在笔形束扫描中质子疗法可以治疗几乎所有肿瘤，而无需在束线上使用任何被动物体。强制使用无源光束修改器的唯一参数是最小能量。通常最小能量为70或100MeV，分别对应于4.1cm或7.5cm的水当量厚度。这意味着，对于不超过70MeV的最小可用能量，如果不使用预吸收剂，则无法治疗水当量深度小于4cm的肿瘤。此预吸收器由塑料放置在喷嘴出口窗口的前面。RS安装在可移动的“鼻孔”上，该鼻孔可减小RS与患者表面之间的气隙。使用RS时笔形束剂量计算算法不能准确估算剂量以及RS中产生并散射在束中的中子即使有基于蒙特卡洛的剂量计算算法，在大多数市售治疗计划系统中也没有考虑使用方向。其中一些将其吸收剂量的分数包括在能量平衡中。此外，较大的气隙意味着远离患者的散射源，从而使半影恶化并增加了确定患者剂量的不确定性。由于存在这些不确定性，介绍了一种仅在严格需要时才使用RS的技术，而标准技术则利用RS来照射整个体积。从这里开始，此方法将称为范围移位器优化方法。在这项工作中研究人员提出：该方法的完整说明；在治疗的计划阶段实现它的工作流程；在五个不同的临床案例中，对标准技术，鼻腔完全缩回的RSO方法和尽可能靠近患者表面提取鼻腔的RSO方法进行计划比较；比较这五种情况下每个患者的特定质量保证结果；用新技术估算交货时间的增加。这是第一项详细显示RS使用对PBS质子治疗的临床实例的影响的研究。
　　 质子治疗中心是基于回旋加速器的设施，其特征是在两个等心龙门室中将笔形束扫描作为独特的束传输技术。可用的最小能量为70MeV，并且在每个机架上都安装了可扩展的鼻孔。RS的物理厚度为3.61厘米，水当量厚度为4.1厘米，它由Lexan聚碳酸酯制成。为了说明所提出的计划方法的优缺点，将介绍这项工作中包括的五个患者案例。每位患者均采用单视野优化方法进行规划，剂量网格的分辨率为2mm3。RayStation允许使用笔形射束和蒙特卡洛剂量计算算法的临床版本。所用算法的选择会影响剂量计算的准确性。即使最近的出版物强调了其在剂量准确度上的弱点，笔形射束仍是目前使用最广泛的。研究人员在计划阶段使用了笔形束算法。对于患者特定的质量检查，蒙特卡洛算法重新计算了每个计划，以显示更可靠的代码可能对患者特定的质量检查结果产生的影响。
　　 使用“范围偏移器优化”方法的前提是要有一个病变，其中大于4厘米水当量厚度的体积至少要大于小于4厘米水的厚度。如果未验证此条件则不应用该方法，而是使用始终位于光束线中且RS始终为一条的单个光束。此条件可确保不使用范围移动器传递的能量层数大于或等于使用范围移动器传递的能量层数。如果不使用RS进行递送的层数比使用RS进行递送的层数少，则在递送时间方面，使用标准技术治疗患者会更加方便。如果上述条件得到验证，将优化RS的使用，以尽可能减少其使用。一旦确定了光束的布置，每个光束就会分为两部分：第一部分被限制在WET的0cm至4cm范围内，并利用RS。第二部分的深度限制为目标体积的4cm到远端，并且不使用RS。对于带RS的光束，研究人员将笔形光束的最大可交付放射线深度设置为等于4cmWET。放置光斑后，将两个光束一起优化，并通过优化算法将其视为一个光束，以实现均匀的剂量分布。
　　 为了评估不同技术对不同风险器官的影响，选择了五种不同的肿瘤病变，并在两个不同的位置在眼睛和肾脏区域：腰椎脊索瘤，副神经节瘤，髓母细胞瘤，脑膜瘤和骨肉瘤。针对每种情况，优化了三个计划：
