日前，Molecular Oncology雜志發(fā)表了《歐洲離子治療的現(xiàn)狀》，介紹了離子治療的基本概念以及歐洲國(guó)家質(zhì)子治療在臨床中的應(yīng)用、臨床試驗(yàn)和臨床研究的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)情況。本期為大家?guī)?lái)離子治療的基本概念、臨床經(jīng)驗(yàn)及當(dāng)前適應(yīng)證。點(diǎn)擊“閱讀原文”或聯(lián)系質(zhì)子中國(guó)小編(微信號(hào)：ProtonCN)獲取全文。

加速帶電粒子在放射治療中的應(yīng)用最初由Robert R. Wilson在1946年提出。與常規(guī)X射線相比，離子治療的物理優(yōu)勢(shì)在于其良好的深度-劑量分布，光子劑量隨深度呈指數(shù)下降，高速離子最初沉積的能量很少，但其單位軌跡的能量損失隨深度增加而增加，當(dāng)它們接近組織范圍時(shí)，能量達(dá)到最大值，稱(chēng)為布拉格峰(Bragg峰)(如圖1所示)。因此，可以在不影響腫瘤照射劑量的情況下降低對(duì)危及器官的照射劑量。在光子放療中，需要將多種不同角度的束流組合在一起，而離子束治療只需要少量的束流即可。此外，與傳統(tǒng)光子放療相比，離子治療還存在生物學(xué)上的優(yōu)勢(shì)，即Bragg峰附近帶電粒子的高線性能量轉(zhuǎn)移(LET)：高密度電離模式誘導(dǎo)的聚集性DNA損傷，難以修復(fù)和觸發(fā)不同的信號(hào)通路。 詳情請(qǐng)見(jiàn)質(zhì)子中國(guó)往期報(bào)道《帶電粒子束治療癌癥(一)：物理學(xué)的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)》、《帶電粒子束治療癌癥(二)：生物學(xué)的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)》。

質(zhì)子束治療所需的能量范圍約為60~250 MeV，覆蓋穿透深度為數(shù)厘米(如眼部腫瘤)~25厘米以上(如盆腔腫瘤)。對(duì)于重離子，如碳離子，每個(gè)核子(MeV·u^-1)各自的能量范圍在120~430 MeV·u^-1之間。歐洲多數(shù)專(zhuān)注于質(zhì)子治療的設(shè)施使用回旋加速器產(chǎn)生束流，而同時(shí)提供質(zhì)子和碳離子治療的四個(gè)歐洲離子治療設(shè)施均基于同步加速器產(chǎn)生束流?；匦铀倨髟陟o態(tài)磁場(chǎng)下工作，因此離子束在磁場(chǎng)中的循環(huán)半徑隨離子束能量的增加而增大。當(dāng)束流達(dá)到最大能量時(shí)，從回旋加速器中引出，并通過(guò)在束流中插入射程移位器被動(dòng)減少束流的穿透深度。在同步加速器中，離子束在可變磁場(chǎng)強(qiáng)度下通過(guò)一個(gè)固定半徑的環(huán)形軌道來(lái)補(bǔ)償離子的能量。束流逐漸加速，可以以任何能量從環(huán)形軌道引出。如此可以主動(dòng)選擇束流的能量，而不是通過(guò)插入被動(dòng)元件來(lái)降低束流的能量。

不管使用何種類(lèi)型加速器，在束流引出后，狹窄的離子束流(筆形束)通過(guò)真空管道傳輸至治療室。為了使離子束流形成不規(guī)則腫瘤的形狀，臨床上主要使用兩種傳輸技術(shù)，即被動(dòng)散射(passive scattering)和筆形束掃描技術(shù)(pencil beam scanning technique)。傳統(tǒng)的被動(dòng)散射技術(shù)中，通過(guò)散射束流的機(jī)械元件擴(kuò)展筆形束，根據(jù)腫瘤的二維投影通過(guò)準(zhǔn)直器來(lái)實(shí)現(xiàn)適形。通過(guò)被動(dòng)元件實(shí)現(xiàn)Bragg峰的深度-劑量調(diào)制，以覆蓋腫瘤的縱向范圍。所有計(jì)劃建設(shè)和最近建設(shè)的離子治療設(shè)施，均應(yīng)用或計(jì)劃應(yīng)用筆形束掃描技術(shù)，該技術(shù)束流在垂直和水平方向上受磁場(chǎng)影響而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。對(duì)于同步加速器，Bragg峰的深度位置通過(guò)主動(dòng)能量變化來(lái)調(diào)整；對(duì)于回旋加速器，Bragg峰的深度位置通過(guò)射程移位器(range shifter)減少最大離子能量來(lái)調(diào)整。由于掃描技術(shù)不需要產(chǎn)生多余二級(jí)粒子(主要是中子)的機(jī)械元件來(lái)擴(kuò)展束流和適形，因此其對(duì)健康組織的累積照射劑量較低。歐洲進(jìn)行質(zhì)子治療(點(diǎn)掃描技術(shù))的瑞士PSI研究所和進(jìn)行碳離子治療(光柵掃描技術(shù))的德國(guó)達(dá)姆施塔特GSI研究所，開(kāi)創(chuàng)了掃描束流遞送的先河，為其在全球臨床中的應(yīng)用鋪平了道路。詳情請(qǐng)見(jiàn)質(zhì)子中國(guó)往期報(bào)道《瑞士PSI近期發(fā)表的PBS臨床研究（一）》、《瑞士PSI近期發(fā)表的PBS臨床研究（二）》。

