质子重离子放疗是什么？德国马尔堡质子中心介绍

　　近些年来，质子重离子治疗因具有精准靶向肿瘤病灶、杀伤力强、对身体的损伤小等特点，越来越受到脑瘤患者的关注和认可。什么是质子重离子？通俗的说，就是质子重离子在到达肿瘤病灶时，“定向爆破”集中释放能量，以杀灭实体肿瘤病灶。粒子线治疗技术是放疗中的一种，是国际公认的放疗尖端技术。

　　质子重离子治疗备受重视的主要原因是其毒副作用低、肿瘤控制率高。尤其是对于一些常规传统放射线化疗不适用的肿瘤，该项治疗技术的出现和兴起无异于“雪中送炭”。质子对于肿瘤细胞的杀灭效应是传统放射线化疗的1.1~1.2倍，而重离子则是传统放射线化疗的2~3倍。质子即氢原子剥去电子后带有正电荷的粒子。重离子即碳、氖、硅等原子量较大的原子核或离子。质子或重离子经由同步加速器加速至光速的70%后，引入治疗室射向人体，在达到既定治疗靶区前，射线能量几乎不被释放，到达病灶后瞬间释放大量能量，即形成“Bragg”峰的能量释放轨迹。实现在对癌肿病灶进行强有力照射的同时，其他周围正常组织几乎不受照射。

图示：质子的布拉格峰，能量在进入体内一段距离后才达到峰值，之后迅速减少

　　质子和重离子治疗是一回事吗？

　　质子治疗：破坏癌细胞的 DNA 单链，细胞有修复的可能性;重离子治疗：破坏 DNA 的双链，使癌细胞完全没有修复的可能性，达到彻底“杀死”癌细胞的目的。由于重离子对癌细胞有更强的杀伤力，所以它的治疗时间比质子短，平均为质子治疗的一半时间。同时重离子设备的投资是质子的两倍，所以重离子治疗医院比质子治疗要少很多。

　　质子治疗设备及建设费用相对重离子较低，所以全球范围内的质子治疗中心相对要多的多。对于儿童肿瘤，质子治疗已在医学界达成共识。重离子治疗，由于重离子射线的杀伤力较质子射线的杀伤力要高，所以对于体积较大的肿瘤细胞，重离子射线的杀伤力要强于质子射线，疗效更好。

　　绝大多数脑肿瘤以手术切除为主，术后再配合进行辅助放化疗，质子重离子治疗作为当前新兴放疗手段的一种，其对部分脑肿瘤具有一定的治疗优势。以胶质瘤为例，2019年发表在《International Journal of Radiation Oncology * Biology * Physics》 上的质子治疗临床研究回顾了2007年至2017年间接受前瞻性研究并经质子治疗的174例非转移性低级别胶质瘤儿童（≤21岁）的病历。中位年龄为10.2岁（范围2-21），58％的肿瘤为世界卫生组织1级，30％为2级。结果显示局部控制、无进展生存期和总体生存期的5年精算率分别为85％，84％和92％。

　　传统X射线放疗 PK 质子重离子治疗

　　传统X射线放疗的穿射效应会导致肿瘤治疗靶区后方正常组织的损伤，例如：脑组织、肺组织、心脏/胃肠道以及造血系统的骨髓；而质子治疗的布拉格峰优势可以完全保护这些组织器官免受照射，做到以最小的代价对肿瘤进行有效的治疗。

▲通常的放射治疗射线会穿透肿瘤组织进而破坏正常脑部组织（左），而质子疗法能够让质子束仅作用于肿瘤组织（右）

　　由于质子治疗非常精准，因此用质子治疗进行脑瘤治疗可以针对目标肿瘤进行高效且可能更高剂量的射线照射，而对周围组织的损伤则更少，从而降低了因放疗而出现新的神经功能缺损，激素缺乏或智力障碍的风险，极大限度地控制肿瘤，同时极大程度地减少附带损害，提高治疗效果。

图1（左）：单个质子进入人体并在单个点处沉积其大部分能量，这种现象称为布拉格峰。肿瘤学家能够通过控制质子的速度来控制深度。此外，可以将质子分层“堆叠”以覆盖肿瘤生长的区域，从而将辐射直接集中在肿瘤部位，而对周围健康组织的损害最小。

图2（右）：常规（高能X射线）放射治疗与质子治疗的放射量比较。常规疗法的特征在于较高的进入剂量和退出剂量，肿瘤周围组织会受到不必要的射线照射。相比之下，质子疗法的进入剂量低得多，而没有退出剂量，使得有效剂量都集中在肿瘤部位

　　总体而言，脑肿瘤质子重离子治疗的对比优势包括：

　　1.微创精准治疗脑瘤：质子治疗可以精度匹配肿瘤的形状进行精确治疗，可将更高的剂量直接送达目标位置——癌细胞，并保存周围组织。到达肿瘤后面及周围的组织的剂量可减至近0Gy，因此不伤害肿瘤附近的健康组织和身体重要部位。

