重離子治癌的發(fā)展歷程

1、重離子治癌的發(fā)展歷程  1895年，威廉·康拉德·倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線。這是一種非常容易穿透人體的短波電磁輻射。他很快便察覺到，沒有穿透人體的那部分能量會被人體所吸收，正是這部分能量為人體組織帶來了殺滅癌細(xì)胞的生物效應(yīng)。    從X射線被發(fā)現(xiàn)還不到兩個月時間，歐洲和北美就開始利用X射線拍攝活著的患者的內(nèi)臟照片，不僅如此，它更開始被用于治療惡性腫瘤等形形色色的疾病。正如我們現(xiàn)在所知，X光射束是高能光子形成的，在穿透人體時會失去其強(qiáng)度。因此，在治療人體深層腫瘤時，靶區(qū)體積的上游會吸收到相對更高的劑量，而下游也會接受到相當(dāng)多的劑量。盡

2、管如此，光子束在今天還是最為普遍的腫瘤治療方法。腫瘤的最新放射療法所采用的是直線加速器（Linac）一種瞄準(zhǔn)靶區(qū)，將電子加速至數(shù)十MeV，產(chǎn)生高能光子束的裝置。適形調(diào)強(qiáng)放療（IMRT）是使光子束瞄準(zhǔn)靶區(qū)，從多個不同方向進(jìn)行照射，以此降低治療體積外側(cè)的不必要的劑量。這種光子束治療一般被稱為“傳統(tǒng)型”的放射治療，與下文將要探討的質(zhì)子束和重離子等新型療法是有很大區(qū)別的。    上世紀(jì)50年代，LBNL制造出了6GeV（GeV：十億電子伏特）的同步加速器（Synchrotron）高能質(zhì)子同步穩(wěn)相加速器（bevatron） 。到70年代初期，已經(jīng)能夠?qū)υ有驍?shù)為6-18的粒

3、子進(jìn)行加速，使其能量可以達(dá)到用于放射線物理學(xué)和放射線生物學(xué)研究的程度。70年代，LBNL建造了一臺名為“貝巴拉克（Bevilac）”的復(fù)合型加速器。在這臺加速器里應(yīng)用了superHILAC（巨型重離子直線加速器），可以將更重的重離子射入高能質(zhì)子同步穩(wěn)相加速器（bevatron），其能量最大被加速至2.1GeV/核子?！柏惏屠恕睂①|(zhì)子或其它重粒子加速到具有足夠大的能量，使其能以高強(qiáng)度穿透人體深層，為深層腫瘤治療的醫(yī)學(xué)研究打開了更廣闊的天地。  重離子兼具優(yōu)異的物理學(xué)特性和生物學(xué)特性，可用來有效的治療腫瘤。與質(zhì)子束相比，重離子在透射過人體時，由于發(fā)生的散射很少，能量分散也很小

4、，劑量可以在射程結(jié)束后急劇地降為0。這就意味著，與光子束和質(zhì)子束相比，重離子的照射野的邊界寬度要窄得多。相比光子束和質(zhì)子束，重離子能夠更加準(zhǔn)確地描摹與重要器官相鄰的靶體積，從而可以把更多的劑量集中照射于靶體積上。在臨床上，重粒子治療在提高腫瘤控制率和減少正常組織并發(fā)癥的發(fā)生率上被寄予厚望。    1975年到1992年之間，加州大學(xué)舊金山分校的Joseph R. Castro教授與他的研究小組使用184英寸的同步電子回旋加速器所產(chǎn)生的氦束，以及利用“貝巴拉克”產(chǎn)生的更重的重離子的展寬布拉格峰，實(shí)施了人體腫瘤治療的臨床試驗(yàn)。他們所使用的重離子的范圍是4He28Si，

5、但使用最多的離子是20Ne。依照美國國家規(guī)約（NCOG/RTOG）接受治療的患者人數(shù)中，氦束約有700人，氖束約有300人，接受氦束治療的患者主要是軟骨瘤、脊索瘤、腦膜瘤和其他原發(fā)性顱底腫瘤。在使用20Ne束對發(fā)生于副鼻腔、鼻部、唾液腺等顱底范圍內(nèi)的病變的治療上，獲得了優(yōu)異的5年局部控制率。     HIMAC共有3個治療室，其中一個治療室同時擁有一根水平束和一根垂直束，其他兩個治療室分別擁有一根水平束或垂直束。除此以外還有二次（放射線）射束室、生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室和物理實(shí)驗(yàn)室，這些實(shí)驗(yàn)室均配備了水平束。直至目前（2010年2月），辻井博彥教授和他的工作人員們總

6、共治療了5189名患者。臨床成果顯示，碳離子束治療具有對腫瘤施予充分劑量的能力，并且對周圍正常組織的放射性影響在可接受范圍內(nèi)。被認(rèn)為對碳離子束的敏感性較高的腫瘤有：局部進(jìn)展性腫瘤、組織學(xué)上的非扁平上皮細(xì)胞腫瘤（例如腺癌、腺樣囊性癌、惡性黑色素瘤、肝癌、骨與軟組織瘤等）。利用碳離子束的特有性質(zhì)，辻井博彥教授和他的工作人員們對各類腫瘤成功實(shí)施了治療期間短，分割次數(shù)少的高劑量治療。上世紀(jì)70年代 美國開始臨床應(yīng)用1.重離子治療最初的臨床實(shí)驗(yàn)是在美國進(jìn)行的。上世紀(jì)70年代，美國的勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室開始將氖離子線應(yīng)用于臨床研究，獲得了不少新知。但在1993年由于資金困難和設(shè)備老化的原因，終止了治療。2.

