癌症是威胁人类生命健康的最重大的疾病之一。2017年世界卫生组织公布的统计数据显示,在2015年全球5600万例死亡患者中,由癌症导致死亡的为880万例,占总死亡人数的1/6。全球每年有1400多万的新增病例,到2030年预计新增病例将高达2100万例。

在全球184个国家和地区中,中国已成为新增癌症病例最多的国家,并且发病率和死亡率在持续上升。2015年全国新增癌症病例大约有429.2万例,死亡病例281.4万例。因此,防癌治癌问题是关系到国民生存的重大问题。

癌症治疗手段主要包括手术治疗、放射治疗和化学药物治疗。世界卫生组织统计显示,3种治疗手段对癌症治疗有效率分别为27%、22% 和6%。放射治疗是利用高能放射线杀死癌细胞,使肿瘤缩小或消失来治疗肿瘤。随着医疗技术水平的发展,放射治疗越来越精准化,因此备受人们的关注与认可。


肿瘤治疗的根本原则和理想目标是在尽量不损伤健康组织的前提下实现肿瘤局部控制率TCP的最大化,并且提高患者在治疗后的生存质量。粒子治疗被誉为面向21世纪最理想的放疗技术。

什么是粒子(质子和重离子)治疗

质子和重离子都是带电粒子,与X射线、γ射线、电子线等传统光子射线不同,具有一定能量的质子或重离子射入人体,射线在到达肿瘤病灶前,能量释放不多,但到达病灶的瞬间,释放大量能量,这种被称为“布拉格峰”的能量释放,实现了对肿瘤的“立体定向爆破”,杀灭肿瘤细胞之时,有效保护正常组织。通过改变离子束能量,可以调整布拉格峰的位置,从而精准地照射不同深度的肿瘤细胞。

Dose deposition at depth for 6 MV photons, protons, and carbon ions.

质子治疗的原理


质子治疗是氢原子核中的质子通过粒子加速器形成质子束释放高能量射线的治疗。由于布拉格峰的特性,质子治疗可以有效地控制对肿瘤周围正常组织的不良影响,比X射线带来的副作用要少许多,且定向照射的效果极佳。

质子治疗主要适应症


1/ 不可切除或不完全切 除的局部侵犯性肿瘤,靠近重要的正常组织结构,如眼黑色素瘤、低级别的颅底和椎体肉瘤、某些耳 鼻喉肿瘤(如腺样囊性肿瘤);
2/ 对辐射耐受性差的肿 瘤,主要是儿科恶性肿瘤等。

重离子治疗原理


放射线中比电子重的被称为粒子线,比氦离子线重的被称为重粒子线。重粒子线的放射线治疗,最常见的是使用碳离子。重粒子线治疗技术可按照肿瘤病灶的形状和位置(深度),用加速到约光速的70%的重粒子(碳离子)线进行集中照射,攻击体内深处的癌细胞。另外,碳离子射线除了与质子有相同的物理剂量分布之外,还具有更强的 放射杀伤效应。碳离子对抗拒光子治疗的肿瘤细胞, 杀伤效应是光子射线的2~3倍。

一般而言,带电粒子质量越大,在射入介质过程中能量损失的速度越快。因此,碳离子的LET要高于质子,属于高LET射线。
大分割技术常用于碳离子治疗,增加肿瘤接受剂量的同时,最大程度保护危及器官,极大缩短了治疗的总时间。
重离子治疗(碳离子)最受公认的适应症

不可手术的、对辐射高度抵制的且大量乏氧细胞存在的肿瘤,如黏 膜恶性黑色素瘤、高级别的骨和软组织肉瘤和胰腺癌等。

质子治疗案例

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接受局部乳房质子治疗的早期乳腺癌患者,实现安全可靠的保乳治疗。


左图为PBPT治疗患者的剂量分布。目标体积以红色圈出。病人俯卧位置,未经治疗的乳房被压缩离开波束。心脏,肺部和未经治疗的乳房没有放射线


文献出处:

Improved long‐term patient‐reported health and well‐being outcomes of early‐stage breast cancer treated with partial breast proton therapy. Cancer Medicine. 2018;7:6064–6076.

重离子治疗案例

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粒子治疗恶性神经胶质瘤的早期经验


右图为胶质母细胞瘤患者(62),接受了碳离子增强治疗与标准质子治疗。(A)辐射计划和剂量分布图随访磁共振图像,(B)治疗前(Pre-RT),肿瘤残留显示为T1对比度增强的异常信号和18 F-氟乙基酪氨酸摄取量较高;放疗后1个月(1M post-RT)肿瘤残留缩小;放疗后4个月(4M post-RT)出现手术切缘的病灶信号增强;放疗后6个月(6M post-RT)肿瘤缩小,期间继续替莫唑胺化疗,被认为是伪进展;放疗10个月(10M post-RT)出现局部复发。


文献出处:
Kong L,Wu J,Gao J,et al. Particle radiation therapy in the management of malignant glioma: Early experience at the Shanghai Proton and Heavy IonCenter [J]. Cancer, 2020. DOI: 10. 1002 / cncr. 32828