图示：传统放射线化疗（1、2）和质子重离子治疗（3、4）的剂量分布对比图，质子重离子治疗更加精确有效，且能保留重要的功能结构（A–眼睛，N-视神经，R–脊髓/髓质，C–视交叉，H–脑干）。图片来源：马尔堡质子重离子治疗中心MIT

　　2.副作用少：引起放射性损伤的概率低，保护周边正常组织，不受放射性损伤一旦治疗结束，治疗期间出现的副作用都会很快消失。尤其对于儿童脑瘤患者来说，可以避免有常规化疗引起的听力丧失、认知功能障碍、智力影响等。

　　3.治疗便捷：质子重离子治疗通常是一种门诊治疗，平均照射需要20次，每次只需几分钟（个体会存在差异，数据来自马尔堡质子重离子中心）。治疗时间短，治疗结束就可以离开医院。另外，质子射线进入患者体内后寿命非常短，患者完成治疗后，可以离开治疗室，不会给他人带来任何风险或辐射暴露。

　　4.降低二次肿瘤的发病率:以头颈肿瘤为例，常规放疗比质子治疗的辐射剂量高出25Gy，这意味什么呢？25Gy=你做了12500次头颈CT，增加96%罹患二次肿瘤的风险。同时，常规放射线治疗在人体浅表处剂量高，具有穿透人体的特点，照射面积广，因此它对健康组织的辐射也是一个致癌原。另外，有数据显示，传统放疗(X线)对儿科肿瘤来说，出现由放射导致的二次肿瘤的风险达是25%，质子在肿瘤外部所释放的放射源以及二次癌症的可能性被降低，这对儿童来讲是十分重要的。

　　5、生存质量高：提升对脑肿瘤局部的控制，部分脑瘤患者的5年生存率和术后生存质量显著提高，除了特别适用老人与儿童，也适用于一些因并发症无法手术的患者。治疗后的生活一般不会受太大影响。

　　哪些脑肿瘤适合质子重离子治疗？

　　除了脊索瘤，以下这些脑肿瘤术后也适合进行质子放疗，临床上也已有相关的临床研究证明：质子治疗对于术后控制肿瘤复发具有一定的积极作用，因其安全性和副作用小，对于老人和儿童群体尤为适用。

　　5、小儿脑肿瘤：小儿毛细胞星形细胞瘤（JPA）、髓母细胞瘤、生殖细胞瘤等。

　　对于儿童脑肿瘤的质子治疗，INC世界神经外科顾问团成员、世界颅底肿瘤手术大师德国Helmut Bertalanffy（巴特朗菲）教授特别指出，术后需要放疗的脑肿瘤患儿应选择质子治疗，其效果更佳、副作用更小，更能显著改善脑瘤患儿预后，且能降低脑干受损的风险，对孩子健康组织和重要器官的伤害较小，不会影响孩子的正常生长发育，可以避免生长和发育缺陷等。

（INC德国巴特朗菲教授曾建议一位小患者术后做质子治疗）

　　另外，需要指出的是，被誉为脑瘤利器的质子重离子治疗相对于普通放疗有特定的优势，一部分肿瘤确实可以仅通过质子放疗达到很好的控制效果，当然还有一些肿瘤情况特殊，质子治疗只能起到局部作用，还需要配合其他治疗进行进一步的杀灭，以达到更好的控制效果，比如化疗、靶向治疗、免疫治疗等手段。针对不同部位的肿瘤还需要特殊情况特殊分析。

　　全球领先的质子治疗中心有很多家，大多集中在日本、欧洲、美国等地。其中，欧洲以与INC合作的德国马尔堡离子束治疗中心（MIT）极为出名，马尔堡离子束治疗中心是第三个欧洲离子束治疗系统。该质子中心提供了一种用于治疗肿瘤的创新技术，质子和碳离子治疗非常有效，可为那些以前用放射疗法难以控制的肿瘤患者提供新的治疗选择。在对肿瘤进行放射治疗的情况下，即使对于大剂量或复杂的治疗方案，粒子放射的使用可以最佳保护处于危险中的器官，如视神经，心脏，肺，肝或肾。

　　德国马尔堡质子重离子治疗中心该中心建于马尔堡大学医院的院区内，占地7500m2，地上2层，无地下层（地下是岩石）。治疗中心共设4个治疗室，每个治疗室配备1个束流头，均为固定束，没有旋转机架。3个治疗室为水平束，其中有一个用于研究，另一个为45°粒子束治疗室。治疗中心布局合理，设施完备，共分为接诊区、准备区、治疗区三大部分。接诊区域色调柔和，采用阳光谷设计，自然光线充足，充满了对肿瘤患者人性关怀的设计细节；准备区域设计了医患分开的双通道，为每个治疗室配备了两个准备室，用于治疗前患者的固定；治疗区域有明确的放射警示标志和钢门辐射防护，治疗车沿地下铺设的磁铁轨道进入治疗室，不会产生偏差，有利于精确定位。

