扒一扒質子重離子的核心技術點

質子重離子射線治療腫瘤，是當今國際公認的最尖端放射治療技術。迄今為止，全球僅有12.29萬人接受過質子重離子治療，且主要集中在美國、日本、德國等少數發達國家。

據上海市質子重離子醫院院長郭小毛教授介紹，放射治療運用放射線「攻擊」腫瘤，使腫瘤細胞失去活性，以此來殺滅腫瘤。傳統的光子放療，可有效破壞腫瘤細胞，但照射後沿途不斷釋放大量能量，腫瘤前後的正常組織都不必要地接受了相當劑量照射，此外，腫瘤細胞損傷的修復率也較高。

質子和重離子這兩種粒子相比光子而言，質量較大，在物質內散射少、射線更為銳利，由此進一步減少了腫瘤周圍正常組織的照射劑量。重離子射線，還可通過切斷腫瘤細胞雙鍵DNA，使腫瘤細胞難以修復。因此，重離子對部分光子、質子射線治療不敏感的腫瘤，有較好療效。

核心技術一：同步加速器，最環保乾淨的粒子設備

作為醫院最為核心的部分，同步加速器直徑達21米，束流能量可以自由調節，其中，質子束流能量幅度在50Mev至221Mev，重離子束流能量幅度在85Mev至430Mev。加速器將上述粒子加速至光速的70%（約21萬公里/秒）後，束流進入治療室，能夠治療人體內30厘米深度的腫瘤。

引入同步加速器，是當時上海市委、市政府基於戰略考量後的重要決策。2007年10月，籌備小組前往美國考察，考察點主要是全球質子治療經驗最為豐富的加利福尼亞州洛瑪琳達大學醫療中心以及位於美國東部的麻省總醫院。多位專家提出建議，如果引進技術，建議引進同步加速器，而不是當時廣泛應用的回旋加速器。

相比回旋加速器，同步加速器有兩大優勢：首先，質子、重離子能量可隨時調節；其次，同步加速器發射的射線對機房幾乎沒有污染，90%以上的射線皆可用於治療，停機後15分鐘即可進難以實現能量的隨時調節，停機後24小時方可進入機房。來自中科院高能物理研究所等專家一致認為，上海引進的同步加速器，可謂最環保、最乾淨的質子重離子設備。

上海市質子重離子醫院內共有4間質子重離子治療室，其中1間45度束流治療室、3間水平束流治療室，由同步加速器發射而出的粒子束流，可通過治療室，滿足不同種類、不同位置、不同深度的腫瘤定位和照射需求。

核心技術二：呼吸門控技術，「hold住」運動中的腫瘤

更精準、更銳利，質子重離子在治療腫瘤時的顯著優勢，也會遭遇技術難點。肺癌、肝癌、胰腺癌，這些腫瘤運動會隨著呼吸運動而稍有移位。運動中的腫瘤如何知曉它進入照射「窗口」？在照射「窗口」的很短時間內，掃描能否完成劑量的全部覆蓋？針對這樣棘手的技術難點。過去粒子治療權威專家曾運用呼吸門控技術來解決。

所謂呼吸門控技術，即用先進的呼吸運動壓力感受器，將信號傳遞給計算機，計算機輸出信號到同步加速器，控制同步加速器開啟、關閉射線。呼吸門控技術，有效減少了射線對正常器官的放射體積，療效更精準。過去4年內，僅有德國海德堡大學一家應用過呼吸門控技術，治療一位肝癌患者。

學習掌握呼吸門控技術，專家團隊先從腫瘤是如何進入照射「窗口」入手。經過反覆在患者和醫生自身身體上的摸索實踐，專家們發現：訓練平穩呼吸，保持同一頻率和幅度，可讓腫瘤進入照射「窗口」，此外，腹壁呼吸探測器要放置在合適的部位，應該在患者腹壁皮膚標記探測器放置的位置，再根據壓力大小，調節腹帶鬆緊。

那麼，照射「窗口」怎麼設置？專家團隊經過反覆摸索，建立了工作流程：進行模擬機定位的四維CT掃描、測量腫瘤運動的幅度，並在「窗口」確定以下3個原則：選擇在呼氣末、「窗口」內腫瘤運動小於5毫米，能提供最長的射線給予時間。符合這三條原則，便可設置照射「窗口」。

團隊還用膠片來模擬實驗。把膠片「比擬」成腫瘤，放在模型里上下運動，使質子重離子照射，再沖洗膠片，測量劑量分布的均勻性。最終，團隊得出設計調節參數，同時確定門控「窗口」選擇在呼氣末；如腫瘤運動小於5毫米，劑量分布誤差可以接受，不會影響腫瘤治療。研究掌握了呼吸門控技術，隨後的臨床試驗中，有3例肺癌患者成功應用此技術實施了質子重離子治療，皆達到治療預期效果。

核心技術三：筆形掃描技術模擬分層腫瘤

如何讓質子重離子的治療更加精準、到位？筆形掃描技術是核心之一。質子重離子所產生的「布拉格峰」能量變化，一般單個寬度僅為幾個毫米，而可臨床治療的腫瘤直徑，許多都大於幾毫米，只有把多個「布拉格峰」疊加起來，方可覆蓋腫瘤。醫院引進的設備中，可選擇的單個布拉格峰寬度為3毫米、4毫米兩種，利用筆形掃描技術，可改變能量，使多個布拉格峰疊加，實現更精準到位的治療。

具體說來，筆形掃描即通過電子計算機，先將腫瘤模擬分層，再控制射線、改變射線的能量，繼而逐點、逐層掃描。2015年6月14日，首個臨床試驗病例為前列腺癌患者，筆形掃描技術的嫻熟應用，將腫瘤模擬分割成3毫米一層，層與層之間有重疊，如此，改變了射線的能量，最終該病例收穫較好療效。

核心技術四：患者定位和影像驗證系統，靈活機械臂擊中靶區

這項技術藉助計算機的高速處理能力、影像掃描設備，依託機械臂的靈活，可根據患者的平躺位置，經由影像設備成像、計算機處理後，自動調整機械臂至計劃位置，最終保證束流準確無誤地擊中腫瘤靶區。

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