重离子治疗肿瘤惠普百姓健康，“威武”“威武”！！!

2021-04-19          编辑：刘军

重离子是指在元素周期表中的2号元素氦之后的元素的带电离子。如碳12、氖22、钙45、铁56、氪84和铀238等。碳离子是重离子中的一种，是近代物理通过几十年的理论与实践研究，筛选出的适于临床治疗肿瘤的一种重离子。它具有最佳平衡的物理与生物学优势。碳离子是最平衡的粒子，入口区RBE相对较低，而峰区RBE较高。

1.碳离子束的物理和生物学优势

1.1精确的剂量分布：常规放射治疗采用的γ射线、X射线和电子束均属低LET射线，这些低LET进入人体后产生的剂量随深度的增加而呈指数衰减，对肿瘤及其前后的正常组织都有一定的杀伤作用，故在杀伤癌细胞的同时，肿瘤周围组织也受到程度不同的照射而可能引起近期和远期并发症和后遗症。而碳离子束和质子束属高LET射线，其进入组织后，在射程末端处能量损失最大，出现一个能量释放峰区，称为Bragg峰。而在其之前是低剂量平坦区，即坪区，而峰区之后其能量骤降为零。坪区的LET基本与X射线相同，而峰区则远远高于X射线，利用这一特性，通过能量的变化调节Bragg峰位以达到对肿瘤区的高剂量分布，从而达到对肿瘤的最大杀伤作用，而对肿瘤后面的正常组织影响很小，这是质子和碳离子束的物理学优势，也是质子优于传统光子射备而受到推崇的主要原因，而碳离子的物理学优势则不止于此。碳离子的另一个优点是它几乎以一条直线的方式运动，从而使锐利和精确的准直成为可能，在20cm（330 MeV）深的水中，碳离子束的横向散射仅为1.5mm，这比6.5毫米的质子要小得多。此外，碳离子束的散射比质子和光子小，对精确的剂量分布也非常有利。

1.2.理想的生物效应：质子和光子的相对生物学效应（RBE）大致相似，约1～1.1，但碳离子的RBE在Bragg峰区为2.5-3.0左右，Bragg峰区表现为高生物效应，而射程的其他部分则较低。DNA是放疗作用于细胞的最重要的靶，碳离子束通过直接电离作用使DNA双链多处致死性损伤,彻底杀死癌细胞，而质子和光子射线一般是通过间接电离产生自由基损伤而发挥作用，从而导致DNA单链断裂的亚致死性损伤，易造成肿瘤复发。

质子和光子射线等射线因其损伤DNA有赖于射线与细胞内的水和氧等相互反应，产生自由基而间接损伤DNA，在乏氧环境产生自由基较少，从而杀死乏氧的肿瘤组织细胞的能力较弱。然而，碳离子直接对DNA双链产生多处致死性损伤作用，故可不依赖于组织细胞氧浓度而高效杀死乏氧肿瘤细胞。

另外，肿瘤细胞所处的周期和时相对质子和光子射线敏感性影响也很大，G0期细胞对质子和光子几乎是完全抗拒，而碳离子因是通过直接电离DNA导致DNA双链多处致死性损伤，受细胞周期的影响很小，可以彻底杀灭各个周期的细胞，减少了复发和转移的几率。

综上所述，质子、光子等放射治疗的生物学基础放射生物学中常用的“4R理论”：1、放射损伤的修复（Repair）；2、再氧合作用（Reoxygenation）；3、细胞周期的再分布（Redistribution）；4、细胞再增生（Repopulation）。“4R理论”是传统放疗的生物学基础理论，而碳离子射线的生物学行为超越以上范畴，它杀伤肿瘤细胞的能力与肿瘤细胞的氧浓度、周期分布等因素关系不大，从而使 碳离子照射时，分割次数较少甚至一次即可完成，不仅对正常组织的损伤小，而且对癌细胞的杀伤作用大大提高了。

