质子治疗

p 　　为全面了解我国质子放疗设备研发情况及产业发展趋势，为国家重点研发计划“数字诊疗装备研发”重点专项的组织实施提供建议，生物中心于2018年5月9日在北京组织召开国产质子放疗设备研讨会议。生物中心董志峰四级职员、“数字诊疗装备研发”专项专家组部分专家、项目有关单位代表、生物中心化学药与医疗器械处相关人员参加了会议。会议由化学药与医疗器械处负责人主持。 /p p 　　会上，董志峰首先介绍了本次会议召开的背景和目的，专项专家组组长王卫东研究员介绍了“数字诊疗装备研发”重点专项质子放疗方面的部署情况。随后，与会专家围绕质子和重离子的优劣，回旋和同步两种加速器治疗系统的技术差异、共性问题、发展趋势等方面展开了讨论。会议形成了以下几个方面的共识： /p p 　　一是基于回旋加速器和同步加速器的质子治疗装置，无论是流强、性能、防护以及治疗效果方面，均各有优势及不足，对两项技术进行布局都具有合理性，应同步关注。二是小型化、紧凑型、经济型是质子治疗装备的发展方向之一。三是对重离子治疗的技术和产业化应积极进行布局。 /p

p 　　提到“质子治疗”，大多数人可能首先会联想到化学原子核中的质子，恰恰是这种微小的粒子，将其应用于癌症治疗上，能取得意想不到的效果，且已经成为目前最先进的癌症治疗技术。 /p p 　　近日，《自然》就刊发了一篇综述，归纳了质子治疗肿瘤的现状和最新进展，为了能让更多癌症患者获得质子精准治疗，专家们提出了三种建议方案：缩小加速器基建规模、更加精准质子、拓展医保覆盖范围，最终把质子治疗肿瘤作为抗癌首选方案之一，让更多患者获益。 /p p 　　质子治疗最早于1946年首次被提出，1954年，美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究团队进行了世界首例肿瘤患者的质子治疗。此后，美国、欧洲、日本等相继开始了质子在医学领域的研究，但直到1988年，质子治疗才获得了美国FDA的批准，质子治疗从此开始在肿瘤治疗领域大放异彩。 /p p 　　目前，全美有20多家癌症质子束治疗中心，包括MD安德森肿瘤中心、梅奥医学中心、麻省总医院肿瘤中心、宾夕法尼亚大学附属的癌症质子束治疗中心和佛罗里达州医疗联合机构附属质子束治疗中心等。 /p p 　　2015年5月8日，我国首家质子重离子医院——位于上海国际医学园区的上海市质子重离子医院正式运营，截至到目前，收治患者已突破1000例。 /p p 　　 strong 质子治疗的原理 /strong /p p 　　所谓质子治疗，就是将失掉电子的氢原子原子核，利用回旋加速器或者同步加速器加速到光速约70%，以这种极快的速度穿透到人体内部，到达癌细胞所在的特定部位，速度突然降低并停止，释放出最大能量，产生“布拉格峰”，将癌细胞杀死，同时有效地保护周围正常组织，且副作用小。比如当肿瘤直接与重要器官或结构如脊髓、视神经、心脏等相邻，质子治疗依然能在有效治疗肿瘤的同时保护这些重要器官或结构的功能，这在常规辐射治疗中是不可能的。 /p p 　　同时，质子刀对比其他放射手术方法，其穿透性能强，对病灶的定位效果是最佳的，机器操作的精准度也最高，其对病灶外区域造成的辐射量少，降低诱发二次癌症的几率。与质子治疗相比，X射线治疗诱发第二原发肿瘤的风险高出12倍，接受质子治疗后的患者能拥有更好的生存质量。国外临床治疗数据表明，质子治疗肿瘤有效率达到95%以上，五年存活率高达80%。 /p p 　　此外，质子刀还可以适用于肿瘤复发的治疗，肿瘤之前经过放射治疗后复发，可以再次接受质子治疗，只需要控制质子束的剂量和浓度，这在传统放射治疗中是不可能的。 /p p 　 strong 　质子治疗的优势 /strong /p p 　　临床上，质子束疗法通常可以治疗前列腺癌、头颈部肿瘤、部分儿童肿瘤、胰腺癌，甚至部分早期乳腺癌和肺癌等。 /p p 　　比如，对于早期前列腺癌患者而言，放疗是常见的用于局部前列腺癌的根治性治疗方法。临床试验证明，高放射剂量可以取得更好的治疗效果。然而，对前列腺放射剂量的递增也增加了对于临近正常组织损伤的风险。在外照射放疗的治疗过程中正常直肠的暴露剂量与治疗并发症相关，多表现为直肠出血。因此，病灶区最大剂量同时周围直肠最小化剂量是放射治疗的理想追求。 /p p 　　同样的问题也存在于肺癌的放射治疗中。放疗在转移性肺癌的治疗中起着重要作用，单纯放疗可以治愈Ⅰ期非小细胞肺癌(NSCLC)。放疗也可作为综合治疗的组成用于治疗局部晚期 NSCLC。根治性放疗中需要采用大剂量照射，治疗和剂量必须在预期的治疗毒性与实现肿瘤局部控制的可能性之间取得平衡。 /p p 　　事实上，为了限制辐射损伤邻近正常组织的风险，放疗往往达不到杀死肿瘤的剂量，但质子治疗就能达到上述目的。 /p p 　　《自然》刊文认为：质子治疗癌症对患者的获益还是可预测的，随着质子加速器等技术进步，从质子治疗中获益的患者数量也会增加。 /p p 　　 strong 《自然》刊文指出质子治疗的四大问题 /strong /p p 　　虽然质子治疗比较与传统放射治疗有着无可比拟的优势，但是其依然存在几大问题。 /p p 　　上述提到的《自然》刊文就指出，相对于常规X-射线放疗而言，质子治疗费用至少高出2-3倍，这对于来自普通家庭的患者来讲，这笔高昂的医疗费用是难以承担的，并且未全部覆盖到医保，比如，目前上海质子重离子医院一个疗程的费用是在27.8万元，只能走一些商保渠道。 /p p 　　还比如在美国，虽然医保覆盖了部门部分癌症质子治疗，但是保险公司对于质子治疗适应症患者的选择十分苛刻，有近30%的患者被拒之门外，保险不承担费用，主要原因是临床治疗中提供有明显疗效的临床数据太少，这就形成了一个恶性循环：患者个人的医疗保险不负担，相关临床治疗也很难开展下去。 /p p 　　对于患者而言，质子治疗的医疗费用难以承担，而对于医院来讲，质子设备同样难以承受。 /p p 　　自20世纪90年代以来，加速器的重量从上百吨降到了20吨，加速器直径也缩小了3倍，迄今为止最小的质子治疗加速器直径不到2米，与一张特大号床相当。但是，与旋转机架和其它辅助设备加在一起，即使是最为Mini型质子治疗系统也要占用几百平方米面积，也比一般传统的50平方米治疗室大几倍，目前，多数医院缺乏建造质子治疗专用机构的资金和空间，这些是现实问题。 /p p 　　同时，质子治疗还存在一个更精准度的问题，有医生表示，目前质子束能精确在0.5厘米内，这与X射线类似，将质子束的精密度从厘米精准到毫米级将是下一步必要的技术更新。尤其在治疗肺部和肝脏肿瘤时，肿瘤所处位置是一个移动部位，这将是另一艰难的技术挑战。 /p p 　　此外，精通质子设备安装和调试的专业技术人员以及擅长质子治疗技术医生的短缺也是一大问题。 /p p 　　 strong 改进建议和最新进展 /strong /p p 　　治疗费用方面，《自然》刊文指出保险公司应建立“参考定价”模式，为有相似治疗效果的不同治疗方法建立统一支付标准，这将有助于在新的临床应用中收集质子治疗临床数据。 /p p 　　在设备方面，目标是把质子治疗设备安装在一个房间内，医院可以不另建造治疗室，这样更便于医院更新换代现有的X射线治疗装置，同时，如果一台质子加速器设备价能格降低到500万美元，那么普及应用质子治疗的时代也就不远了，相应地治疗费用也会不断降低。 /p p 　　在精度方面，目前已经探究出几种测量质子束的方法，当质子与原子核相互作用时，它们发出可跟踪的γ射线，当组织器官受到质子脉冲照射加热产生膨胀和收缩时，会释放声波。这种技术在实验环境中可以使质子束精确在几毫米范围，但尚未在临床治疗中应用，克服在临床治疗中的技术障碍需要医疗科研机构、医生和患者的共同努力。 /p p 　　对于专业技术人员和医生的短缺，《自然》刊文提出解决方案之一是使质子治疗工作流程与传统的X射线治疗类似，可以借用现有的放疗医生和技术人员，另一种方法是更多地依靠人工智能和全自动化，通过专家指导系统形成一个AI系统进而指导患者治疗过程。 /p p 　　值得一提的是，《自然》刊文还提到了质子治疗的三项最新进展：质子笔形束可以将辐射剂量准确地照射到实体肿瘤上，减少了从多角度照射患者的必要 快速成像方法可以检测患者位置的微小变化，进而改变光束的精准区域 运用可延展材料制作的“软体机器人”，利用其机器人手臂，对患者进行快速且舒适地定位，减少医生频繁进入治疗室的机会。 /p

武汉大学医学物理团队针对目前的肿瘤放射治疗手段——闪疗（FLASH），首次在国际上提出了一种应用于质子闪疗技术的快速单层单次扫描技术（基于自主设计的静态和动态的脊形滤波器），可大幅缩短质子笔型束扫描时间。该方法能够满足FLASH所要求的高剂量率的同时，提供与标准的调强质子治疗可比的剂量分布，同时大幅缩短常规笔行束扫描时间，有望推进质子闪疗的临床转发步伐。相关研究成果以“基于脊形滤波器的质子闪疗”为题，近日发表在放射治疗的权威期刊《医学物理》。论文第一作者为武汉大学医学物理专业博士生张国梁，通讯作者为武汉大学教授彭浩。该项目由武汉大学、解放军总医院第五医学中心和无锡新瑞阳光粒子医疗装备公司共同参与。目前全球质子治疗中心和治疗患者数目的年增长速度超过15%，近年来在中国也进入了一个高速的发展阶段，多家肿瘤治疗机构都在筹建质子中心。质子闪疗有望在未来肿瘤治疗中扮演重要的角色，也为国产质子治疗相关技术赶超世界领先水平提供了机遇。据彭浩介绍，闪疗是一种在超高剂量率下进行的超快速放疗手段。和传统剂量率照射相比，闪疗可以在不改变肿瘤控制效果的同时，减少辐射对正常组织和器官的损伤。闪疗效应的一种可能解释是高剂量率导致组织中的氧气耗竭，使正常组织产生辐射抵抗，其他解释包括活性氧化物质和免疫反应。质子放疗由于其先天的剂量率和布拉格峰的优势，是FLASH临床应用的首选。在国际上，质子设备厂商（如IBA，VARIAN等）和诸多质子中心都在开展相关研究，如瑞典的IBA公司给出了基于Hedgehog的解决方案，美国的Varian公司也提出了类似光子放疗中多叶光栅的动态束流调制方案，其目的均为实现快速的束流调制。针对此问题，武汉大学医学物理团队与国产质子设备商新瑞阳光合作，首次提出了一种新型用于质子FLASH的扫描方案。质子笔型束扫描时间长的原因在于，多层能量切换时间（秒级），难以满足闪疗所需的瞬时高剂量率的要求。研究团队设计了一种单能量单层束流扫描技术，通过自主开发设计的脊形滤波器，可以一次照射完成束流调制和适形实现瞬时高剂量率的质子闪疗。相比IBA和Varian两家国外厂商的方案，研究团队的方法真正做到了基于Dose而非Fluence的调强，能在保证高剂量率的同时做到治疗靶区内的剂量适形，也能大幅的缩短治疗时间。以头颈部和肺部肿瘤为例，相比于传统的质子调强治疗，扫描时间可缩短5—10倍左右。相关论文信息： https://doi.org/10.1002/mp.15717