质子重离子治疗方式有区别
首先要确认的是,质子治疗、重离子治疗是两种不同的治疗方式,分别为质子治疗和重离子治疗(也被称为质子刀和重离子刀)。目前较为先进的美国都采用质子治疗技术、日本则采用重离子治疗技术(提示:万杰肿瘤医院采用质子治疗肿瘤)
他们都属于放疗,与传统放疗原理相同,都是利用仪器将射线照射到肿瘤部位,通过能量聚集杀死肿瘤细胞。区别在于机器发射出来的粒子不同。质子的重量明显低于重离子(下图)
传统放疗:
左侧波浪形代表光子射线(是一种电磁波,无质量),例如x射线、伽马射线,常规的放疗就是这种射线;
质子重离子治疗:质子(Proton,来源于氢原子)和重离子(Heavy ion,来源于不同元素,目前主要使用碳原子)则是粒子形态,就是图片中右侧的小球,它们自身带电,同时也有质量。从图中可以看出,质子体积小,重子体积明显大很多。也可以把这两种粒子想象成为杀癌细胞的导弹:
质子和重离子的特点
质子体积较小、杀伤力小,对细胞造成损伤后,细胞还有机会自愈,一旦照射出现偏差还有修复的可能,可以认为比重离子安全;
重离子的体积大、能量多,杀伤的细胞会彻底死亡,无法恢复,相当于一把外科手术刀,但对照射的精准度要求就更高。所以患者需要甄别采用哪种治疗手段。
两种治疗各有优缺点,医生会根据具体情况选择合适的治疗方式。比如头颈部肿瘤、儿童肿瘤,可以选择更安全的质子治疗;体积大、恶性度高的肿瘤可以选择重离子治疗;
质子治疗肿瘤为什么效果好?
这是因为质子有着独特的特点——定点爆破
什么是布拉格峰?和定点爆破有什么关系?
简单说,布拉格峰(Bragg Peak)是一个物理名词,是用来形容粒子穿过障碍物时的能量衰减曲线。
上图列出了5种射线的能量衰减情况,其中伽马射线、中子、x射线(传统放疗)都是先高后低,也就是说随着深度变化,能量会逐渐衰减。
质子、重离子的能量是先低后高,到某个深度(图片举例为15cm处)时会形成峰值,然后迅速归零。和上面三种射线的衰减路径完全不同。
假设肿瘤位于身体中央,肿瘤中心距离体表10cm,需要100%的能量才能彻底被杀死。
传统放疗:如果用伽马射线,为了避免射线在进入身体(10cm路程)的过程中能量损失,只能提高初始能量,尽量让射线在到达癌细胞时还有100%的能量。
质子重离子治疗:利用布拉格峰效应,可以通过很低的能量照射进人体,然后在10cm的深度“引爆能量”,从而杀死肿瘤细胞,也称为“定点爆破”。在这个治疗过程中,对于周边组织的伤害,相较于传统放疗,会降到最低。特别适合没有手术条件的患者。
放疗科医生会根据对每位患者的评估,来调整照射计量。
实际临床中,普通放疗(左图)的照射剂量通常不会太高,并且随着能量消耗,肿瘤部位接受的能量偏低(蓝紫色);质子重离子治疗的能量值可以在肿瘤部位达到最高(红色)。
当然,肿瘤是个立体的组织,如果肿瘤很大,质子重离子治疗仅在某个深度“爆炸”,显然治疗也不完全。
于是,科学家通过调整设备,将不同深度的粒子束结合在一起,制造出一个能量平台,也叫作“布拉格峰展宽”。这样体积很大的肿瘤,就可以达到“爆炸范围全覆盖”。
拖尾效应主要是针对质子和重离子两种粒子射线来说,看红圈:
质子在爆破后,能量迅速下降,直至归零。就是说当射线穿透肿瘤后,几乎没有能量了,所以不会损伤肿瘤周边好的器官。
而重离子质量大、射线在穿透肿瘤后,还留存一部分能量。在多次照射之后,积累的这部分能量,会对周围的组织造成一定损伤。考虑到重离子射线对细胞的损伤是致死性的(不可逆),那么对于紧邻神经、血管的肿瘤,就需要谨慎使用重离子治疗,比如李宗伟的鼻咽癌就采用的质子治疗。
就像手电的光线一样,放射线是不会主动拐弯的,因此早期的放疗实际上就是二维(2D)技术,保证射线把肿瘤区域全覆盖(下图)。
优点是操作相对简单,缺点就是照射范围大,周围的健康组织损伤不少(比如后方的心脏)。
后来随着放疗技术升级,医生可以设定程序让照射区域根据肿瘤形状进行改变,也就是肿瘤什么形状,射线照射范围就是什么形状,简单说就是放疗界的3D技术。
比如头部CT照片中,黄绿色部分是一个神经肿瘤,形态不规则,深度也不规则。
利用传统3D放疗技术可以把主要能量(红黄色部份)集中在肿瘤区域。但仍然有一部分低能量(蓝绿色)会波及到周边正常组织。即便3D照射技术很成熟,但由于伽马、x射线的本身特性,这种能量外溢不可避免。
这样对比可以清楚的看出,不需要照到的地方,几乎不会损伤。
以上就是质子重离子治疗肿瘤,与传统放疗治疗肿瘤的区别,因为质子治疗肿瘤更精准、更安全、对于周围组织伤害小,是治疗肿瘤的首选放疗方案。
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