AAPM 年会上的“最佳物理学”演讲突出了会议的 15 篇高分摘要。在之前的一篇文章中，我们研究了多个目标的剂量优化 MLC 跟踪和放射免疫治疗剂量绘制。在我们对 2021 年获奖研究的第二次审视中，我们描述了一种新的多对比、运动分辨 MRI 技术，用于放射治疗计划，并检查展开的布拉格峰是否可用于 FLASH 质子治疗。
多任务 MR 排队用于放射治疗计划和实时跟踪
由于与 CT 相比，MR 成像具有优越的软组织对比度，因此最近已被用于规划放射治疗。然而，对于腹部放射治疗，由于呼吸运动和附近有大量危险器官 (OAR)，该过程变得复杂。
“需要具有多重对比加权和运动分辨能力的 MR 技术来应对这些挑战，”来自 Cedars-Sinai 医学中心和加州大学洛杉矶分校的Junzhou Chen解释说。
然而，现有的 MR 协议使用单独的扫描来实现多重对比，使它们容易受到扫描间错位的影响。与此同时，运动分辨 4D MR 扫描仅使用单一对比度加权。为了解决这些局限性，Chen 及其同事正在开发一种多任务 MR 技术，该技术可生成多对比度和运动分辨体积 MR 图像，以实现基于 MR 的腹部治疗计划。
研究人员开发了一种多对比度脉冲序列，在每个重复时间依次产生 T1 加权、质子密度加权和 T2 加权对比度。对于数据采集，他们选择了笛卡尔螺旋采样轨迹，这减少了重建时间，在中央 k 空间区域实现了更高的采样密度，并在采样 k 空间中心之前避免了大的梯度跳跃。多维(空间、对比度、运动状态)图像通过使用 MR 多任务低秩张量框架成为可能。
Chen 分享了一个使用提议的多任务 MR 扫描健康志愿者的示例。生成的多维图像的分辨率为 1.6(上-下)x 1.6(左-右)x 3.2(前-后)mm，视野为 256 x 358 x 256 mm，呼吸运动可以是分为八个阶段。“在这里，我们证明了用户可以选择查看他们想要的任何对比度、任何切片和任何运动状态，”他解释说。
研究人员通过模拟具有随机呼吸模式的数字腹部 MR 体模来验证该技术。对于所有三个对比权重，重建的图像与数字地面实况显示出良好的一致性。他们还验证了四名健康志愿者扫描的运动分辨精度，观察到多任务 MR 图像中分辨的运动范围与 0.2 毫米以内的 2D 实时 MRI 参考之间的差异。
“我们认为这种 MR 框架对腹部放疗非常有用，因为它可能有助于改善肿瘤和 OAR 的勾画，”陈总结道。“MR 多任务框架还可以在放射治疗期间实现体积、多对比度、实时跟踪，从而有可能实现实时治疗适应。“该协议可以进一步开发为用于放射治疗计划和实时治疗监测的集成 MR 平台。”
使用展开的布拉格峰备用正常组织的 FLASH 治疗
以超高剂量率进行辐射的 FLASH 放射治疗显示出在降低正常组织毒性同时保持抗肿瘤活性方面的巨大希望。质子束对 FLASH 治疗特别感兴趣，因为与光子和电子相比，质子束具有更好的剂量分布。
迄今为止，大多数质子 FLASH 研究都采用了辐照入口平台，但宾夕法尼亚大学的研究人员现在正在使用展开的布拉格峰 (SOBP) 研究 FLASH 质子治疗的潜力。“这项研究的目标是查看 SOBP 处是否有任何 FLASH 正常组织保留，类似于在传输直通研究中观察到的情况，” Michele Kim解释道。
为了以 FLASH 剂量率创建 SOBP，Kim 及其同事 3D 打印了一个具有小三角形峰的定制脊滤波器，并将其放置在Roberts 质子治疗中心研究光束线中的第一和第二散射体之间。当质子束穿过过滤器中不同厚度的材料时，它会产生 SOBP。该团队使用这种设置来照射小鼠，修改光束线以确保动物的整个腹部位于 2.5 厘米 SOBP 内。
研究人员使用以下四种治疗方案之一随机分配小鼠接受 15 Gy 辐射：FLASH 和 SOBP;FLASH使用高原;SOBP 的标准剂量率;或平台的标准剂量率。他们测得的 FLASH 光束的剂量率约为 108 Gy/s，常规质子治疗的剂量率约为 0.82 Gy/s。在各种治疗之后，该团队通过量化动物体内增殖的肠隐窝数量来评估辐射损伤。
“SOBP 照射的小鼠表现出与直通照射小鼠相似的 FLASH 正常组织保留，”Kim 说。“此外，与使用 SOBP 和入口区域的标准剂量率照射小鼠相比，FLASH 照射小鼠每个隐窝的增殖细胞数量显着增加，这加强了之前看到的正常组织保留。”
接下来，研究人员计划研究基于 SOBP 的质子 FLASH 的肿瘤控制能力。Kim 指出，未来他们将向小鼠提供适形 SOBP FLASH 治疗，因为迄今为止的所有研究都涉及整个光束照射整个腹部。
