本文由Qi-Bin Fu、Yan Zhang、Yu-Cheng Wang、Tu-Chen Huang、Hong-Yu Zhu和Xiao-Wu Deng等作者共同完成，分别来自中山大学中法核工程与技术学院以及中山大学肿瘤防治中心。该研究于2024年9月21日发表在《Nuclear Science and Techniques》期刊上，题为《Systematic Analysis and Modeling of the Flash Sparing Effect as a Function of Dose and Dose Rate》。研究得到了中国国家重点研发计划（2022YFC2402300）和国家自然科学基金（12075330）的支持。

研究背景

超高剂量率放射治疗（Flash Radiotherapy, Flash-RT）是一种革命性的放射治疗技术，能够在保持肿瘤控制效果的同时减少对正常组织的损伤。尽管已有一些定性的实验结果报道，但关于Flash效应的定量和系统性分析仍然不足，尤其是Flash效应对剂量和剂量率的响应模型尚不明确。本研究旨在通过分析已发表的动物模型实验数据，探讨Flash效应与实验参数（如剂量、剂量率等）之间的关系，并建立相应的数学模型。

研究方法

研究首先通过Web of Science和PubMed数据库对1950年以来的文献进行了系统性检索，筛选出40篇相关文章，提取了131项实验数据。数据涵盖了不同组织（如脑、小肠、皮肤）和不同观察终点（如认知功能、肠隐窝存活、皮肤毒性等）。研究采用逻辑回归分析，基于Sigmoid函数对数据进行了建模，并通过预测准确率、接收者操作特征曲线（ROC曲线）和曲线下面积（AUC）对模型进行了评估。

研究结果

1. 剂量率因素：研究发现，Flash效应与剂量率密切相关。对于脑组织，触发50%认知保护概率的剂量率为45 Gy/s；对于小肠组织，触发50%肠隐窝存活和再生概率的剂量率为140 Gy/s。皮肤组织的剂量率数据不足，无法进行类似分析。

2. 剂量因素：研究还发现，剂量是影响Flash效应的另一个重要因素。对于皮肤组织，触发50% Flash效应的剂量为24 Gy。研究还指出，剂量过高会导致毒性增加，从而削弱Flash效应。

3. 其他因素：除了剂量和剂量率，Flash效应还受到观察终点、实验对象个体差异、照射区域等因素的影响。例如，不同观察终点（如急性毒性和纤维化）的Flash效应强度不同，且照射区域的大小也会影响Flash效应的表现。

研究结论

本研究通过系统性分析已发表的动物模型实验数据，揭示了Flash效应与剂量、剂量率、组织类型和观察终点之间的复杂关系。研究结果为优化Flash-RT实验提供了重要参考，并为未来临床应用的广泛推广奠定了基础。然而，现有数据仍存在局限性，未来需要进一步研究脉冲剂量、照射体积、分次剂量等因素对Flash效应的影响。

研究亮点

1. 系统性分析：本研究首次对Flash效应进行了系统性定量分析，填补了该领域的空白。
2. 数学模型：研究通过逻辑回归分析建立了Flash效应与剂量、剂量率之间的数学模型，为后续实验设计提供了理论依据。
3. 多因素分析：研究不仅关注剂量和剂量率，还探讨了组织类型、观察终点、实验对象个体差异等多因素对Flash效应的影响，具有较高的学术价值。

研究意义

本研究为Flash-RT的临床应用提供了重要的理论支持，有助于优化实验设计和治疗方案。通过揭示Flash效应的触发条件，研究为减少放射治疗对正常组织的损伤、提高治疗效果提供了新的思路。此外，研究还为未来开发新型Flash加速器技术、在线剂量监测和治疗计划系统提供了参考。