由日本核能研究開發機構核能基礎工學研究中心放射線行為解析研究團隊的骨幹研究員古田琢哉和日本量子科學技術研究開發機構（QST）量子生命和醫學部門放射線醫學研究所放射線管理科學研究部主任研究員古場裕介等人組成的研究團隊，於8月25日宣佈開發出了對接受重粒子射線冶癒後患者全身輻射量進行評估的「RT－PHITS for CIRT」系統，以闡明重粒子射線冶癒後發生繼發性癌症的機制。該系統可以根據過去臨牀冶癒資料，在電腦上重現每位患者各不相同的複雜的輻射階層，透過模擬試驗，對患者全身輻射量進行高精度評估。由此希望獲得以重粒子射線冶癒爲首的風險更定的放療成果。該研究成果已經發表在國際科學雜誌《Physics in Medicine and Biology》上。
圖1：新開發的放射線量評估系統 (RT-PHITS for CIRT) 的作用（供圖：日本核能研究開發機構）
放射線療法是透過對冶癒物件的癌等腫瘤靶點照射一定的放射線能，讓腫瘤細胞死亡的一種冶癒方法。儘管冶癒計劃中會儘可能地將射線集中在腫瘤部位，但由於不可能完全遮蔽射線，所放射線療法存在着誘發繼發性癌症的風險。繼發性癌症爲放療後出現的腫瘤轉移和非腫瘤復發等所有新出現的癌症，有報告顯示，X線放療後出現繼發性癌症的機率有意義地高於手術等非放射線冶癒方法。
作爲放射線療法中的一種，重粒子射線療法與X線療法相比，線量可以更加集中於病竈，已有報告顯示，尤其是對前列腺癌而言，與X線放療相比，重粒子射線療法出現繼發性癌症的機率要低。另一方面，目前尚沒有能夠對發生繼發性癌症的照射部位以外的全身輻射量進行檢測的系統，無法做定量評估。對重粒子線療法的輻射量分佈評估還僅限於照射部位的周圍，用來觀察冶癒效果和避免周圍重要臟器發生急性失功能。
繼發性癌症發生的機率非常低，爲了弄清終極因數，需要根據患者活體內輻射劑量的詳細分佈，以不同臟器以及衆多患者爲物件，調查輻射量水平、繼發性癌症的發生頻率等。
爲此，研究團隊爲了闡明重粒子射線冶癒導致繼發性癌症的機制、以及發生頻率較低的終極因數，決定開發一個能夠檢測全身輻射量的系統。
在重粒子線治療中，需要在碳離子組成的重粒子線束上放置多個防護罩，根據每個患者腫瘤形狀的不同，生成射線束，以腫瘤爲靶點進行集中照射，這些資訊均記錄在冶癒方案中。由於碳離子是由錯離子構成的，在照射時與檢查裝置、防護罩碰撞以及在患者活體內發生衝突產生二次粒子，離開照射部位的線量就是由這些二次粒子造成的。評估全身輻射量時，需要透過電腦重現重粒子線的複雜照射系統，並類比二次粒子的產生。
圖2. 在擬人化幻影中，傳統計算方式（左）與新開發系統（右）的放射線量分佈比較（供圖：日本核能研究開發機構）
新開發出來的系統按照重粒子射線冶癒的冶癒方案資料，在電腦的虛擬空間中再現了冶癒時的照射階層。透過利用主要由該機構開發的蒙特卡洛輻射行為分析碼「PHITS」，準確類比了照射系統中重粒子射線以及二次粒子的行為，從而實施了評估整個患者全身輻射量的詳細分佈情況。此外，透過將這些程序自動化，構築了一個能夠處理病人大量資料的系統。不但能夠評估冶癒部位的輻射量分佈，還可以評估離開冶癒部位的其他身體部位以及低於1%的低輻射量的分佈情況。
此外，該系統還能將輻射量分佈轉換爲DICOM資料，並利用基於DICOM資料的影像整合軟體，將輻射量疊加在患者的CT影像上。
古田骨幹研究員表示：「今後將使用該系統，對量研（QST）保存的重粒子射線冶癒病例重新進行評估。QST擁有世界最多的病例資料。透過對每個患者的冶癒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症、以及是否發生了副作用等進行比較，以明確在什麼條件下會發生繼發性癌症，以及爲什麼重粒子射線冶癒不容易引起繼發性癌症。首先將對接受X射線冶癒後的約200個前列腺癌病例進行分析。透過闡明機制，相信在未來將有助於提高放射冶癒的安全。」
古場主任研究員表示:「今後，將會在重新分析QST積累的冶癒資料的同時，與其他研究機構合作，共同評估接受X射線冶癒患者的輻射量並與重粒子射線冶癒進行比較分析，明確發生繼發性癌症的終極因數。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Physics in Medicine and Biology
論文：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
