质子治疗的基本原理及优点

什么是质子治疗？

想象一个196吨的杀灭肿瘤机器，这个庞然大物能够以亚毫米的精确度瞄准患者肿瘤而不伤害周围健康组织，同时还能够将副作用降至最低。简而言之，这就是质子治疗。

多年来，常规放射治疗不断发展和改进，能够有效地控制许多癌症。然而，由于X射线沿出束路径释放能量到肿瘤靶区及以外区域，并会照射到肿瘤部位前面和后面的健康组织。这种“射出量”照射会损伤肿瘤附近的正常组织或器官，可能会在日后导致健康问题。

质子治疗的优点是，医生可以控制质子释放其足以杀灭肿瘤细胞的能量的位置。质子穿过人体时，能量释放的最高点叫做“布拉格峰”。医生可以指定布拉格峰的位置，对靶区肿瘤细胞造成最大打击。质子束与肿瘤的形状和深度相适形，同时保护健康组织和器官。

为了尽量减少治疗过程中的方位性误差，减少对正常组织的损害，对于发生在如肺等随呼吸而律动的脏器内的肿瘤，医院采取了“呼吸同步照射”治疗系统。帮助患者调整和保持均匀的呼吸节奏后，在每一次呼气完结的瞬间进行质子束照射，大大地保证了治疗的精确度。

它的作用机理是什么？

了解质子治疗作用机理的最好方法就是了解一下质子加速器或同步加速器以及束流传输系统的内部物理学和工程学。质子的旅程始于离子源。在不到一秒的时间内，氢原子就被分离成带负电的电子和带正电的质子。质子经由真空管注入线性加速器，在仅仅几微秒内，质子的能量就能达到7百万电子伏。质子束进入同步加速器时，会留在真空管，由于加速，其能量会增加到共7000万至2.5亿电子伏，这足以将束流置于患者体内的任一深度。离开同步加速器后，质子会经过由一系列磁铁组成的束流传输系统，适形、聚集并引导质子束到相应的治疗室。

为了确保每个患者能够安全高效地接受医生处方的治疗，治疗设施是由计算机和安全系统组成的网络控制的。机架能够360度旋转，可以从任何角度发射质子束。

质子通过机头时，经一特制装置（准直器）对质子束进行塑形后，再经另一特制装置（补偿器）对质子进行三维塑形并发送至肿瘤所在深度。

笔形束和调强质子治疗

笔形束技术和IMPT依据质子治疗的优势而研发。由于一个质子束仅有几毫米宽，这些先进质子治疗方式结合了精确和高效的优势，治疗患者肿瘤的能力出众，能最大限度地减少对患者生活质量的影响——包括治疗期间和治疗后。复杂的治疗计划系统和大量的磁铁能够引导狭窄的质子束将放射剂量一层一层完美“勾绘”。

笔形束能非常有效地治疗多数的复杂肿瘤，如前列腺、脑部、眼部，以及儿童肿瘤，同时不会伤害健康组织和其它重要部位。 IMPT能够将强有力且精确剂量的质子送达复杂肿瘤部位或者邻近脊髓或嵌入头颈部或颅底的凹型肿瘤，包括鼻腔、鼻窦腔、口腔、唾液腺、舌、扁桃体和喉。

谁会从质子治疗中获益？

质子治疗适用于有明确边界的实体肿瘤，即没有扩散到身体其他部位的肿瘤。质子治疗无需手术，是不可手术肿瘤的理想治疗方法。

质子治疗的优势

质子治疗使癌症专家能够用以令人难以置信的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，同时不伤害肿瘤附近的健康组织和身体重要部位。患者报告的副作用通常较少。一般来说，一旦治疗结束，治疗期间出现的副作用会很快消失。

质子射线进入患者体内后时间非常短。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。

患者通常会在质子治疗期间和治疗结束之后保持较积极的生活方式。许多患者在质子治疗期间仍可继续工作和锻炼。

物理特性

X射线和伽马射线属于光子波（电磁波），进入人体时不停止于体内，而是穿越人体。

但是将质子（氢核）加速到接近光速时，进入体内后可在不怎么耗损能量下抵达特定组织深度，并在粒子的动能趋近于零时，向周遭瞬间释放最大能量。

这就是所谓质子治疗的物理特征「布拉格峰」。只要能将最大能量「布拉格峰」很好地调整到肿瘤上，那么与X射线相比，它能大幅地降低从体表到肿瘤部位的多余辐射。另一个优点是它不会造成肿瘤后方的正常组织受到任何照射。

生物特征

为什么放射治疗能够杀死癌细胞呢？事实上，放射线照射不是用辐射能量来燃烧癌细胞（0.1°C升温不会发生），也不是透过手术切除肿瘤（无痛感），而是破坏癌细胞的遗传基因。

X射线被认为低LET（直线能量转移），而质子射线（粒子射线之一种）是中LET（直线能量转移）。

因此与X射线相比，粒子射线更能伤害肿瘤细胞的DNA 双螺旋结构，杀伤力强，肿瘤细胞不易死灰复燃，比其他传统放射治疗能更有效地治疗顽固型癌症。