2016年12月27日，第二屆全國重離子治療高端論壇在甘肅省蘭州市近代物理研究所召開，會上，胡逸民教授針對“何為輕離子”、“為什么要用輕離子”、“質(zhì)子與碳離子的異同點”、“質(zhì)子與碳離子的異同點”、“為何使用碳離子”、“為什么要使用旋轉(zhuǎn)機(jī)架”、“為什么要使用筆形束掃描”和“接近SBRT放療時代的到來”七個問題進(jìn)行了探討。
專家簡介
▲胡逸民教授
中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院協(xié)和醫(yī)科大學(xué)腫瘤研究所腫瘤醫(yī)院研究員、博士生導(dǎo)師、首席專家，中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會付理事長兼秘書長、中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)分會主任委員、國際醫(yī)學(xué)生物學(xué)工程與計算學(xué)報付主編、中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報常務(wù)編委、國際科學(xué)理事會中國委員會委員、國際醫(yī)學(xué)物理組織（iomp）中國理事、美國醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會（AAPM）會員、美國科學(xué)進(jìn)步協(xié)會（AAAS）會員。我國醫(yī)學(xué)放射物理學(xué)術(shù)帶頭人。
何為輕離子
Z=1~Z=6原子核離子稱之為輕離子（Light Ions）。在物理學(xué)中，習(xí)慣對離子質(zhì)量數(shù)大于質(zhì)子的所有帶點原子核稱為重離子（Heavy ion）。
當(dāng)用于腫瘤放射治療時，重離子束（heavy ions）系指元素周期表上第18號元素以前（Z=1~Z=18）的所有原子核離子，核物理學(xué)家稱之為強(qiáng)子治療（hardon therapy）,而醫(yī)學(xué)物理學(xué)家和放射腫瘤學(xué)家稱之為重粒子治療（heavy ions）,或帶電粒子束治療（charged particle therapy）。
綜合平衡各種因素，最適合用于腫瘤放射治療的為Z=1~Z=6的6個原子核離子，即質(zhì)子-碳離子，因其原子核質(zhì)量較輕，稱之為輕離子治療（light ion therapy）。
為何要用輕離子
有三個重要的因素決定射線的物理學(xué)和生物學(xué)特性，進(jìn)而影響放射治療的治療增益比（therapeutic gain factor，TGR）：
特定的射線，如X（γ）射線、高能電子束、輕離子等，進(jìn)入組織后其射線值（線性能量傳遞，LET，linear energy transfer）隨組織深度的變化。
特定的射線進(jìn)入組織后，因與組織原子的相互作用產(chǎn)生的次級離子（主要是次級電子）將射線能量傳遞給組織，即吸收劑量隨深度的變化。
細(xì)胞周期和乏氧細(xì)胞的放射敏感性對射線值的依賴性。
上述3個問題嚴(yán)重的制約著未來放射治療技術(shù)的發(fā)展。
質(zhì)子與碳離子的異同點
與質(zhì)子相比，碳離子的Bragg峰曲線更為尖銳，劑量集中度更高。原子核質(zhì)量越高，Bragg峰越窄。碳離子的物理劑量分布優(yōu)于質(zhì)子。
重離子的劑量分布在Bragg峰后方有一個“拖尾效應(yīng)”區(qū)域。這個區(qū)域集中了一些核子反應(yīng)后形成的非常輕的粒子，生物學(xué)效應(yīng)雖然很低，但確實存在。
通過使用同步加速器和掃描式多野照射，可以講這一影響降低到忽略不計的水平。
質(zhì)子、輕離子的RBE計算（A）、RBE（B、C）和束流半影（D）
為什么要使用碳離子
單個筆形束如果大小>5mm，那么質(zhì)子治療的半影很大，寬度可以接近Go60治療的半影寬度。這位筆形束掃描的實施帶來了很大的挑戰(zhàn)。因此有人提出仍然使用補(bǔ)償器。但是使用補(bǔ)償器無法實施調(diào)強(qiáng)放療。因此為了克服這個問題出現(xiàn)了許多新技術(shù)。其中之一是使用多葉準(zhǔn)直器，減少半影。而碳離子幾乎不存在半影。
質(zhì)子的RBE幾乎不變，碳離子的RBE隨能量變化而變化，生物有效性更高。碳離子RBE值取決于束流劑量、能量大小、離子類型、細(xì)胞類型和氧化情況。碳離子放療對于放射不敏感腫瘤更有效。
DNA雙鏈損傷效應(yīng)碳離子遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于質(zhì)子。文獻(xiàn)報道碳離子的DNA雙鏈斷裂達(dá)到80%以上。
為什么要使用旋轉(zhuǎn)機(jī)架
放射治療歷史上等中心照射（SAD）技術(shù)是固定源皮距照射（SSD）技術(shù)的一種進(jìn)步。
隨著Bragg峰的展寬，坪區(qū)劑量不斷增高，甚至高于峰區(qū)劑量。
必須使用等中心轉(zhuǎn)角照射，才能保持質(zhì)子、碳離子束的物理優(yōu)勢。
為什么要使用筆形束掃描
點掃描照射方式將腫瘤部位靶區(qū)分割為數(shù)十個到數(shù)千個點（SOBP），對每個點逐一照射。點掃描照射技術(shù)可以再靶區(qū)體積內(nèi)形成任意劑量分布，是精確粒子治療的關(guān)鍵技術(shù)。有了筆形束治療技術(shù)就可以實施調(diào)強(qiáng)治療。
近接SBRT放療時代的到來
分次劑量高：>2.5-8Gy （大分割治療）
>8Gy
分割次數(shù)低（1-5次）
提升生物劑量（BED）（BED＞100Gy）
提升腫瘤控制率
擴(kuò)展治療范圍
早期/復(fù)發(fā)/放射抗拒腫瘤
SBRT治療的挑戰(zhàn)
安全性-避免周圍組織的高劑量照射
精確性-靶區(qū)位置偏離會顯著降低腫瘤空置率和增加并發(fā)癥概率
，