為了盡可能精確地檢測(cè)、評(píng)估、描繪和追蹤腫瘤體積，影像在離子治療中起著至關(guān)重要的作用。不考慮束流遞送技術(shù)，治療計(jì)劃通?；诙嗄B(tài)成像(CT、MR、PET)。筆形束掃描技術(shù)與計(jì)算機(jī)優(yōu)化治療計(jì)劃相結(jié)合，根據(jù)預(yù)期治療目的即靶區(qū)目標(biāo)劑量和可接受的危及器官的暴露劑量計(jì)算出要傳輸?shù)碾x子注量(particle fluence pattern)。傳統(tǒng)的被動(dòng)散射技術(shù)治療計(jì)劃在人工試驗(yàn)和誤差優(yōu)化中進(jìn)行。

在圖像引導(dǎo)光子束治療的影響和推動(dòng)下，先進(jìn)的X射線成像(如錐形束CT, CBCT)在治療室的集成才剛剛開(kāi)始。室內(nèi)成像可以說(shuō)明治療過(guò)程中隨時(shí)間變化的解剖變化情況。此外，頻繁和重復(fù)的成像是自適應(yīng)放療的前提，通過(guò)影像學(xué)方法檢測(cè)到患者的特異性變化，以此進(jìn)行治療方案的修改。用離子治療運(yùn)動(dòng)靶區(qū)具有挑戰(zhàn)性，此治療過(guò)程需要圖像引導(dǎo)。像門(mén)控技術(shù)或腫瘤追蹤這樣的運(yùn)動(dòng)緩解技術(shù)中，同步加速器或回旋加速器產(chǎn)生束流的時(shí)間結(jié)構(gòu)也非常重要。

在1946年Robert R. Wilson報(bào)道僅6年后，John Lawrence和Cornelius A也進(jìn)行了相關(guān)報(bào)道。來(lái)自伯克利放射實(shí)驗(yàn)室的Tobias首次將質(zhì)子應(yīng)用于臨床，用340 MeV的質(zhì)子束照射肢端肥大癥患者的腦垂體。至此，已有超過(guò)19萬(wàn)例患者接受了質(zhì)子治療，2.8萬(wàn)例患者接受了碳離子治療。目前，全球有80個(gè)已運(yùn)營(yíng)的質(zhì)子治療中心，其中約30%位于歐洲。歐洲質(zhì)子治療臨床機(jī)構(gòu)的數(shù)量正在快速增長(zhǎng)：2017年有15個(gè)正在運(yùn)營(yíng)的治療設(shè)施，到2020年底將會(huì)有31個(gè)質(zhì)子治療設(shè)施應(yīng)用于臨床(如圖2所示)。目前亞洲有9家、歐洲有4家正在運(yùn)營(yíng)的碳離子治療中心。更多全球離子治療數(shù)據(jù)請(qǐng)見(jiàn)質(zhì)子中國(guó)往期報(bào)道《2019最新全球患者數(shù)據(jù)出爐，超過(guò)22萬(wàn)患者接受離子治療》、《PTCOG2020線上會(huì)議開(kāi)幕，發(fā)布最新全球離子治療數(shù)據(jù)》。

臨床使用質(zhì)子治療的原理主要基于其有利的劑量分布。質(zhì)子治療可用于增加靶區(qū)的照射劑量，以提高腫瘤局部控制率，和/或通過(guò)降低腫瘤附近危及器官的照射劑量來(lái)降低放療誘導(dǎo)的毒性反應(yīng)(如圖3所示)。顱底腫瘤(如脊索瘤或軟骨肉瘤)，是一種放療抵抗的腫瘤，與光子放療相比，質(zhì)子治療可將腫瘤控制率提高3~4倍。在兒童髓母細(xì)胞瘤中也觀察到，與光子放療相比，質(zhì)子治療可降低放療誘導(dǎo)的毒性反應(yīng)，即質(zhì)子治療可將患者體內(nèi)靶區(qū)以外的照射劑量降低4.5~6倍，從而降低放療誘導(dǎo)繼發(fā)性惡性腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)。