7、 1984年 世界第一臺醫(yī)療專用設(shè)備“HIMAC”建設(shè)計(jì)劃啟動繼美國之后，作為第一個抗癌十年綜合戰(zhàn)略的一環(huán)，日本在1984年啟動了在放射線醫(yī)學(xué)綜合研究所（千葉縣）建設(shè)重離子治療裝置“HIMAC”的計(jì)劃。作為世界上首臺醫(yī)療專用設(shè)備，在日本開始了籌建。3. 1994年 開始利用HIMAC治療腫瘤耗時約10年建成的HIMAC，從1994年開展臨床試驗(yàn)以來，就開始致力于難治腫瘤的治療。在積累治療成績的同時，還同時進(jìn)行著照射技術(shù)提高和以普及為目的的小型化的研究開發(fā)4. 2003年  被認(rèn)可為先進(jìn)醫(yī)療2001年治療患者人數(shù)累計(jì)超過1000名，2003年被厚生勞動大臣認(rèn)證為高度先進(jìn)醫(yī)療（

8、現(xiàn)在的“先進(jìn)醫(yī)療”）。5. 2010年  普及型重離子治療裝置（群馬大學(xué)）開始投入治療伴隨著重離子治療的有效性被認(rèn)可，為了滿足全國癌癥患者的治療需求，在2002年開設(shè)了日本第二家重離子射線治療機(jī)構(gòu)兵庫縣立粒子線醫(yī)療中心。接著，2010年在群馬大學(xué)開始了重離子治療。群馬大學(xué)建成了第一臺普及型重離子治療設(shè)備，在重離子治療的普及方面邁出了一大步。目前，日本國內(nèi)三家治療機(jī)構(gòu)共治療了8000名以上的患者（截至2012年2月），重離子治療在日本癌癥醫(yī)療上始終占有著重要地位。以地區(qū)癌癥醫(yī)療的范本為目標(biāo)，群馬大學(xué)的普及型重離子治療裝置    作為日本最新型的重離子治療裝

9、置，在群馬大學(xué)設(shè)置了運(yùn)用普及型小型醫(yī)用加速器的重離子治療裝置，并于2010年開始了治療。這是日本繼放射線醫(yī)學(xué)綜合研究所和兵庫縣立粒子線醫(yī)療中心以外的第三臺重離子治療裝置。    這套設(shè)備的研發(fā)是以放射線醫(yī)學(xué)綜合研究所為主體進(jìn)行的，是首臺獲得技術(shù)驗(yàn)證的面向普及的小型重離子照射裝置。設(shè)施建筑為地上兩層，地下一層，占地面積約為2960平方米（約50m60m）。屬于小型化的設(shè)施，其大小僅為放射線醫(yī)學(xué)綜合研究所癌癥治療設(shè)備（HIMAC）的一半不到。    作為普及型建設(shè)的這套設(shè)施，未來可望成為日本各地建設(shè)重離子照射裝置的范例。群馬大學(xué)和縣內(nèi)的醫(yī)

10、療機(jī)構(gòu)合作，有效的利用這套設(shè)施，致力于在群馬醫(yī)療行業(yè)內(nèi)構(gòu)建完善而綜合性的的腫瘤醫(yī)療體制。日本國內(nèi)的重離子照射設(shè)備面積機(jī)構(gòu)大小比例（%）放射線醫(yī)學(xué)綜合研究所（HIMAC）120m65m100兵庫縣立粒子線醫(yī)療中心95m80m96群馬大學(xué)重離子照射設(shè)備60m50m38著眼于擴(kuò)大重離子治療適應(yīng)范圍的臨床研究    群馬大學(xué)擁有重離子設(shè)備在全國的大學(xué)里還是首例。以先進(jìn)的綜合性醫(yī)院醫(yī)學(xué)部附屬醫(yī)院為根基，通過提供重離子治療，力圖構(gòu)建更完善的綜合性癌癥醫(yī)療體制。發(fā)揮大學(xué)醫(yī)院的本來優(yōu)勢，有能力投入到重離子治療與其他療法的臨床比較試驗(yàn)、以及并用療法研究等的應(yīng)用研究上，可望取得有助于提高腫瘤療效的臨床研究進(jìn)展，如術(shù)后的遠(yuǎn)地轉(zhuǎn)移預(yù)防、進(jìn)一步提高生存率等等。    群馬大學(xué)通過靈活運(yùn)用普及型重離子治療裝置的高精度碳離子顯微手術(shù)技術(shù)的開發(fā)，在將重離子治療的適應(yīng)范圍擴(kuò)大到微小腫瘤，腦下垂體瘤等良性腫瘤和腦血管疾病方面，進(jìn)行著獨(dú)創(chuàng)性研究。下一代照射系統(tǒng)即將