一文讀懂質(zhì)子重離子“定向爆破”腫瘤技術(shù)
日期：2015/5/23
定向爆破”有一定根據(jù)，但稍顯夸張。
惡性腫瘤治療有三種傳統(tǒng)療法，手術(shù)，化療和放療。放療就是用一定能量的放射線去殺滅腫瘤細(xì)胞。常見(jiàn)的治療用放射線包括X射線，γ射線，電子線；不太常見(jiàn)的放射線包括質(zhì)子，中子或重離子（例如碳離子）等等。
射線沒(méi)長(zhǎng)眼睛，它既有可能殺傷腫瘤細(xì)胞，也有可能殺傷正常細(xì)胞。不過(guò)相比正常細(xì)胞，某些類(lèi)型的腫瘤細(xì)胞對(duì)射線損傷更敏感，所以從理論上講，對(duì)患有這樣的患者實(shí)施放療就有機(jī)會(huì)控制腫瘤進(jìn)展，或者根除腫瘤。因此，醫(yī)生會(huì)要求放療技術(shù)人員設(shè)法將射線能量匯聚在需要照射的腫瘤部分，盡量避開(kāi)需要受保護(hù)的正常組織。
不同種類(lèi)、不同能譜的射線進(jìn)入人體之后，能量的沉積規(guī)律是不同的。我們以最常見(jiàn)的X射線和新聞中的質(zhì)子射線為例進(jìn)行對(duì)比。
假設(shè)這張圖是一位患者身體的橫截面。最左邊是他的皮膚，淺層組織，腫瘤，然后是深層組織，直至身體的另一側(cè)組織和皮膚（圖片未畫(huà)出）。有一束X射線（棕紅色實(shí)線）從左邊進(jìn)入皮膚，像爬了一個(gè)小坡，然后逐漸跌落。這條實(shí)線的高和低分別表示X射線進(jìn)入人體后的能量沉積（也就是輻射劑量）的多和少。以坡頂?shù)哪芰砍练e為100%的話，那么越深入人體，它的能量沉積越少。這個(gè)很容易理解，因?yàn)閄射線就是一大堆高能光子（通常是MeV級(jí)），它們進(jìn)入人體之后跟人體中的電子發(fā)生相互作用，走得越遠(yuǎn)消耗的光子數(shù)量越多，所以沉積的能量越少。
單看一個(gè)X射線射束的話，它的能量沉積很不合理。為了給深部腫瘤以足夠的照射劑量，似乎還得先向淺層組織施加更高的劑量。在實(shí)際的放療中，技術(shù)人員通常會(huì)在患者的不同方向設(shè)置多個(gè)X射線射束，盡可能將能量“匯聚”到腫瘤區(qū)域，保護(hù)正常組織。
再看質(zhì)子射線（寫(xiě)有#1的細(xì)實(shí)線）。質(zhì)子就是氫原子的原子核，是帶正電的，這跟中性的光子有本質(zhì)不同。質(zhì)子進(jìn)入人體后遵循完全不同的能量沉積規(guī)律，簡(jiǎn)言之就是像股市一樣一路爬坡，爬到頂峰時(shí)突然斷崖式下跌，跌完為止。這是因?yàn)閱蝹€(gè)質(zhì)子不像光子那樣，在一次碰撞中把能量全部傳遞出去，而是碰撞一次，傳遞一點(diǎn)兒，然后速度降低一點(diǎn)兒。當(dāng)一定初速度的質(zhì)子束達(dá)到人體的某個(gè)深度時(shí)，速度已經(jīng)降低很多，實(shí)在跑不動(dòng)了，于是破罐子破摔，一下子把剩余的能量全部傳遞出去，就形成了一個(gè)陡峭的山峰，叫做布喇格峰（Bragg
Peak）。
（圖自美國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)會(huì)資料，左為15MV X射線，右為質(zhì)子束的劑量分布）
從能量沉積的角度來(lái)看，單能量質(zhì)子束的“性?xún)r(jià)比”要比X射線（MeV級(jí)高能光子）要高。但為了覆蓋腫區(qū)域，技術(shù)人員會(huì)考慮同一方向上用不同能量（不同初速度）的多個(gè)質(zhì)子束聯(lián)合照射，調(diào)制出圖中粗虛線所示的高原懸崖區(qū)域。與X射線相比，這種布喇格峰延展了的質(zhì)子射束的性?xún)r(jià)比還是高一些。這就是新聞中夸張地宣稱(chēng)質(zhì)子（以及重離子）放射治療能“定向爆破”腫瘤的物理基礎(chǔ)。
