（接上文）
二、质子、重离子技术介绍
2.1质子及治疗简介
什么是质子？
质子(proton)是一种带1.6×10-19库仑(C)正电荷的亚原子离子，直径约1.6~1.7×10?15m，质量是百万电子伏特/c2(MeV/c2)，即1.（83）×10-27千克，大约是电子质量的.5倍（电子的质量为9.10215（45）×10-31千克），质子比中子稍轻（中子的质量为1.（84）×10-27千克）。质子属于重子类，由两个上夸克和一个下夸克通过胶子在强相互作用下构成。原子核中质子数目决定其元素的种类和它属于何种化学元素。
什么是质子治疗？
质子治疗是用质子加速器产生高能质子束，在精确控制下摄入人体，将能量准确地释放到病变部位，达到治疗效果的方法。
u质子射线具有的物理学特征包括：
第一、质子射线在进入体内时剂量释放较少，而达到射程终端时，能量全部释放，形成布拉格峰，而在其深部的剂量近于零。
（各种放射线在活体内的剂量分布）
（注：布拉格峰是荷能带电离子在穿越物质损失能力的过程中，能量损失率会在其射程末端形成一个峰。）
第二、质子射线的线性能量传递（LET）仅略高于X线，属于低线性能量传输射线（LET），所以其相对生物效应（RBE）与传统射线相差不大。对细胞DNA的损害绝大部分是DNA的单键断裂，因此存在亚致死放射损伤和潜在放射损伤的修复。
第三、质子射线杀灭肿瘤仍依赖于氧的效应，对缺氧细胞的消灭效应较差，即氧增比（OER）大。
注：（传能线密度（linearenergytransfer，LET）是离子在物质中单位距离上的能量损失）
（不同类型的辐射产生的生物学效应有明显差别，在放射生物学中通常用相对生物学效应（RBE）表示这种辐射损伤的程度）
（REB与LET成函数关系，随着LET增大，REB缓慢增加，当LET超过10keV/μm时，REB上升加快，RBE在keV/μm达到最大值。当LET继续增加，RBE反而下降，表明更多地射线能量不能用于生物学效应。）
（受到照射的生物系统的辐射效应随介质中氧浓度的增加而增加，这种效应成为氧效应。一般用氧增比（OER）来衡量氧效应的大小。）
u质子治疗适用于：
第一，不适合手术的Ⅰ-Ⅲ期肺癌；
第二，颅底肿瘤：脊索瘤、软骨肉瘤；
第三，消化道肿瘤：原发性肝癌、食管癌；
第四，眼部肿瘤和良性疾病：葡萄膜和脉络膜黑色素瘤、眼眶肿瘤、黄斑变性；
第五，中枢神经系统肿瘤：星形胶质细胞瘤、孤立的脑转移灶、垂体瘤、脑动静脉畸形、脑膜瘤、听神经瘤；
第六，头颈部肿瘤：鼻咽癌、局部晚期的口咽癌；
第七，盆腔：前列腺癌、子宫肿瘤及其他不能切除的盆腔肿瘤。
2.2重离子治疗技术简介
什么是重离子？
重离子是指质量数大于4的原子核，即元素周期表氦核以后(原子序数大于2的失去电子的原子)的粒子。如碳12、氖22、钙45、铁56、氪84和铀等。
什么是重离子治疗？
重离子已开始应用到放射生物学、放射诊断和放射治疗等方面。在放射治疗癌症方面，同X射线相比，重离子在生物体中线能量转移值高，而且可以精确地控制剂量及射程，定位性能好，射程末端的释放能量集中，可使杀伤效果集中在需要照射的局部范围内，而减小对周围健康组织的损伤。日本癌症治疗所用的“重离子线”是指“碳离子束”——在癌症治疗中将重为质子12倍的碳原子核加速到约光速的70％后进行照射。
目前，“离子线”这一名称在国际上尚未统一。欧盟中的一些国家将离子线治疗统称为“强子（Hadron）治疗”，有的国家将到碳离子束为止的离子束都称作“轻离子束”。但在日本“重粒子线治疗”即等于碳离子束治疗。
（重离子治疗示意图）
（癌症放射治疗分类）
u重离子治疗技术特点
1、通过“准直器”和“补偿过滤器”，重离子线能够根据肿瘤病灶的大小和形状进行适形照射。
2、“准直器”的作用是决定射线的形状，限制横向范围，从而使射线只照射在肿瘤病灶上。
3、“补偿过滤器”的作用在于调节重离子线深度方向的到达范围。
4、重离子线治疗根据患者的治疗计划，给每个患者定制准直器和补偿过滤器。使用软硬度不会因温度而变化的塑料手工制作身体固定用具，从而保证每次照射患者都能保持相同体位。
（重离子治疗与普通X射线治疗的区别）
u重离子射线的物理学特征包括：
第一，重离子射线是高线性能量传输射线（LET）射线。
第二，重离子进入人体后的深部剂量分布和质子类似。重离子进入人体后在其途径上能量损失较少，因此形成相对低剂量的屏区。在射程接近终端时，释放大量能量形成布拉格峰。
第三，重离子的横向散射较少，因此放射的边缘比较尖锐。
第四，重离子带有电荷。因此重离子可用扫描磁铁来引导，进行射线扫描，适时调强技术，达到精确的适形照射。