　　 标准计划：未使用RSO方法，并且当需要RS时，它总是在射线束上，并尽可能靠近患者表面。最大气隙计划：使用RSO，但未提取RS。最小气隙计划：使用RSO，并且将RS提取到尽可能靠近患者表面的位置。研究人员优化了每个计划，以使每种技术的目标覆盖范围相同。研究了使用RSO方法对计划质量和PSQA结果的影响以及RS与等中心线距离的减小。报告了处方的详细说明，计划参数以及每种方法的交货时间估计。
　　 这是经颅脊髓照射治疗的儿童肿瘤。集中在脊椎靠近肾脏和在靠近眼睛和大脑区域的区域筛板。详细介绍此规划技术中使用的光束布置。对于前11个椎骨部分并以每部分1.8GyRBE治疗全脑。对于其他9个部分，仅使用相同的分离方案治疗椎管和整个大脑。在治疗结束时，椎体接受19.8GyRBE，而大脑和脊髓接受36GyRBE。本研究考虑的OAR是肾脏和晶状体。在计划阶段，主要目标是覆盖目标，包括大脑中的筛状板，同时尽可能减少晶状体的剂量。当向患者提取RS时，用于大脑照射的后倾斜光束和侧斜光束的最小鼻子到等中心点距离分别为33.0cm和36.0cm。气隙分别为11.0和1.0cm。对于后梁，由于几何碰撞，不可能将其靠近患者。后束在脊柱下部的最大深度为15.37cm，而在脑部的最大深度为26.24cm。
　　 一旦计划被临床医生批准，就可以通过执行PSQA程序进行剂量学验证。此过程的一部分在于在均质的水当量幻像折叠的龙门和卧榻角传送每个光束，并在每个场的高剂量区域中至少在每个视野三个深度处测量平面剂量分布场。特别是对于脊索瘤病例，在2、8和14cm处进行测量，对于副神经节瘤病例，在2、4和6cm处进行测量，对于髓母细胞瘤，在2、4和8cm处进行测量，对于脑膜瘤，在2、4、6和10cm处进行测量，而对于2、4、6和10厘米处的骨肉瘤。通过3％，3mm一致标准的分析，将这些测量结果与TPS计算进行了比较。合格率的接受阈值为90％。使用TPS中可用的蒙特卡洛剂量计算算法重新计算了所有PSQA。使用的剂量网格大小和分辨率与笔形束算法相同，统计不确定度设置为0.5％。RayStation6中的统计不确定性定义为剂量大于最大剂量所有体素的平均统计不确定性。
　　 对于副神经节瘤病例，没有明显的差异可以被强调。唯一具有显着剂量差异的OAR是甲状腺，在最大气隙的RSO计划中，D1增加了约8GyRBE。显示了标准方法与两个RSO计划之间在轴向平面上的剂量差异方面的比较。最大剂量差异达到约6GyRBE。同样明显的是，与其他两个计划相比，RSO计划在颈部的底部区域具有更大的气隙，从而获得更多的剂量：高达6GyRBE。对于髓母细胞瘤的情况下一个显著减少剂量d1的到透镜和平均剂量对肾脏是明显的。在外侧半影区域内的靶标周围剂量降低了6GyRBE。与其他两个计划相比，具有最大气隙的RSO计划再次显示增加了表面剂量。脑膜瘤病例显示在两个RSO计划中脑干的最大剂量显着减少，因为它位于目标的深处和侧面。耳道和腮腺靠近表面，在RSO计划中显示最大剂量且气隙最大。在这三个计划中，视神经没有显示出任何显着差异。当同时使用两个RSO计划时脑干区域的重要剂量减少，以及具有最大气隙的RSO计划在表面上的剂量增加。
　　 脊髓的最大剂量相对减少了，因为它位于靶标的深处和侧面，而收缩器平均剂量则减少了3GyRBE以上。突出了脊髓区域中的剂量减少。对于脊索瘤，髓母细胞瘤和骨肉瘤病例，使用笔形束算法执行的标准计划给出的合格率结果极低，与其他技术相比，标准差较高。蒙特卡洛结果在每种情况下均显示出非常好的结果。研究人员提出了一种针对PBS质子辐照的新计划技术，该技术可在需要治疗浅部病变时使用。范围移位器优化技术旨在在交付过程中尽可能减少能量衰减器的使用，以最大程度地减少与该设备相关的侧影的退化。研究人员使用笔形束算法对所有情况进行了计划，因为它是使用最广泛的剂量引擎，并且使用此方法的任何人都可以得到更通用和更有用的结果。对于两种情况，蒙特卡洛算法来表明名义计划质量不受剂量引擎的影响。由于使用RS会导致一些剂量计算问题，因此减少使用RS的技术使批准计划的剂量分布更加可靠和现实。通过RSO方法，可以尽可能减少RS的使用，并减少与剂量计算精度有关的所有问题。
