摘要背景与目的:脊形滤波器(ripple filter,RiFi)是一种在粒子束治疗中展宽布拉格峰的被动能量调制器.1D-RiFi为波浪形结构,能将单能碳离子束流展宽至3 mm,而2D-RiFi采用二维沟槽结构,能将束流展宽至6 mm.本研究旨在以1D-RiFi为参照,通过对比水模体计划和临床患者计划,分析2D-RiFi在剂量分布优化、治疗效率提升及危及器官(organ at risk,OAR)剂量控制方面的潜在优势,评估其在临床中的可行性和实用性.方法:研究设计基于水模体和20例患者的碳离子治疗计划,分别使用1D-RiFi和2D-RiFi生成治疗计划.水模体计划采用80 mm×80 mm×80 mm的立方体靶区,射程分别为95、105、190和290 mm.从上海市质子重离子医院接受碳离子治疗的患者中,按照不同肿瘤部位的比例进行分层,随后采用计算机生成随机数的方法,通过简单随机抽样选取20例患者(6例头颈部肿瘤患者、4例前列腺肿瘤患者、4例肺部肿瘤患者、2例胰腺肿瘤患者、2例肝肿瘤患者和2例肩部肿瘤患者).重点分析靶区剂量均匀性指数(homogeneity index,HI)、剂量适形性指数(conformity index,CI)、临床靶区(clinical target volume,CTV)受到95%处方剂量的体积(V95)等剂量学指标,以及OAR剂量.统计比较两种RiFi计划所需的能量层数、束流时间和照射时间.所有数据均采用Wilcoxon秩和检验进行统计学分析,P＜0.05为差异有统计学意义.本研究已获得上海市质子重离子医院医学伦理委员会批准(伦理编号:240311EXP-01).结果:对于水模体计划,1D-RiFi计划的HI、CI、V95和平坦度分别为0.04±0.01、1.10±0.03、99.92%±0.06%和6.52%±0.61%,2D-RiFi计划的HI、CI、V95和平坦度分别为0.04±0.01、1.11±0.04、99.92%±0.06%和7.52%±0.81%.1D-RiFi计划末端挡块和侧向挡块的平均剂量分别为(1.34±0.43)Gy[相对生物效应(relative biological effectiveness,RBE)]和(0.98±0.05)Gy(RBE),2D-RiFi计划末端挡块和侧向挡块的平均剂量分别为(1.47±0.33)Gy(RBE)和(0.94±0.03)Gy(RBE).相比1D-RiFi,使用2D-RiFi的计划平均束流时间下降43%,能量层数平均下降48%.临床患者计划比较显示,1D-RiFi计划的HI、CI和V95分别为0.07±0.04、1.94±0.67和98.81%±1.61%,2D-RiFi计划的HI、CI和V95分别为0.07±0.05、1.95±0.70和98.79%±1.69%,结果差异无统计学意义(P=0.77、0.65和0.66).使用2D-RiFi时OAR的平均剂量略微增加(平均增加0.8%,P=0.62),但均满足耐受标准.使用2D-RiFi的临床患者计划能量层数下降45%～50%,平均下降48%;束流时间下降32%～49%,平均下降44%;照射时间下降28%～41%,平均下降36%.结论:使用2D-RiFi制定碳离子治疗计划可以获得与1D-RiFi治疗计划相同的靶区覆盖,OAR受照剂量虽略有增加,但均可满足临床要求.应用2D-RiFi可以显著减少碳离子治疗的能量层数、束流时间和照射时间,提高治疗效率.