备受关注的粒子治疗 -重离子与质子的区别在哪里？-
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。
目次
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。
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