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质子重离子:重离子放射治疗技术

[本文为疾病百科知识,仅供阅读]  发布日期:2019-07-11 13:43   阅读:

  重离子放射治疗技术

  导语:重离子的细胞杀伤作用大,有倒转剂量分布优势,而且具有拓展布拉格峰、高传能线密度、高相对生物效应等特点。将其应用于癌症治疗,可使深部区域肿瘤细胞因高剂量辐射而被有效杀灭,而对周围组织因低剂量分布、相对危害较小,能实现精确靶向治疗,这也被认为是最有前景的肿瘤放疗技术。

  癌症作为一种威胁人类生命健康的疾病,具有复杂性、多样化、易转移等难以完全克服的特点,癌症正日益成为致死的重要杀手。治疗癌症的有效方法为外科手术、放射治疗和化疗。其中重离子放射治疗是治疗恶性肿瘤的重要手段之一。

   重离子放射治疗特点

质子重离子:重离子放射治疗技术

  1. 物理特点

  重离子放射治疗的物理特点主要包括具有拓展布拉格峰、倒转深度剂量分布、高 LET、剂量验证等特点。重离子放射治疗具有倒转深度剂量分布的特性。在癌症治疗时所需要 的重 离子能 量范 围内( 80~430 Me V/u) ,重离子在离子进入人体的大部分射程里,巨大的初始能量使离子穿过组织速度很快,因而损失的能量较小,形成一个相对低能量的坪区; 射程末端是重离子在人体中的剂量损失集中地,随着能量损失,离子运动速度减慢,与靶电子碰撞的概率增大,最终在射程末端形成一个陡峭的高剂量峰,即布拉格峰。由于重离子是带电粒子,在磁场作用下会发生偏转。如果一个狭窄的带电粒子束在横向方向偏转,辐射剂量就可“绘制”整个肿瘤的轮廓。这样在治疗时,对入射离子的能量、方向进行调节,形成一个拓展布拉格峰,将其准确落在肿瘤靶区,实现束流对肿瘤靶区的三维扫描适形和调强放射治疗,最大程度降低对周围健康组织的伤害。放射治疗不仅取决于辐射剂量和剂量率,还有辐射质量。重离子属于高 LET 射线,一般情况下相同吸收剂量射线 LET 值越大,生物学效应越大。剂量验证是重离子放射治疗的关键一环,可对患者的肿瘤靶区及周围正常组织进行精确剂量评估,提高靶区剂量和局部控制率,降低靶区及周围正常组织的受照射剂量,保证重离子放射治疗的治疗质量。

  2. 生物特点

  生物方面主要包括较高 RBE、复杂的 DNA 致死性、乏氧浓度等特点。RBE 的确定通常以 250 keV 的 X 射线为标准。临床上质子束的 RBE 与光子( RBE = 1) 接近,国际辐射单位与测量委员会建议质子 RBE 值为 1. 1。相比于其他射线,重离子射线拥有更高的 RBE,在临床上比较认可的重离子( 碳离子) 的 RBE 值在为2. 5 ~ 3,但也有文献报道其 RBE 值到达 5。重离子辐射对于 DNA 造成的损伤是复杂且多重形式的,包括单链断裂、化学基质损伤、碱基对缺失、键间交联、键内交联、双链断裂以及“簇团性”损伤。特别是重离子辐射对 DNA 造成的“簇团性”损伤,让 DNA 的修复变得难以实现,从而达到降低肿瘤细胞 DNA 修复率的目的。由于肿瘤细胞的死亡很大一部分是因为无法修复而造成永久的损害。这也是重离子放射治疗优于其他射线的优势,一般的光子/质子只会使得 DNA 单链断裂,由于损害方式单一并且 DNA 的单链断裂在细胞后期很容易修复,使得单链断裂的 DNA 的修复率变高。

  重离子放射治疗在临床上的优势

  从 1994 年开始治疗患者至今,经过 20 多年的发展,重离子放射治疗有了一定的研究基础。重离子放射治疗也大大提高了对恶性肿瘤放射治疗的增益,这种增益势必将使重离子放射治疗成为肿瘤治疗当中的有力工具。重离子放射治疗是一种先进的放射治疗技术,适用局部非扩散性肿瘤的治疗,其临床治疗的优势如下。( 1) 高 LET 能高强度地攻击肿瘤细胞,且布拉格峰尾射线剂量很少,对远离肿瘤的健康组织造成的危害微小。( 2) 束流斑点发散较小,形成更尖锐的剂量半影,能够准确攻击肿瘤细胞,适合高精度治疗。临床上利用重离子束的这一优势,离子束放置在更靠近肿瘤组织的侧面,使肿瘤所在器官的形貌、功能得到保留,在提高患者生存质量的前提下高度保留健康组织。( 3) 对于抗放射的肿瘤有效的杀灭效应( 肿瘤特异性) : 对固有抗放射的肿瘤细胞能更好地杀灭,对肿瘤干细胞有强大的杀伤能力。( 4) 抑制肿瘤细胞侵润和迁徙能力,能伤肿瘤血管内皮,阻断肿瘤的血液营养供应。( 5) 重离子放射治疗周期较短,单次照射剂量高、照射次数少。根据放射线医学综合研究所的统计,全部患者的平均治疗时间为 3 周,比一般的 X 射线治疗( 6~7 周) 要短。特别是肺癌和肝癌,实现了 1 ~ 2次/1~2 d 的超短期治疗。子宫恶性肿瘤约为 5 周,颈部恶性肿瘤、骨软组织恶性肿瘤、前列腺癌约为 4周。

  重离子放射治疗癌症的优势是毋庸置疑的,然而其高昂的建设、运行及维护等费用,也大大限制了相关研究和发展。重离子放射治疗癌症的机制也仍然需要更深层次的探索与研究。随着研究的深入,无论是设备的造价、治疗成本的降低还是癌症的进一步攻克,都将逐步实现,重离子放射治疗方式也势必成为肿瘤放射治疗的一种主流方式。

  

  

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