在FLASH剂量率条件下对质子微束治疗给药的实验表征

更快、更温和的放射束

放射治疗是癌症治疗的主要手段，但它在杀伤肿瘤的同时也会损伤健康组织。本研究探讨了一种新的质子放射给药方式，旨在对肿瘤施加强烈打击，同时减轻对正常器官的冲击。通过将两种新兴理念——极为密集的“微束”和超快的FLASH剂量率——结合起来，研究人员展示了使用与现代医院现有设备相似的仪器，在几秒钟内技术上可行地实施高精度治疗。

为什么要把辐射做成微小光束？

传统的放射场看起来是平滑的：剂量在治疗区域内相对均匀分布。空间分割放射治疗刻意打破了这一规则。在质子微束放射治疗中，辐射被分成许多细小的、亚毫米级的束流，束流之间留有间隙。在靠近表面的地方，这会形成高剂量的“峰”与低剂量的“谷”交错的格局。峰之间的健康组织有更好的自我修复机会，而在体内更深处，束流会扩散并相互重叠，使肿瘤获得更均匀且更有效的剂量。早期的体外与动物研究表明，这种模式可以减少副作用，甚至可能触发对癌症有利的免疫反应。

什么是FLASH，速度为何重要？

FLASH治疗是一种关于放射给药时间的新思路。与在数十秒或数分钟内缓慢施加剂量不同，FLASH在极短时间内以超高剂量率——每秒几十到数百戈瑞——给出相同剂量。令人惊讶的是，许多实验显示在这些极端条件下正常组织的保存效果更好，而肿瘤仍然保持脆弱。然而，对质子微束来说存在一个实际障碍：用于将束流切割成细缝的多缝金属块会浪费大量入射粒子，因此治疗可能需要几分钟时间。如果能够在FLASH模式下施加微束，失去的时间可能得以弥补，两种方法的生物学益处也可能被结合起来。

在临床设备上实现微束与FLASH

研究团队使用了一台紧凑型临床质子系统，该系统通常以平滑扫描的质子束为患者治疗。他们在治疗喷嘴末端安装了定制的黄铜多缝准直器——每个准直器含有五条仅1毫米宽、间距2.8毫米的窄缝。通过增加束流电流并精细调整束流光学，他们在228 MeV能量下以超高剂量率模式运行该系统，同时仍能切换回普通临床设置。随后他们使用特殊的放射敏感薄膜在类似水的塑料块中测量剂量分布，并将这些测量结果与追踪单个质子相互作用的详细计算机模拟进行了比较。

新束流的表现如何？

在FLASH条件下，质子束保持了清晰的微束格局：沿缝隙路径出现尖锐的峰值，而缝隙之间则为深谷。测量值与模拟结果在这种格局随深度演化的方式以及束流散射后消融的速度上高度一致。较厚的10厘米准直器比6.5厘米的版本在表面附近特别能产生峰与谷的更清晰分离，这意味着它更好地保护了“谷”区域。更为关键的是，以FLASH模式运行机器将典型的3×3厘米微束场的给药时间从约3分钟缩短到仅2.5秒。基于机器时间日志的计算表明，峰区的局部剂量率轻易超过了常用的FLASH阈值，同时保留了微束的精细空间结构。

这对未来癌症护理意味着什么

这项工作是早期但重要的原理验证。它表明可以改造标准型临床质子治疗系统，使其在不牺牲精度或束流质量的前提下，以FLASH剂量率递送质子微束。目前并未用这种方式治疗患者：实验在测试装置中完成，并且只使用了单一高能束，而非真实肿瘤所需的分层能量模式。将空间微束模式与超快FLASH给药结合的生物学效应也仍需在动物乃至最终的人体试验中证实。尽管如此，该研究为未来的治疗奠定了技术基础，这些治疗有望在与当今最佳方法同样有效地控制肿瘤的同时，通过利用辐射的空间分布和给药速度，显著减少对健康器官的损伤。

引用: Lin, Y., Wu, W., Setianegara, J. et al. Experimental characterization of proton minibeam therapy delivery under FLASH dose-rate conditions. Sci Rep 16, 7803 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36739-0

关键词: 质子治疗, FLASH放射治疗, 微束放射, 癌症治疗, 辐射剂量率