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    当前世界各国多数肿瘤治疗中心所使用外放疗装置是兆伏特级高能光子和电子,射线在射入机体组织时,肿瘤旁正常组织受量均高于肿瘤所受剂量,即便采用三维适形或调强放疗技术肿瘤旁正常组织仍受到较高的剂量。肿瘤周围重要器官和组织(如脑、脑干、腮腺、颞颌关节、脊髓、气管、肾脏、膀胱和直肠等)受到辐射,可能产生一定的近期和远期并发症和后遗症。这些放射并发症和后遗症,不但严重影响患者生存质量,且也使患者为治疗这些并发症而不得不付出昂贵医疗费用。有时为了使肿瘤周围正常器官和组织的受照射量不超过其所允许耐受剂量,不得不减低肿瘤照射剂量,致使肿瘤局部控制率降低。

1.质子辐射特点:

    质子照射组织时产生的相对生物效应(RBE)为1.1,和光子相似或略高于光子。但质子有其独特的物理学特点:(1)质子的质量较大,侧向散射小;(2)一定能量的质子束进入人体组织时,在一定深度会产生一个急剧上升的Bragg峰;在形成Bragg峰之前,是一个低平坦段,而在Bragg峰后面,其能量则骤降为零;Bragg峰的深度是能量依赖的,因此通过调节质子射束能量,并且按不同肿瘤大小恰当地扩展峰的宽度,可使高量区集中在不同深度和大小的肿瘤部位(图1)。

质子治疗特点及国内外进展(图1)

图 1  不同能量的电子线、X线和质子束的百分深度量曲线

2.质子治疗肿瘤优势:

  (1)即使只用一个照射野,肿瘤前方的正常组织所受到的照射剂量也明显地低于肿瘤所受到的剂量,而肿瘤周围和后方组织所受剂量几乎为零,因此可简化放疗计划的设计;(2)质子在达到肿瘤靶区途径中,所经过的某些重要器官和组织受到照射剂量比光子低得多,因此有更多投照角度可供选择;(3)质子治疗也可采用三维适形和调强放疗技术。用质子做三维适形和调强放疗计划设计时,所需照射野比光子和电子的少得多。因此可降低体内正常器官和组织受到照射的总的体内放射积分量,以减少正常器官和组织损伤和因放射治疗引起的第二个肿瘤几率,这一点在儿童肿瘤治疗中尤为重要。

3.国外质子治疗发展概况:

    1946年Wilson首先提出质子医学应用设想。1954年Tobias等人在美国加州大学Lawrence Berkeley实验室(LBL)进行世界上第1例质子治疗。此后瑞典Uppsala大学(1957年)、美国哈佛回旋加速器实验室(HCL、1961年)、前苏联(Dubna、莫斯科、Gachina研究所,1968—1975年)相继开展了质子治疗的临床研究。美国麻省总医院(MGH)和哈佛回旋加速器实验室(HCL)(1975年)联手用质子治疗眼球脉络膜黑色素瘤、颅底软骨瘤、脊索瘤、前列腺癌。日本国立放射医学研究所在1979年开始也进行了肿瘤质子治疗。20世纪80年代后期开始,日本筑波大学质子医学研究中心(PMRC),在肝癌、食道癌、肺癌等内脏器官肿瘤上做了大量临床研究工作。此后,又有瑞士、瑞典、英格兰科学家们加入这一研究行列。以上所述质子治疗都是利用高能物理实验室装置,体积庞大、费用昂贵。1991年美国Loma Linda大学医学中心(LLUMC)首先启用了专为医学设计的质子装置。此装置体积大为缩小,费用也明显减低,且适用于不同部位肿瘤照射,正式宣告质子治疗进入临床医学领域,使这一技术发展向前迈进了一大步。1986年成立了第一个国际性粒子治疗协作组(particle therapy co-operative group,PTCOG),每年召开二次会议,从2007年开始改为每年一次,进行世界范围内的质子课题合作研究。根据PTCOG 2006年04月底公布的材料,目前已有美国、日本、俄罗斯、德国、瑞士、瑞典、英国、法国、南非、加拿大、意大利、中国的26个中心正在开展质子治疗工作,已治疗患者41,000余例。美国Loma Linda大学医学中心网站报道,该中心从1990年10月开始治疗第1例至2006年4月底已用质子治疗了10,872例患者。目前正在筹建质子装置的尚有美国、德国、瑞典、韩国、意大利、南非、法国、澳大利亚的13个质子治疗中心。

4、质子治疗在中国的发展概况:

    我国肿瘤学界非常重视质子治疗技术发展,20世纪90年代初期开始,我国陆续有医师、物理研究人员到美国、欧洲、日本等国学习质子治疗的临床、基础和物理等技术或攻读博士学位及从事博士后研究。1995年国家科委启动了国家攀登计划“核医学与放疗中先进技术的基础研究”,明确了中国发展先进放疗技术基础研究的战略,论证了在中国发展质子治疗技术的必要性和可行性。

    为进一步促进该技术在中国的发展,1999年中国科学院高能物理研究所质子治疗技术研究组邀请了部分专家撰写了《质子治疗技术基础》一书,着重介绍了质子治疗技术的有关基本原理、治疗装置、计算方法和有关技术。2004年北京质子医疗中心(筹备处)组织了肿瘤医学、高能物理、医学工程、环境保护、辐射防护等领域的专家编写了《肿瘤质子治疗学》一书,旨在使国内放射肿瘤学界学者们,全面了解质子治疗发展历史、有关物理学和生物学基础、治疗装置及临床治疗结果。国内有数个单位正在积极地考虑筹备质子装置建立。1989年兰州近代物理所建立了兰州重离子研究装置,1995年开始了重离子治疗肿瘤的研究工作。2004年11月,国内第1台医用质子治疗系统在山东淄博万杰医院建成并应用于临床,质子束能量在70MeV-230MeV之间连续可调,有Gantry和水平固定束两个治疗室。至今已治疗2000多例肿瘤患者。该院有两位医师参加了2005年12月在德国召开的第43届国际粒子治疗肿瘤协作组会议(PTCOG),并报告论文,得到好评。在这次会议中,有5个国家(美、中、意、韩、德)提出了对2007年的第46届PTCOG 会议的主办权申请,经过激烈的角逐,大会组委会决定该次大会在我国山东淄博市召开。这将对我国质子治疗工作有很大的促进作用。 

5、质子和光子放疗肿瘤性价比:

    由于质子治疗肿瘤具有上述放射物理学特点,从理论上来说,凡是适合放疗患者,均可进行质子治疗。2005—2006年欧洲国家连续发表了至少5篇文章,对乳腺癌、前列腺癌、头颈部肿瘤、儿童髓母细胞瘤和眼内黑色素瘤等用质子和光子放疗进行了性价比分析,认为由于质子治疗肿瘤的并发症低,考虑到以后处理放射性并发症所需支出的总医疗费用,特别是对于儿童髓母细胞瘤,质子治疗所需付出的总医疗费用要比光子低。


    总之,质子是一种新型的放疗装置,和目前广泛使用的高能光子和电子相比,质子能使放射线的能量更好地集中在所需要治疗的肿瘤靶区,而避开周围的正常器官和组织。因此可使肿瘤得到足够剂量照射,提高肿瘤局部控制率,同时可大大降低正常器官和组织放射并发症。在用质子治疗肿瘤时,高剂量区和低剂量区的界限比光子更明确,因此对靶区勾画、放疗计划设计、体位固定、质量控制和质量保证等要求均需更为严格。


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