日本原子能機構和日本量子科學技術研究所(簡稱“QST”)共同領導的研究團隊于8月25日宣布開發出了對重離子放射治療后患者全身輻射量進行評估的“RT-PHITS for CIRT”系統，以用于研究放射治療后發生繼發性癌癥等不良反應的原因。

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該系統結合日本原子能機構擁有的放射行為分析技術和擁有世界最大重離子放療記錄的QST的病例數據，構建了一個每位患者各不相同的復雜的照射系統，通過模擬試驗，對患者全身的照射劑量進行高度精準評估。研究者們將闡明放療后副作用(如繼發性癌癥)與暴露劑量之間的相關性。有望通過研究重離子放療繼發性癌癥發生率低的原因及放療副作用的機制，以用于研究未來降低放療劑量的新放療方案。該研究成果于7月4日在線發表在國際科學期刊《醫學與生物學物理學》上。

(圖1)：RT-PHITS for CIRT概念圖

研發背景及目的

放射治療，與手術和藥物治療并列為癌癥治療的三大治療方法。根據JROD(日本國家放射治療病例登記處)2020 年的統計數據，日本每年進行超過50,000次放射治療。

放射線治療不能完全消除對要治療的腫瘤區域以外的正常組織的照射，并且存在在正常組織中發生癌癥(繼發性癌癥)等副作用的風險。為了調查以極低概率發生的遲發性副作用(如繼發性癌癥)的原因，有必要根據患者體內詳細的暴露劑量分布來確定每個器官的暴露程度，有必要調查大量患者發生副作用的頻率。雖然說，重離子放療的繼發性癌癥發病率明顯低于使用X射線和伽馬射線的治療，但沒有一個系統可以對照足夠的病例數據來檢查遠離治療部位的正常組織的暴露劑量，也沒有進行定量評價。

因此，在本研究中，研究者使用了蒙特卡洛輻射行為分析代碼PHITS，它可以準確地模擬患者體內和輻照設備中核反應產生的中子等次級粒子的行為，重現重離子放療。旨在開發一種系統，即使在低劑量下也可以評估包括遠離腫瘤的正常組織在內的廣泛區域的劑量分布。

開發過程

對晚期副作用原因的調查，屬于隨機效應，數據數量越多越準確。QST的寬束法是重離子放療最廣泛的實踐形式，擁有世界上最多的病例(大約超過9000名病人)。該系統就是針對這些歷史案例數據開發的。病例數據使用DICOM標準數據，包括治療過程中病人的CT圖像數據，以及根據每個病人的腫瘤形狀調整重離子束的照射設備(移距器和準直器)的設置。原則上，這些數據可以用來真實重現過去重離子放療的輻照系統，但由于這些輻照系統因病人而異，一直無法手工處理大量的病人數據。

為了支持放療的模擬，PHITS提供了一個軟件包(基于PHITS的RadioTherapy軟件包：RT-PHITS)，從病人的CT圖像中構建病人的整個身體系統，并分析病人體內的輻射行為。 研究者開發了一個功能，通過從DICOM數據中提取再現輻照系統所需的數據，在計算機的虛擬空間中自動構建一個輻照系統，作為該功能的補充。這些功能結合在一起，可以構建一個用于重離子放射治療的輻照系統，并在PHITS模擬中忠實地再現過去的重離子放射治療。 具有這種新功能的重離子放療劑量測定系統被稱為RT-PHITS for CIRT12。

圖2顯示了所開發的RT-PHITS for CIRT系統概況。該系統還具有將PHITS計算得出的劑量分布轉換為DICOM數據的功能，因此它可以與一般的治療計劃支持設備一起使用，在患者CT圖像上繪制劑量分布圖，并與治療計劃系統的劑量分布進行比較。這樣就可以進行詳細的分析。RT-PHITS for CIRT有自己的圖形用戶界面(GUI)，通過直觀的操作、對輻照裝置和病人系統的視覺確認以及對劑量分布的評估，使配置變得簡單。(圖3)

(圖 2)RT-PHITS for CIRT系統概述

(圖 3)RT-PHITS for CIRT圖形用戶界面

未來部署

日本原子能機構的古田琢哉干事表示：“今后將使用該系統，對量研(QST)保存的重粒子射線治療病例重新進行評估。QST擁有世界最多的病例數據。通過對每個患者的治療輻射量進行評估和跟蹤調查，可以對病人是否發生了繼發性癌癥、以及是否發生了副作用等進行比較，以明確在什么條件下會發生繼發性癌癥，以及為什么重粒子射線治療不容易引起繼發性癌癥。首先將對接受X射線治療后的約200個前列腺癌病例進行分析。通過闡明機理，相信在未來將有助于提高放射治療的安全性。今后，將會在重新分析QST積累的治療數據的同時，與其他研究機構合作，共同評估接受X射線治療患者的輻射量并與重粒子射線治療進行比較分析，明確發生繼發性癌癥的原因。”

該系統將被進一步改進和擴大，以支持使用快速三維掃描照射方法的重離子放射治療。該系統將在日本國內和國際上發布，預計將在其他重離子放療機構使用，并發展為新的應用研究。

論文信息

期刊名稱：Physics in Medicine and Biology

論文題目：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