畅想十年后的质子治疗医学物理学(五)：重视不确定性
近年来质子治疗发展迅速，但关于质子治疗的医学物理学仍有很多工作需要做。瑞士PSI研究所首席医学物理师Antony Lomax教授畅想了未来十年内质子治疗医学物理学的发展趋势。作者认为，从医学物理学角度出发，质子治疗在治疗时间、半影区、照射边界、生物相关剂量学、不确定性以及个体化计算机模体等领域将有较大发展。原文发表于《Medical Physics》杂志上。点击“阅读原文”获取全文。
前四期与大家分享了质子治疗在缩短治疗时间、缩小半影区、减小照射边界以及生物相关剂量学方面的可能进展，详情请见质子中国往期报道《畅想十年后的质子治疗医学物理学(一)：缩短治疗时间》、《畅想十年后的质子治疗医学物理学(二)：缩小半影区》、《畅想十年后的质子治疗医学物理学(三)：减小照射边界》、《畅想十年后的质子治疗医学物理学(四)：生物相关剂量学》。本期将为大家介绍重视质子治疗不确定性的必要性。
Lomax教授畅想的未来十年内质子治疗医学物理学的36个发展趋势
放疗存在诸多不确定性，但除了束流输送不确定性(主要由日常摆位误差导致)及其对计划靶区体积/危及器官计划体积(PTV/PRV)照射边界的影响外，我们往往忽略了不确定性在治疗计划制定过程中的角色，但是3D剂量分布中的每个点都会受到多种不确定性的影响并且存在误差。以下列举了影响剂量分布的因素(并非全部)：
剂量计算的局限性(如密度异质性模型)
CT空间及密度分辨率的局限性
校准电子密度/质子阻止本领的CT数据
相互作用物理模型的局限性(如电离电势)
束流数据测定的不确定性(深度剂量曲线及束流宽度等)
设备输出参数的改变
与旋转机架角度相关的等中心点位置改变
束流位置不准确
治疗床摆位不准确
患者摆位不准确
治疗过程中患者解剖位置的改变
尽管上述因素对剂量分布的影响程度各不相同，但都会出现在质子治疗中，并且不会被完全消除。然而，目前的放疗却很大程度上忽略了这些因素，只在治疗患者前进行单一剂量分布的计算及评估。值得注意的是，在进行治疗效果及其相关参数分析时，这个剂量分布通常被想当然地认为就是在整个治疗过程中实际输送的剂量分布，但更合理的方法是将以上这些不确定性纳入治疗计划的评估过程。
其实这种想法由来已久。20世纪80年代，Michael Goitein教授首先提出了将不确定性纳入治疗计划制定过程的方法，但这些方法并没有被沿用下去。直至今日，日常的计划评估及数据分析大多只建立在单一、有代表性的剂量分布的基础上，并未考虑空间上的不确定性。
庆幸的是，或许由于质子治疗存在更多的不确定性(与光子放疗相比)，鲁棒性分析和鲁棒性计划制定的概念已成为质子治疗领域的热点话题。目前，不确定性在剂量分布及剂量-体积直方图中逐渐显现了价值，包括将不确定性直接纳入优化过程中(“鲁棒性优化”)。作者表示，针对质子治疗的不确定性仍有很多工作需要完成，并希望未来数年内能够将此作为研究的重点。
研发国际上认可的、体现空间不确定性的鲁棒性计算方法已成为首要的关注点，关于计算空间不确定性方法的文献数量众多。尽管很多人认为PTV的概念存在瑕疵，并且不同中心应用的照射边界各不相同，但PTV已经获得国际上的认可并广泛应用于传统治疗中。科研人员针对PTV的剂量进行了广泛的研究，同时提出了能够比较不同机构和研究间结果的指标，但这在鲁棒性计划制定中很难实现。首先是由于估算不确定性的计算方法不同；其次，针对治疗计划的鲁棒性，全球尚没有广泛接受的认可标准。
基于上述原因，科研人员正在研究关于鲁棒性与临床治疗效果的关系。当前，鲁棒性分析面临的一个问题是，对于任何新的衡量标准，分辨治疗计划的优(鲁棒性)劣(不确定性)都非常困难。例如，10%的最大剂量差异(85%置信区间内)算是可接受的鲁棒性吗？肿瘤靶区体积(GTV)的可接受范围或者能耐受这种不确定性的重要器官是什么？这些都是与临床工作人员讨论鲁棒性计算时经常遇到的问题，并且目前很难回答。但是，不回答这些问题就很难向前推进共识及临床应用。与其尽快将鲁棒性工具用于计划制定及(尤其是)优化过程，作者认为上述临床问题更应成为治疗计划鲁棒性研究的关注点。作者呼吁应该首先形成针对鲁棒性工具的共识，并将其应用于临床病例，以明确哪些是(或不是)临床可接受的鲁棒性阈值。完成这些工作后，才能够将治疗计划的鲁棒性以及其他不确定性真正用于临床。（质子中国 编译报道）
参考文献：Lomax A. What will the medical physics of proton therapy look like 10 yr from now? A personal view. MedPhys.2018;45(11):e984-e993.
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