图示：马尔堡质子重离子治疗中心，独特的建筑设计，以消除患者对于治疗的恐惧心理。建筑设计来自于Hammeskrause建筑师集团

　　精确、高效、温和，几分钟精准摧毁毫米级肿瘤

　　马尔堡质子重离子治疗中心除了质子治疗，还可以提供带碳离子的重离子放疗，是德国唯一两所质子重离子治疗中心之一。与传统放射线化疗和质子治疗相比，碳离子治疗的特点是生物效力显著提高，因为辐射组织的能量释放密度更高（所谓的高-LET效应）。马尔堡质子重离子治疗中心原子(氢原子)或重离子(碳原子)一个直径约22米的同步加速器将能产生所需的粒子能量。这个区域承受着超过75%的光速，并进入治疗区域进行治疗。换言之，它可以将离子加速到光速的70%以上，从而摧毁精确的毫米癌症组织，治疗只需几分钟。这些重离子深入体内长达30厘米，不会对人体的正常组织造成损害。只有在肿瘤中，它们才会对癌细胞产生毁灭性的影响。治疗比x射线治疗效率高达90 %。因为离子束可以精确定位毫米，这种疗法特别适用于在任何情况下都不能破坏的靠近神经和器官的肿瘤。与专门使用效力较低质子的治疗中心比较普遍，同步使用质子和碳等重离子的设施的中心却很少。

　　马尔堡质子重离子中心治疗设备

　　马尔堡质子重离子治疗中心有4间质子重离子治疗室，其设备基本相同。前3间是水平束流治疗室，光束出口是水平的；第四个房间是45度束流治疗室。满足不同种类、不同位置、不同深度的肿瘤定位和照射需求。

图：马尔堡建筑图，展示了马尔堡离子辐射治疗中心的平面图在同步器中离子可以承受最大的磁场导致超过75%的光速(照片来源:MIT)

　　通过一个由台式机器人、吊顶机器人和复杂的，面向治疗的软件组成的系统，可以确保患者正确的体位。台式机器人可以将其台式移动到计划的位置，精度达到亚毫米。每次照射前，在专业人员的监督下，使用吊顶机器人上的X射线系统，检查患者是否正确躺在治疗台上，并在必要时进行修正。

病人被放置在辐射台上，由计算机控制的机器人精确地调整。

体位监督：在辐照开始之前，使用基于机器人的数字X射线系统生成图像。计算机程序会根据辐射计划CT数据集将这些图像与数字重建的X射线图像进行比较，以确保对患者进行准确的调整。

　　加速器设施：从离子束源到患者

　　在粒子治疗用质子和碳离子进行辐照。以下步骤说明了我们的粒子治疗系统中离子束从生成到对患者产生效应的路径：

　　1.离子源

　　粒子在离子源中产生并开始加速，质子和碳离子个有独特地离子源。带正电地原子，即所谓的离子，是由气体分子产生的。氢气用于提取质子，而二氧化碳用于提取碳离子。然后以24000伏的高电压提取离子，并在随后在粒子制导中将其加速并分离，从而创建单一类型的粒子束。与加速器的其余部分一样，粒子束在真空中传输以避免粒子束损失。

　　2.直线加速器

　　第二加速段包括两个高频加速阶段。在这些所谓的空腔中，高频电场将粒子束加速到光速的12％左右。电磁铁用于引导和捆扎（聚焦）颗粒。

　　3.同步加速器

　　从直线加速器出来后，十二个30°磁铁将离子束压到圆形路径上。离子的速度在一秒钟内和大约一百万个轨道内增加到光速的70％以上。加速过程可以在不同的速度或能量下停止。因此可以控制粒子束在组织中的穿透深度。

　　同步加速器有两大优势：首先，质子、重离子能量可随时调节;其次，同步加速器发射的射线对机房几乎没有污染，90%以上的射线皆可用于治疗，停机后15分钟即可进难以实现能量的随时调节，停机后24小时方可进入机房。

　　4.光束引导

　　在前往治疗室的途中：在真空管内，治疗束被电磁体制导并聚焦，最终到达所需的治疗区域。

　　马尔堡质子重离子治疗中心已经治疗了无数患者。对这些患者来说，这一疗法取得了巨大成功：通过质子重离子治疗，医生们不但救了他们的命，避免了传统放疗的各种副作用和并发症，降低了肿瘤复发的风险，还使他们省下了数周的痛苦以及漫长的康复过程，甚至没有感觉任何不适，副作用也很少发生。当前在全球疫情防控的特殊时期，马尔堡质子重离子治疗中心仍可正常接诊来自全世界的患者，追求更高术后生活质量和更佳预后的国内患者可通过INC国际神经外科联系预约前往德国进行质子治疗，更多详情欢迎拨打400-029-0925了解具体流程。

　　相关资料来源：https://www.mit-marburg.de/

• 文章标题：质子重离子放疗是什么？德国马尔堡质子中心介绍
• 更新时间：2021-07-02 11:44:42