　　 这项工作的剂量学结果表明，该技术的优势对OAR剂量没有太大影响。特别是分析了D1的器官，研究人员发现除了脑膜瘤病例的脑干和骨肉瘤病例的脊髓外，每种病例在临床上均无显着差异。这两个器官在RSO计划中显示出剂量减少，因为它们位于目标的深侧。分析了平均剂量的器官腰脊索瘤病例，脑膜瘤病例的耳道和腮腺以及骨肉瘤病例的缩窄术似乎受RSO技术的影响更大。在标准计划中使用RS的物理作用导致了较大的半影，从而增加了目标外的剂量。这里提出的RSO方法可以减少肿瘤外的剂量，而不会影响靶标覆盖率。对特定OAR的剂量效应在很大程度上取决于患者的解剖结构：如果没有OAR位于靶标的深侧，则使用RSO方法不能突出临床相关差异：脑膜瘤和骨肉瘤病例突出显示D1降低由于它们相对于靶标的深侧向位置，分别位于脑干和脊髓上。在副神经节瘤和骨肉瘤的情况下，脑干的D1不受RSO方法的影响，因为它不在靶标的外侧。腰椎脊索瘤和髓母细胞瘤的肾脏和晶状体平均剂量降低，而骨肉瘤的收缩器平均剂量降低。
　　 RSO方法在最大和最小气隙之间的剂量学差异。如果存在较浅的OAR，则气隙最大的RSO计划可能比标准计划差，因为病变的浅部的半影侧变大，这是由于巨大的气隙。因为在几乎所有计划中，局部剂量差异都显示出较高的表面剂量。腰椎脊索瘤和髓母细胞瘤没有证据表明存在这种差异，因为使用后束穿过沙发无法扩展鼻腔由于几何限制，更接近患者。这使得RSO计划的两个版本非常相似。当有必要获得一种具有RSO方法在侧半影方面优势并且足够快以保持患者依从性的计划时，具有最大气隙的RSO计划将成为一种有效的选择。另一方面，这些结果证实了在使用RS和使用笔形束算法进行剂量计算时需要尽可能降低气隙的必要性。
　　 研究人员还针对每种治疗计划调查了该技术对PSQA结果的影响。唯一的PR得分低于90％的质量检查属于标准计划。就像在许多其他商用TPS中一样，RS被视为患者的扩展，即不使用带有RS的专用波束模型。因此，笔形光束跟踪从范围移动器的入口开始。这意味着，当光束到达患者表面时，光束的展宽可能会非常显着，并且在存在横向不均匀性时，由无限平板近似引起的剂量误差可能会很大。用该剂量引擎重新计算的PSQA证明了蒙特卡罗剂量计算算法可以最大程度地减少此问题，正如先前的论文所建议的那样。即使MonteCarlo可以解决剂量计算问题，当使用RS时，该方法仍然有效且对提高笔形束扫描质子治疗的计划质量有用。范围移位器优化技术对交付时间的影响。加载两根光束而不是一束，插入和移除RS并移动管嘴以减少气隙将不可避免地增加交货时间。在最坏的情况下，这种增加几乎是标准计划交付时间的2倍。研究人员认为这是计划质量改善的可接受的延迟，但是，对于不符合长期治疗的患者，必须考虑这一延迟。
　　 提出了一种新颖的计划方法，以尽可能减少使用笔形束扫描传输技术进行质子治疗中的距离移位器。使用研究人员的方法，仅在严格需要肿瘤的区域使用预吸收剂。这种计划方法可以提高计划的质量和针对特定患者的QA结果。唯一的缺点是分娩时间的增加，就患者依从性而言仍然可以接受。