在實(shí)際治療中，技術(shù)人員往往會(huì)從多個(gè)角度對(duì)同一腫瘤病灶照射。在類(lèi)似的多角度照射方案中，與X射線相比，質(zhì)子束治療不但更好地保護(hù)淺層組織，還能完全避免照射深層組織。這在實(shí)際治療中有非常重要的意義。
質(zhì)子束治療還有一個(gè)特殊之處，它會(huì)讓受照人體區(qū)域中的一部分本來(lái)沒(méi)有放射性的原子帶上放射性（主要是正電子射線，半衰期很短）。在正常治療中，帶有放射性的人體區(qū)域不會(huì)對(duì)患者本人造成大劑量的照射，但卻可以幫助技術(shù)人員驗(yàn)證治療計(jì)劃的實(shí)施效果。用PET/CT掃描受照人體區(qū)域，得到放射性原子的強(qiáng)度分布，就可以重建患者在質(zhì)子治療中的實(shí)際受照情況，為下一步治療提供依據(jù)。這在X射線治療中是無(wú)法直接做到的。
（圖自美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院的一篇研究論文。a 是治療計(jì)劃模擬的劑量分布；b
是用蒙特卡洛方法重新計(jì)算的治療計(jì)劃劑量分布；c 是用蒙特卡洛方法計(jì)算患者治療后的放射性強(qiáng)度分布；d
是患者治療后2分鐘進(jìn)行的PET/CT掃描得到的實(shí)際放射性強(qiáng)度分布）
精確制導(dǎo)導(dǎo)彈并不能完全替代普通炮彈，質(zhì)子治療也是如此。一個(gè)重要的原因是貴。據(jù)《放射治療和腫瘤學(xué)》的一篇論文，質(zhì)子治療設(shè)施和X射線治療設(shè)施的平均造價(jià)分別是9500萬(wàn)美元和2300萬(wàn)美元；每年的成本投入是2500萬(wàn)美元和960萬(wàn)美元；單次治療的收費(fèi)是740美元和230美元（一個(gè)療程通常是20-30次治療）。《絕命毒師》里的老白得了晚期肺癌，接受的正是普通的X射線治療。他在劇中因?yàn)槿鄙僦委熧M(fèi)用并且對(duì)生活絕望而走向了犯罪道路，如果他接受的是質(zhì)子射線治療，不知道編劇又會(huì)搞出什么狗血情節(jié)來(lái)。
另外一個(gè)原因是質(zhì)子治療雖然在物理特性上優(yōu)于X射線，但對(duì)某些惡性腫瘤某些分期的實(shí)際治療效果上并沒(méi)有想象的那么突出。例如，據(jù)《放射治療和腫瘤學(xué)》的一篇薈萃分析論文，在I期不可手術(shù)的非小細(xì)胞肺癌患者（老白是III期或IV期）中，兩種不同的X射線治療方案的5年生存率分別是20%和42%，而質(zhì)子和碳離子治療方案的5年生存率分別是40%和42%（作者稱(chēng)病例人數(shù)太少，不足以下結(jié)論）。
究竟哪些惡性腫瘤哪些分期適合質(zhì)子或重離子治療，恐怕學(xué)術(shù)界還在研究之中。著名腫瘤治療機(jī)構(gòu)MD
Anderson的資料稱(chēng)，實(shí)體的、有確定邊界的、尚未擴(kuò)散的腫瘤會(huì)從質(zhì)子治療中獲益。自2006年起，他們用質(zhì)子射線治療了數(shù)千例肺癌、鼻咽癌、腦癌、前列腺癌和其他類(lèi)型的癌癥患者。
信息來(lái)源：醫(yī)殤
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