记录的QST的病例数据，构建了一个每位患者各不相同的复杂的照射系统，通过模拟试验，对患者全身的照射剂量进行高度精准评估。研究者们将阐明放疗后副作用(如继发性癌症)与暴露剂量之间的相关性。有望通过研究重离子放疗继发性癌症发生率低的原因及放疗副作用的机制，以用于研究未来降低放疗剂量的新放疗方案。该研究成果于7月4日在线发表在国际科学期刊《医学与生物学物理学》上。

(图1)：RT-PHITS for CIRT概念图

研发背景及目的

放射治疗，与手术和药物治疗并列为癌症治疗的三大治疗方法。根据JROD(日本国家放射治疗病例登记处)2020 年的统计数据，日本每年进行超过50,000次放射治疗。

放射线治疗不能完全消除对要治疗的肿瘤区域以外的正常组织的照射，并且存在在正常组织中发生癌症(继发性癌症)等副作用的风险。为了调查以极低概率发生的迟发性副作用(如继发性癌症)的原因，有必要根据患者体内详细的暴露剂量分布来确定每个器官的暴露程度，有必要调查大量患者发生副作用的频率。虽然说，重离子放疗的继发性癌症发病率明显低于使用X射线和伽马射线的治疗，但没有一个系统可以对照足够的病例数据来检查远离治疗部位的正常组织的暴露剂量，也没有进行定量评价。

因此，在本研究中，研究者使用了蒙特卡洛辐射行为分析代码PHITS，它可以准确地模拟患者体内和辐照设备中核反应产生的中子等次级粒子的行为，重现重离子放疗。旨在开发一种系统，即使在低剂量下也可以评估包括远离肿瘤的正常组织在内的广泛区域的剂量分布。

开发过程

对晚期副作用原因的调查，属于随机效应，数据数量越多越准确。QST的宽束法是重离子放疗最广泛的实践形式，拥有世界上最多的病例(大约超过9000名病人)。该系统就是针对这些历史案例数据开发的。病例数据使用DICOM标准数据，包括治疗过程中病人的CT图像数据，以及根据每个病人的肿瘤形状调整重离子束的照射设备(移距器和准直器)的设置。原则上，这些数据可以用来真实重现过去重离子放疗的辐照系统，但由于这些辐照系统因病人而异，一直无法手工处理大量的病人数据。

为了支持放疗的模拟，PHITS提供了一个软件包(基于PHITS的RadioTherapy软件包：RT-PHITS)，从病人的CT图像中构建病人的整个身体系统，并分析病人体内的辐射行为。 研究者开发了一个功能，通过从DICOM数据中提取再现辐照系统所需的数据，在计算机的虚拟空间中自动构建一个辐照系统，作为该功能的补充。这些功能结合在一起，可以构建一个用于重离子放射治疗的辐照系统，并在PHITS模拟中忠实地再现过去的重离子放射治疗。 具有这种新功能的重离子放疗剂量测定系统被称为RT-PHITS for CIRT12。

图2显示了所开发的RT-PHITS for CIRT系统概况。该系统还具有将PHITS计算得出的剂量分布转换为DICOM数据的功能，因此它可以与一般的治疗计划支持设备一起使用，在患者CT图像上绘制剂量分布图，并与治疗计划系统的剂量分布进行比较。这样就可以进行详细的分析。RT-PHITS for CIRT有自己的图形用户界面(GUI)，通过直观的操作、对辐照装置和病人系统的视觉确认以及对剂量分布的评估，使配置变得简单。(图3)

(图 2)RT-PHITS for CIRT系统概述

(图 3)RT-PHITS for CIRT图形用户界面

未来部署

日本原子能机构的古田琢哉干事表示：“今后将使用该系统，对量研(QST)保存的重粒子射线治疗病例重新进行评估。QST拥有世界最多的病例数据。通过对每个患者的治疗辐射量进行评估和跟踪调查，可以对病人是否发生了继发性癌症、以及是否发生了副作用等进行比较，以明确在什么条件下会发生继发性癌症，以及为什么重粒子射线治疗不容易引起继发性癌症。首先将对接受X射线治疗后的约200个前列腺癌病例进行分析。通过阐明机理，相信在未来将有助于提高放射治疗的安全性。今后，将会在重新分析QST积累的治疗数据的同时，与其他研究机构合作，共同评估接受X射线治疗患者的辐射量并与重粒子射线治疗进行比较分析，明确发生继发性癌症的原因。”

该系统将被进一步改进和扩大，以支持使用快速三维扫描照射方法的重离子放射治疗。该系统将在日本国内和国际上发布，预计将在其他重离子放疗机构使用，并发展为新的应用研究。

论文信息

期刊名称：Physics in Medicine and Biology

论文题目：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