NPL 的科学家们开展了一系列项目，旨在显着提高一种称为质子束放射治疗的放射治疗的准确性。这种疗法的好处包括更精确地靶向癌症肿瘤，而不损害周围的健康组织。它极大地减少了放射治疗的不良副作用，特别是对于儿科患者，包括心力衰竭、肺纤维化和继发性癌症。

质子束放射治疗被认为是优于现有放射治疗形式的选择，因为放射可以主要局限于肿瘤，从而最大限度地减少对周围健康组织的损害。但为了充分利用治疗效果，质子束治疗的辐射剂量的准确性必须与现有放射治疗所达到的剂量相似。

为了实现这一目标，NPL团队取得了三项重要突破：

• 生产自己的高精度工具，用于测量和确保辐射剂量，称为初级标准质子热量计 (PSPC)
• 开发新的组织等效塑料材料，在测试阶段精确模仿人体组织，如骨骼和肌肉
• 进行开创性的测量来展示一种称为 FLASH 的新型放射治疗

准确测量质子放射治疗的吸收辐射剂量

为了最大限度地提高质子放射治疗中辐射剂量测量的准确性和一致性，NPL 开发了初级标准质子量热仪（PSPC）来直接测量质子放射治疗束中吸收的辐射剂量。

辐射剂量测量总是带有一定程度的不确定性，但根据国际放射治疗剂量测定实践守则 (TRS-398) 的报告，NPL 的 PSPC 将这种不确定性降低了一半以上（0.9%，而不是 2.3%），使其更加准确比现行国际协议。

通过 PSPC，NPL 确保接受质子放射治疗的癌症患者在不同的治疗设施中接受一致且准确的放射剂量。这提高了成功治疗肿瘤的机会并减少了向患者输送剂量的变异性。

随着英国和其他地方质子束放射治疗中心数量的增长，在它们之间保持一致和准确的剂量输送变得越来越重要。NPL 的 PSPC 是实现这一目标的关键工具，确保癌症患者获得最佳治疗。

新测试材料精确模仿人体组织

NPL 团队还开发了开创性的新型塑料材料，可以模仿人体骨骼和肌肉组织的辐射特性，用于光子成像和质子束治疗。现有的测试材料在质子治疗剂量测定中产生很大的不确定性，导致“范围”的相对差异高达 8%。因此，这些现有材料不能用于为质子治疗剂量测定提供准确的质量保证测量。

相比之下，NPL 开发的新材料在 1% 至 2% 的精度内非常模仿质子束中的人体组织特性：这使得它们在用于支持复杂质子治疗计划和临床试验的辐射剂量测量时更加有效。这种新型组织模拟材料已被用来开发一种模拟头颈部患者进行放射治疗的装置。这项研究已发表在《医学与生物学物理学》上。

这种塑料装置非常有用，因为它使临床中心能够检查和测试质子治疗的实施情况，而无需真正的患者。该设备具有内部探测器，使用户能够进行剂量测量，并将其与治疗计划软件的预测值进行比较。这些测试使临床中心对向患者提供质子治疗充满信心。

确定新型超高剂量 FLASH 放射治疗技术的理想剂量

NPL 科学家利用开创性的测量技术，测量并标准化了一种潜在革命性质子束放射治疗（称为 FLASH）的理想最佳吸收剂量。

新的 FLASH 放射治疗 (RT) 治疗与现有技术一样有效，而且还可以防止对健康组织造成不必要的损害，并大大缩短儿科患者在医院的时间。

与传统放疗相比，FLASH 治疗可以更少甚至单次进行，传统放疗通常在大约六周的时间内分次进行，患者必须每天去医院。

准确的剂量测定对于避免可能导致患者接受不正确辐射剂量和成功治疗机会的错误至关重要。目前，任何形式的放射治疗都会导致不必要但不可避免的辐射沉积到目标肿瘤周围的健康组织。研究表明，使用超高剂量率 (UHDR) 辐射治疗可以显着保护健康组织，同时在控制肿瘤方面至少与常规剂量率治疗一样有效，这就是所谓的“闪光效应”。

NPL 的突破导致 2020 年 11 月在美国俄亥俄州辛辛那提儿童医院质子治疗中心进行了首次 FLASH RT 人体临床试验，涉及 10 名患者。NPL 团队的研究结果于 2 月发表在科学杂志《Scientific Reports》上标题为“闪光质子笔形束扫描放射治疗的绝对剂量测定”。

NPL 高级科学家 Ana Lourenço 表示：“我们正在与医学物理与工程研究所 (IPEM) 合作，制定质子束参考剂量测定的新实践规范 (CoP)。即将推出的 IPEM CoP 将利用NPL PSPC，并为质子治疗束提供直接吸收剂量到水的校准服务。

“这一重大进展将减少剂量输送的不确定性，确保最佳的肿瘤控制并提高质子治疗的准确性。CoP 支持的一致标准的建立不仅将使治疗机构内和治疗机构之间的患者受益，而且还为质子治疗的发展奠定了基础质子治疗的临床试验。”

NPL 科学领域负责人 Russell Thomas 表示：“我们 NPL 的团队被广泛认为是质子剂量测定领域的世界领导者，多年来我们一直致力于对此类束剂量测定的基本方面有更深入的了解，最终我们开发了专门针对质子放射治疗的专用主要标准。

“在此基础上，我们能够进一步完善对诊所使用的电离室响应的理解。除此之外，我的团队还制定了诊所审计方案，这是确保患者得到最佳治疗的一个重要方面，并且我们专门开发了自己的材料来模拟质子束中组织、骨骼等的反应。我很荣幸能够领导这样一支敬业且才华横溢的科学家团队，他们的工作对帮助改善结果和质量产生了真正的影响癌症患者的生活。”

高等科学家汉娜·库克 (Hannah Cook) 表示：“质子治疗剂量测定和审核开发是非常有趣且有价值的研究。我们工作的目的是为英国和世界范围内提供质子治疗的临床中心提供信心，希望进一步推动质子治疗的发展。 ”改善癌症患者的治疗效果。”