放疗新技术之重离子放疗

放疗新技术之重离子放疗

闫晓乐¹ 王宏伟¹ 李学丰² 胡廷朝²

（1、内蒙古医科大学附属医院 0100302、甘肃省武威肿瘤医院 733099）

恶性肿瘤是全球第二大死因，根据我国癌症中心的最新数据，我国每年新发恶性肿瘤约406万例，死亡约为241万例。也就是说平均每天有一万多人被确诊为恶性肿瘤，恶性肿瘤与心血管病和呼吸系统疾病长期位居我国致死率最高的疾病前三位。治疗癌症的三大基础疗法分别是手术、化疗及放射治疗。手术通过切除肿瘤达到根治目的，但大多适用于早期尚未扩散的局部病变；化疗主要通过化学药物作用于肿瘤细胞；而放射治疗主要通过高能射线破坏肿瘤细胞DNA单链或双链，抑制肿瘤细胞复制从而杀伤肿瘤细胞。

一、什么是重离子治疗？

放疗的目的是将射线能量最大程度地释放至肿瘤区域杀死肿瘤细胞，并且尽可能地保护周围正常组织器官，传统放疗采用的是光子线(包括X射线和γ射线)。现如今传统放疗已逐渐衍生出多种方式，如伽马刀、TOMO刀、射波刀等，它们均属于光子放疗。而粒子放疗是指用粒子线杀伤肿瘤细胞，一般包括π中子、质子线、重离子线等，在元素周期表中比氦原子更重（原子序数Z>2）的离子即为重离子。重离子治疗一般是指碳离子(C6+，即碳原子失去全部核外电子后形成的全裸离子)治疗，由于碳离子的物理学剂量分布和生物学效应显著优于其他粒子，使得其在众多粒子中脱颖而出。这些微小的带电粒子通过加速器加速后形成的粒子束即为质子或重离子射线。高能碳离子束的碳离子能量一般为100~400 MeV/u，在被加速到约0.7倍光速后轰入人体产生“布拉格峰效应”，指的是其中的低水平能量沉积于肿瘤靶区附近组织，而大部分能量在肿瘤靶区中释放，诱导DNA双链断裂，对肿瘤组织造成爆破式杀伤效果，而对肿瘤后方组织几乎不造成损伤，因此对周围正常组织损伤小，减少了组织的毒副反应^[2]。此外，相较于质子射线，碳离子表现出更高的线性能量转移（linear energy transfer，LET），使之具有更高的相对生物学效应（relative biological effectiveness，RBE），且在杀灭肿瘤细胞时对氧的依赖小^[1]。简单来说，由于重离子具有独特的布拉格峰效应和更高的相对生物学效应，可实现对肿瘤细胞精准、猛烈的打击，就像导弹一样可以精准、高效地杀死肿瘤细胞，对肿瘤的致死率高、副作用小且疗效好。因为其具有生物有效性高、剂量分布更均匀的优势，重离子被称为最理想的放射线，适用于减轻早期癌症治疗的负担。

二、重离子治疗适用于哪些疾病？

随着对重离子放射治疗技术及其特点的认识不断提高，重离子放射治疗已经成为肿瘤放射治疗中的重要组成部分。目前，重离子放疗的剂量评估、降低治疗的毒副反应、提高对某些疾病的美容效果及对疾病的局部控制是主要研究的重点。通常在选择重离子治疗前，需鉴别患者的照射部位是否有炎症，体能状态评分（PS）在0-3之间，是否可长时间保持仰卧位或俯卧位的静息状态。重离子治疗的适应症相对广泛，主要适用于实体肿瘤的治疗，一般来说适合接受普通光子放疗的疾病基本都是重离子治疗的适应症，但由于重离子射线独特的放射生物学及物理学特性，使重离子治疗的适应症更加广泛，因其对正常组织的副作用小，因此也更适用于治疗儿童肿瘤。并且在对光子放疗不敏感的肿瘤、乏氧肿瘤及复发肿瘤的再程放疗和一些特殊部位肿瘤的治疗中都有一定的优势。迄今为止，碳离子放疗已被研究用于治疗颅内恶性肿瘤、头颈部恶性肿瘤、原发性和转移性肺癌、胃肠道肿瘤、前列腺和泌尿生殖系统癌症、肉瘤、皮肤恶性肿瘤、乳腺癌、妇科恶性肿瘤和儿科恶性肿瘤^[3]。

三、当代重离子治疗技术的发展

   1954年，美国Lawrence Berkeley实验室(LBL)在世界上首次实施了质子治疗，此后又致力于对重离子治疗的研究，发现肿瘤的局部控制率比常规光子放疗提高了2-3倍。在次基础上，日本先后建成了千叶(1994)、兵库(2002)、群马(2010)，鸟 栖(2013)、横滨(2015)、大阪(2018)和山形(2021)重离子治疗装置，德国也建成了海德堡(2009)和马堡 (2015)重离子治疗装置，意大利和奥地利重离子治疗装置分别于2012年和2019年建成运营。

