由日本原子能研究开发机构原子能基础工学研究中心放射线行为解析研究团队的骨干研究员古田琢哉和日本量子科学技术研究开发机构（QST）量子生命和医学部门放射线医学研究所放射线管理科学研究部主任研究员古场裕介等人组成的研究团队，于8月25日宣布开发出了对接受重粒子射线治疗后患者全身辐射量进行评估的“RT－PHITS for CIRT”系统，以阐明重粒子射线治疗后发生继发性癌症的机理。该系统可以根据过去临床治疗数据，在计算机上重现每位患者各不相同的复杂的辐射体系，通过模拟试验，对患者全身辐射量进行高精度评估。由此希望获得以重粒子射线治疗为首的风险更定的放疗成果。该研究成果已经发表在国际科学杂志《Physics in Medicine and Biology》上。
图1：新开发的放射线量评估系统 (RT-PHITS for CIRT) 的作用（供图：日本原子能研究开发机构）
放射线疗法是通过对治疗对象的癌等肿瘤靶点照射一定的放射线能，让肿瘤细胞死亡的一种治疗方法。尽管治疗计划中会尽可能地将射线集中在肿瘤部位，但由于不可能完全遮蔽射线，所放射线疗法存在着诱发继发性癌症的风险。继发性癌症为放疗后出现的肿瘤转移和非肿瘤复发等所有新出现的癌症，有报告显示，X线放疗后出现继发性癌症的概率有意义地高于手术等非放射线治疗方法。
作为放射线疗法中的一种，重粒子射线疗法与X线疗法相比，线量可以更加集中于病灶，已有报告显示，尤其是对前列腺癌而言，与X线放疗相比，重粒子射线疗法出现继发性癌症的概率要低。另一方面，目前尚没有能够对发生继发性癌症的照射部位以外的全身辐射量进行检测的系统，无法做定量评估。对重粒子线疗法的辐射量分布评估还仅限于照射部位的周围，用来观察治疗效果和避免周围重要脏器发生急性功能障碍。
继发性癌症发生的概率非常低，为了弄清原因，需要根据患者体内辐射剂量的详细分布，以不同脏器以及众多患者为对象，调查辐射量水平、继发性癌症的发生频率等。
为此，研究团队为了阐明重粒子射线治疗导致继发性癌症的机理、以及发生频率较低的原因，决定开发一个能够检测全身辐射量的系统。
在重粒子线治療中，需要在碳离子组成的重粒子线束上放置多个防护罩，根据每个患者肿瘤形状的不同，生成射线束，以肿瘤为靶点进行集中照射，这些信息均记录在治疗方案中。由于碳离子是由复合离子构成的，在照射时与检查装置、防护罩碰撞以及在患者体内发生冲突产生二次粒子，离开照射部位的线量就是由这些二次粒子造成的。评估全身辐射量时，需要通过计算机重现重粒子线的复杂照射系统，并模拟二次粒子的产生。
图2. 在拟人化幻影中，传统计算方式（左）与新开发系统（右）的放射线量分布比较（供图：日本原子能研究开发机构）
新开发出来的系统按照重粒子射线治疗的治疗方案数据，在计算机的虚拟空间中再现了治疗时的照射体系。通过利用主要由该机构开发的蒙特卡洛辐射行为分析代码“PHITS”，准确模拟了照射系统中重粒子射线以及二次粒子的行为，从而实现了评估整个患者全身辐射量的详细分布情况。此外，通过将这些过程自动化，构筑了一个能够处理病人大量数据的系统。不但能够评估治疗部位的辐射量分布，还可以评估离开治疗部位的其他身体部位以及低于1%的低辐射量的分布情况。
此外，该系统还能将辐射量分布转换为DICOM数据，并利用基于DICOM数据的图像整合软件，将辐射量叠加在患者的CT图像上。
古田骨干研究员表示：“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。”
古场主任研究员表示:“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。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Physics in Medicine and Biology
论文：Development of the DICOM-based Monte Carlo dose reconstruction system for a retrospective study on the secondary cancer risk in carbon ion radiotherapy
DOI：https://doi.org/10.1088/1361-6560/ac7998
