引言：攻克癌症治疗中的时间挑战
碳离子治疗作为一种尖端的肿瘤放射治疗技术，因其独特的物理和生物学优势，正被越来越广泛地应用于临床。它能将能量精准地释放在肿瘤部位（即“布拉格峰”效应），从而有效杀灭癌细胞，同时最大程度地保护周围的正常组织。然而，为了实现对整个肿瘤区域的均匀覆盖，治疗过程需要叠加多个不同能量的碳离子束，这使得治疗时间相对较长，不仅考验患者的耐受性，也可能因患者的微小移动而影响治疗精度。
为了解决这一难题，一种名为脊形滤波器（Ripple Filter, RiFi）的被动能量调制器应运而生。它能够有效展宽布拉格峰，减少所需的能量层数，从而显著缩短治疗时间。近期，一项关于新型2D脊形滤波器（2D-RiFi）的研究，为进一步提升碳离子治疗的效率带来了新的希望。
1. 什么是脊形滤波器（RiFi）？1D与2D有何不同？
脊形滤波器（RiFi）是一种放置在粒子束路径上的特殊装置，通过改变粒子束的能量分布，使其布拉格峰在深度方向上得到展宽。目前临床上常规使用的是1D-RiFi，而最新的2D-RiFi在设计上进行了重要革新。
- 1D-RiFi： 采用一维沟槽的波浪形结构，能将碳离子束的布拉格峰展宽约3毫米。
- 2D-RiFi： 采用创新的二维网格状沟槽结构，无需额外的基层支撑，能将布拉格峰展宽至6毫米，展宽效果是1D-RiFi的两倍。
图1：2D-RiFi与1D-RiFi结构对比及对碳离子束流的影响
2. 临床研究证实：2D-RiFi显著提升碳离子治疗效率
为了验证2D-RiFi在临床应用中的可行性和优势，上海市质子重离子医院的研究人员进行了一项对比研究。研究纳入了20例接受碳离子治疗的患者，涵盖了头颈部肿瘤、前列腺癌、肺癌、胰腺癌、肝癌等多种癌症类型。研究人员分别为这些患者设计了使用传统1D-RiFi和新型2D-RiFi的两套治疗计划，并对关键指标进行了比较。
研究结果令人振奋，数据显示，与使用1D-RiFi的计划相比，采用2D-RiFi的治疗计划在效率上实现了巨大飞跃：
- 能量层数平均下降48%（范围在45%-50%之间）
- 束流时间平均下降44%（范围在32%-49%之间）
- 总照射时间平均下降36%（范围在28%-41%之间）
这意味着，通过应用2D-RiFi技术，原本需要较长照射时间的碳离子治疗过程可以被大幅缩短，极大地提高了治疗效率。
3. 治疗效果与安全性：2D-RiFi表现如何？
提升效率的同时，能否保证治疗效果和安全性是患者最为关心的问题。该研究同样对此进行了严谨的评估。
靶区覆盖率与剂量分布
研究对比了两组计划的剂量均匀性指数（HI）、适形性指数（CI）和靶区覆盖率（V95）等核心剂量学参数。结果显示，2D-RiFi计划与1D-RiFi计划在这些关键指标上没有统计学差异。这表明，2D-RiFi在大幅提升效率的同时，能够实现与传统方案同样精准、有效的肿瘤靶区覆盖。
图2：患者治疗计划中关键指标（HI, CI, V95）对比
对周围危及器官（OAR）的影响
在保护正常组织方面，研究发现使用2D-RiFi的计划对周围危及器官的平均剂量有轻微增加（平均约0.8%），但这一增幅没有统计学意义，且所有器官的受照剂量均远低于临床耐受标准，安全性得到了充分保障。
图3：不同肿瘤部位患者的剂量体积直方图对比（实线为1D-RiFi，虚线为2D-RiFi）
4. 缩短治疗时间对癌症患者的深远意义
对于接受放疗的癌症患者而言，治疗时间的缩短不仅仅是节省时间，更意味着多重临床获益：
- 提高患者舒适度和耐受性：更短的治疗时间可以减轻患者在治疗床上的不适感和心理压力。
- 提升治疗精准度：对于肺癌、肝癌等受呼吸运动影响的肿瘤，缩短照射时间有助于患者更好地保持体位稳定，减少因器官运动带来的不确定性，从而提高治疗的精准性。
- 增加治疗可及性：治疗效率的提升意味着医疗机构每天可以为更多患者提供治疗，缩短患者的等待时间，让更多人能及时获得先进的碳离子治疗。
结论
总而言之，这项临床研究有力地证明了2D脊形滤波器（2D-RiFi）在碳离子治疗中的巨大应用潜力。它能够在不牺牲治疗效果和安全性的前提下，显著减少治疗所需的能量层数，将总照射时间缩短超过三分之一。这项技术的应用，无疑将使碳离子治疗变得更高效、更舒适、更精准，为广大癌症患者带来更优的治疗体验和选择。