我国对重离子治疗的研究起步较晚，目前国内运营的2台医用碳离子加速器分别位于上海和武威。2015年上海市质子重离子医院正式运营，该医院于2017年9月通过美国医疗机构评审联合委员会国际部 (The Joint Commission International)认证，成为全球第一家JCI认证的质子重离子中心，治疗装置引进了德国医用质子重离子加速器，到2022年5月6日，上海质子重离子医院治疗累计患者出院4655人。治疗肿瘤种类覆盖我国患者的主要类型如鼻咽癌、颅内颅底肿瘤、早期肺癌、肝癌、前列腺癌等5个重点病种，并研发了旋转治疗床、旋转治疗椅、笔形扫描等先进治疗技术和治疗设施^[4]；上海质子重离子加速器设备是引进德国西门子技术的IONTRIS系统，有离子源、直线加速器、同步环、束流传输系统级治疗系统等组成，全长190m，有4间治疗室，其中3间水平束和1间45°束。它的核心装置为直径21m的同步加速器，可以加速质子和重离子，质子的能量是50-221MeV，重离子的能量为85-430MeV/U，且能量是可调节的^[5] 。另外IONTRIS系统的独特优势是首次将呼吸门控应用于治疗，可满足随呼吸运动的肿瘤的动态治疗，在治疗时可根据患者的呼吸规律控制束流，跟随肿瘤形状变化规律调整射束，提高了运动器官靶体的治疗精度^[6] 。2006年，中国科学院近代物理研究所重离子国家实验室（HIRFL）成立了研究质子和重离子肿瘤治疗研发团队，并利用所拥有的重离子加速器开展重离子治疗肿瘤的前期临床试验，历经十数年，2019年在武威重离子中心建设了中国第一台医用重离子加速器并获得了国家药监局的注册许可证。2020年3月26日，武威重离子肿瘤中心投入临床运营，标志着我国首台自主知识产权的碳离子治疗系统正式投入临床治疗。该碳离子治疗系统采用了三阶共振慢引出技术，其多项 关键性能指标达到国际先列，其中束流引出率达90%以上， 引出束流占空比达到95%，而束流的关断时间则<500μs^[7]。并且可通过多个角度的治疗头对多个角度的束流进行扫描，分别有垂直、水平、45°及“水平+垂直”治疗头，大大提高了碳离子治疗系统的疗效。

四、重离子诊疗流程

1、门诊咨询：根据患者提供的病史资料，明确病情并初步判断是否具有重离子治疗指征，根据患者肿瘤类型及分期能否在重离子治疗中获益。

2、多学科综合诊疗（MDT）：由临床医生、放射物理师、放射治疗技师、放射影像诊断医师及核医学医师等专家组成，针对肿瘤的具体情况和周围邻近组织进行分析评估，进一步确定患者是否可接受重离子治疗。

3、制定放疗计划：主管医师向患者告知详细的治疗方法及步骤，治疗起止时间，并请患者签署知情同意书；在定制好固定体位的模具后，通过CT模拟定位获得肿瘤的影像学资料并勾画靶区，物理师根据靶区范围制定放疗剂量，并与临床医师讨论评估进行优化，并进行放疗前的剂量验证。

4、根据患者的不同病情，不同患者接受放疗的次数不同，剂量也不同；每周一至周五每天治疗一次，每次治疗时间约10-15分钟。

5、随访复查：全部治疗结束后，主管意识将对患者进行治疗后检查并告知后续随访复查注意事项，根据具体情况安排复查方式及频率。

参考文献

[1] Malouff TD, Mahajan A, Krishnan S, et al. Carbon Ion Therapy: A Modern Review of an Emerging Technology. Front Oncol. 2020;10:82.

[2] Ruan H, Okamoto M, Ohno T, et al. Particle radiotherapy for breast cancer[J]. Frontiers in Oncology, 2023, 13: 1107703.

[3] Malouff TD, Mahajan A, Krishnan S, et al. Carbon Ion Therapy: A Modern Review of an Emerging Technology. Front Oncol. 2020;10:82.

[4] 上海质子重离子肿瘤医院简介[N]. https://www.sphic.org.cn/yyjs/ index_3.aspx (抽取时间：2022年6月1日).

[5] 刘鹏,朱建民.上海市质子重离子加速器设备运行初探[J].中华放射医学与防护杂志,2016,36(8):639-640.

[6] 庞成果, 苏有武, 徐俊奎, 等. 强流重离子加速器中由于质子束流损失引起的次级辐射场计算研究[J]. 原子能科学技术 , 2015, 49 : 573-577 Pang CG, Su YW, Xu JK, et al. Study on radiation field caused by proton beam loss in high intensity heavy-ion accelerator[J]. Atom Energ Sci Technol , 2015, 49 : 573-577 DOI:10.7538/yzk.2015.49.S1.0573

[7] 杜晓月,刘艳丽,刘宇琴,等.我国重离子治疗系统临床应用研究进展[J].中国医疗器械信息,2022,28(17):54-57.DOI:10.15971/j.cnki.cmdi.2022.17.028.