备受关注的粒子治疗 -重离子与质子的区别在哪里?-

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近年来,作为一种癌症治疗的方法,粒子治疗备受关注。

粒子治疗主要有两种,一种是质子,另一种是重离子。

在学习粒子治疗的原理时我发现,日本在重离子治疗领域无疑是走在世界前头,

但日本国内却很少看到关于重离子与质子不同的信息。

 

此外,我平时从事中文翻译工作,其中有一部分文件是中国人的病历。

这几年,越来越多的罹患重病的中国人希望访日看病。他们关心的疗法之一就是粒子治疗。

 

所以,本次我重点介绍一下重离子治疗与质子治疗到底不同在哪里。

 

日本在重离子治疗领域走在世界前头

如下面图所示,在重离子治疗领域,日本处于领先地位。

日本国内共有7家能够接受重离子治疗的医院,而美国则只有1家正在建设中。

日本放射线医学综合研究所

其实,早在日本开始研发重离子治疗之前的1957年,

美国的劳伦斯伯克利国家实验室已着手于重离子治疗的临床研究。

是的,美国是世界上最早开展重离子研究的国家。

然而,该实验室未能获得理想的成绩,于1992年放弃重离子治疗的研究,从此以后美国把焦点放在质子治疗。

而日本居然夺取了领先世界的地位。目前,全世界大部分的重离子治疗在日本进行。

 

粒子治疗与X线治疗的区别在哪里?

 

通常的X射线治疗,在辐射X射线时,

不仅辐射到癌灶,周围的正常组织同样也会受到同等线量的辐射,因此会引起恶心、呕吐等不良反应。

这是由于X射线进入人体时,以分散的状态产生电离使X射线附近的正常组织也会受损伤。

 

相对而言,粒子射线能够在到达癌灶时集中释放能量,从而能够只集中作用于癌灶,而对周围的正常组织没有或只有很小的副作用。

不是在刚刚进入人体地部位,而是在粒子射线停止的部位释放很大的能量。

就像烟火发射到天上才爆照一样,粒子射线到达目标部位才释放能量,

因此与通常的X射线相比,很少对正常组织造成损伤。

如下面图所示,粒子射线在停下来的位置释放很大的能量,

此时的峰值叫做“布拉格峰(Bragg peak)”。

In which ways could gold atoms, protons or neutrons be brought safely into human brain tissue?

 

重离子治疗与质子治疗到底区别在哪里?

先来了解放射线杀灭癌细胞的机制。

放射线有两种作用,一种是直接作用,另一种是间接作用

 

直接作用是指放射线直接损伤DNA

间接作用是指放射线通过电离人体组织内的水分子,产生自由基,通过这些自由基的间接作用来损伤DNA。

 

接下来要关注一下“传能线密度(LET)”。

 

别害怕这个陌生的术语。

这是决定放射线是否对细胞起作用的一种指标。

 

LET就是带电粒子贯穿物质时所给予的能量。

 

重离子与质子的LET如下。

重离子的LET为100 keV/μm

质子的LET为1 keV/μm

重离子的LET居然是质子的约100倍。

 

重离子属于高LET射线质子属于低LET射线

 

这到底是意味着什么呢?

 

LET越高,放射线直接作用于细胞的能力越强。

即,与低LET射线相比,高LET射线则更能直接导致肿瘤细胞的DNA双链断裂。

 

就是说,高LET射线和低LET射线分别通过不同的途径作用于肿瘤细胞。

 

属于高LET射线的重离子,直接作用占主导地位。

属于低LET射线的质子,则间接作用占主导地位。

 

有些朋友会纳闷儿,为何要关注这些细节?

 

 

放射线与肿瘤细胞含氧量的关系

肿瘤的放疗敏感性与肿瘤细胞含氧量密切相关。

 

放射线的间接作用是否起到作用取决于人体内的“水分子”和“氧气”。

 

间接作用是依靠氧气才能起到作用的。

如果没有氧气,自由基无法发挥作用,难以发挥间接作用。

 

通常,比正常细胞相比,肿瘤细胞常处于缺氧状态。

 

即使对缺氧状态的肿瘤细胞辐射低LET射线,

由于细胞内的氧气不足,难以发挥预期效果

这就是重离子治疗与质子治疗的不同之处。

 

与此相反,

高LET射线的重离子,不依靠自由基的作用,能够直接作用于肿瘤细胞的DNA。

因此,被认为重离子对放射敏感性低的肿瘤(即放疗难以治疗的肿瘤)也会发挥作用。

 

有些网页提供的信息并不是正确的,我在不少的文摘中看到质子属于高LET射线的说法。

不仅仅是日本的学术文摘,中国的专家也提到与X射线、质子相比,重离子具更高的LET。

在我个人来看,虽然日本的重离子技术是世界领先,但国内难以获得充分且准确的信息。

因此我希望通过本网站,不仅向日本人,还要向中国人传达正确的信息。

 

参考:
中华放射医学与防护杂志 2016 年 8 月 第 36 卷第 8 期
がん重粒子線治療のナゾ
放射線治療物理学 第3版
医療最前線で活躍する物理
知っていますか?医療と放射線
粒子線治療の原理と特徴

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