1.3.动态束流监控：碳离子在Bragg峰跌落即将结束时，有一个低剂量的拖尾区，这是由于碳离子（1２C）在射程末端发生核反应产生了10C和11C等形成。因11C可以发射出正电子束，通过正电子扫描仪(positron emission tomography , PET)可以监测到离子束在病人体内的路径，因些在患者治疗期间或治疗结束的短时间内行PET扫描，可以利用PET实时监测人体内的剂量分布，从而精确地将离子束控制在靶区，这也是其它射线所没有的特性。

2.不断增加的重离子治疗中心，让更多患者受益

鉴于碳离子与光子和质子具有的显著不同的以上特点，自1994年应用于临床以来，碳离子在治疗肿瘤的临床证据逐渐增强，治疗病种范围逐渐扩大，截止2019年12月，接受过碳离子治疗的患者已超过30，000例，并正在世界范围内越来越多的被接受和推荐。

截至2020年12月，根据PTCOG官网统计，全球共有110家已运营的质子重离子治疗中心，其中重离子治疗中心13家，分布于5个国家，分别是日本6家（千叶、兵库、群马、鸟栖、神奈川、大阪），中国3家（上海、兰州近物所、甘肃武威），德国2家，（海德堡、马堡），意大利1家（帕维亚），奥地利1家（维也纳新城）。

武威重离子中心装配了我国首台自主知识产权的重离子治疗系统。它的成功投用，使我国成为全球第四个拥有自主研发重离子治疗系统和临床应用能力的国家，打破了国外垄断，实现了我国在最大型医疗设备临床应用方面的历史性突破，填补了国内空白。

自开机治疗以来，来自全国各地的303名患者在这里接受重离子治疗（含临床试验46例）。投用第一年治疗病人数量达到国内外著名重离子中心同等水平。开诊以来，创造了国内首例重离子治癌“旁观效应”和“远隔效应”；率先在国内开展了重离子乳腺癌治疗；开展了全球首例重离子膀胱癌治疗；抢救了数名多脏器转移的重症肿瘤患者。此外我中心还聘请了台湾地区肿瘤放射治疗前主任委员任益民教授，台湾长庚医院首席物理师吴嘉明教授等著名专家长期在武威工作。近十年来，50多名医务人员在美国、德国、日本、上海等地完成了重离子相关专业进修。

自正式临床治疗以来，已开展了多例仅照射1-3次就完成治疗的病例。治疗病种有中枢神经系统肿瘤：胶质瘤、脑膜瘤、听神经瘤、颅底肿瘤、脊索瘤；头颈部肿瘤：眼部肿瘤（视网膜母细胞瘤、眼黑色素瘤）、鼻咽癌、口腔癌、咽癌、喉癌；胸腹部肿瘤：肺癌、乳腺癌、食道癌、纵隔肿瘤、肝癌、胰腺癌、肾癌；盆腔肿瘤：前列腺癌、膀胱癌、直肠癌、子宫肿瘤及其他不能切除的盆腔肿瘤；各类骨和软组织肉瘤。治疗患者来自北京、上海、香港、广州深圳等20个地区。治疗结束的患者，疗效显著，耐受性良好。

张雁山，兰州大学2009届博士，放疗科主任医师及肿瘤外科主任医师，武威肿瘤医院副院长，武威重离子中心主任，重离子病区主任。长期从事肿瘤的临床及科研工作，2004-2014任胸外科主任；2015年从事重离子工作，主持及完成省科技厅重大专项计划等省市级科研课题多项（如1.甘肃省科技厅重点研发项目：【2019】重点研发计划-社会发展类，19YF3FH001，重离子治疗中心项目建设，立项金额200.00万元；2.甘肃省科技重大专项计划，143FKDH002，武威市重离子治疗肿瘤技术临床应用；2014.01-2016.12，330万。以第一作者发表SCI文章16篇。熟练英语，经常参加重粒子治疗国际学术交流。