第五，重离子照射后可进行正电子成像扫描（PET），形成三维影像，从而验证碳离子放射肿瘤时高剂量区的立体形态是否精确的和肿瘤一致。
u重离子射线的放射生物学特征包括：
第一，重离子的RBE（相对生物效应）较大。重离子射线在其射程终端，即布拉格峰处造成肿瘤细胞DNA双键断裂的比例高，因此细胞修复放射损伤的机率小，放射损伤或肿瘤杀灭效应高，即RBE较大。
第二，重离子射线的氧增比（OER）较小。重离子射线在布拉格峰处杀死肿瘤或对正常细胞的损伤并不依赖氧的存在。因此OER较小。
第三，不同细胞周期对重离子射线的敏感性相差较小。即在布拉格峰区，重离子射线的细胞致死效应几乎不受细胞周期的影响。
u重离子射线治疗具有诸多优点：
第一，重离子线治疗对体内深部肿瘤具有较高疗效。
第二，重离子线治疗对周边组织的影响小。
第三，重离子线治疗后细胞致死性高，对放射抵抗性肿瘤亦有效。
第四，重离子线具有越进入体内深部相对生物学效应越高的特性，因而能够在较短时间内结束治疗。
u重离子线治疗适用于肿瘤：
第一，头颈部肿瘤，除了鳞癌以外的腺癌、肉瘤
第二，肺癌，单个病灶的局部进行期肺癌
第三，肝癌
第四，胰腺癌，要求没有发生肝转移或远端转移
第五，前列腺癌
第六，骨盆部骨肉瘤、脊索瘤
第七，骨盆大肠癌
第八，子宫癌
u重离子放射治疗说明：
治疗为1天1次，1周3～5次，合计1～40次左右。从时间上说，最短1天，平均3周结束。
1次的治疗时间包括定位等时间在内15?30分钟左右，照射时间1?3分钟左右。
疾病
次数
时间
颅底肿瘤
16~26次
4~6周
头颈癌
16~26次
4~6周
肺癌*
1~26次
1天~6周
肝癌*
2~38次
2天~8周
肾癌*
16~20次
4周
胰腺癌*
8~25次
2~5周
前列腺癌
16次
4周
直肠癌术后复发
16~37次
4~8周
骨与软组织肿瘤
16~32次
4~7周
子宫癌*
20次
5周
（不同肿瘤治疗时间）
※根据治疗设施和患者人数情况而不同。
2.3质子重离子治疗技术与传统治疗方法的比较
目前，肿瘤治疗的三大常规手段分别是外科手术、化学疗法、放射治疗。绝大多数肿瘤患者都接受其中一种或多种疗法的治疗。这三大常规疗法在帮助患者对抗肿瘤的同时，由于其治疗方法的缺陷，会对患者自身正常组织和脏器产生损害。
适应症
优点
缺点
外科手术
l从早期到中度转移癌
l只发生局部病变的肿瘤
l根治的可能性比较高
l对人体机能和形态的损伤大
l手术可行性受到肿瘤的部位和患者自身条件均影响
化学治疗
l对原发灶、转移灶和亚临床转移灶均有疗效
l大多用于白血病等血液系统肿瘤的治疗
l全身性治疗，效果明显迅速
l适用于较多肿瘤的治疗
l一同杀灭正常细胞和免疫细胞
传统放疗
l从早期癌症（Ⅰ期）到无法手术的局部晚期癌症（Ⅲ期）
l只在局部发生病变的肿瘤
l对人体功能和形态的损伤相对较小
l治疗早期癌症的效果与外科手术相同
l局部晚期癌症根治的可能性比手术治疗低
l对肿瘤周围正常器官会产生辐射后遗症
质子重离子治疗
l从早期癌症（Ⅰ期）到无法手术的局部晚期癌症（Ⅲ期）。未发生远处转移的所有癌症
l只在局部发生病变的肿瘤
l给身体增加的负担很小
l可以治疗形状复杂，外科手术难以治疗的肿瘤
l对放射抵抗性肿瘤具有显著效果
l治疗费用昂贵
（与传染治疗方式对比）
对比
光子束（X线、γ线）
?光子束在穿透人体组织时能量会大量衰减，这既影响了肿瘤靶区剂量分布，又导致周围组织受到较大辐射损伤。
?对肿瘤细胞的破坏较轻，肿瘤细胞修复率较高。
?放射疗程约2个月
质子射线
?放射物理学特性：布拉格峰
?相对质量较大，在物质内散射少，射线更为“锐利”。
?生物学特性：能够使肿瘤细胞失去活性，从而杀死肿瘤细胞
?质子放射疗程约1个月
?重离子放射疗程约1-2周
重离子射线
（三种放射性治疗的比较）
u重离子的放射物理学特征和质子射线相同，但它具有以下优点：
第一，在布拉格峰处，重离子射线对缺氧肿瘤细胞、抗放射肿瘤细胞的杀灭效应更高；
第二，重离子在坪区射线的放射生物效应和氧依赖性与低线性能量传输射线（LET）的高能X线类似；
第三，重离子射线的侧向散射更少，使射野的边缘更锐利；
第四，重离子射线对肿瘤的杀灭以DNA双键断裂为主，因此不存在亚致死性损伤和潜在放射损伤的修复，所以照射肿瘤时，放疗的次数可显著减少；
第五，重离子照射后可用PET检查，用以验证放射剂量给予的正确性。
（未完待续）
中国健康养老集团研究院
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