质子治疗和重离子治疗肿瘤技术有什么区别？

质子重离子治疗是放射治疗的一种，由于能量高、穿透力强，质子线射入人体后能量损失小、散射线少，肿瘤局部接受高剂量照射的同时，对周围正常组织器官伤害很小，具有良好的放射物理学特性。

羽毛球名将李宗伟在确诊鼻咽癌后，完成了33次质子治疗，共花费924万元，并于今年3月宣布复出。这个新闻一度被推上热搜，质子重离子治疗也被很多媒体誉为“癌症治疗的终极武器”。

很多患者不知道质子和重离子治疗技术的区别，不知如何选择质子治疗或重离子治疗，这里笔者站在中立的角度，逐一剖析。

质子重离子治疗肿瘤科普

首先，质子治疗、重离子治疗是两件事

我们说的质子重离子治疗，其实是两种治疗方式，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）。

这两种治疗属于放疗的一种，与传统放疗治疗方法相同，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。质子重离子治疗与传统放疗的区别在于机器发射出来的粒子不同。（下图）

上图是放射治疗所用到的不同射线类型。

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。

我们不妨把这两种粒子想象成为杀伤肿瘤细胞的导弹：

质子体积比重离子小、杀伤力小，对细胞造成损伤后，细胞有机会可以自愈，一旦照射出现偏差还有修复的可能，可以认为质子治疗比重离子安全；

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，对照射的精准度要求更高。

图片来源：山东万杰质子治疗中心

两种粒子治疗各有优缺点，医生会根据患者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；

什么是布拉格峰？和定点爆破有什么关系？

在很多质子、重离子科普的文章中，都谈到了一个词“布拉格峰”。

简单来说，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。

很多科普文章都会用到这张经典图

上图分别列出了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，也就是说随着进入人体的深度能量逐渐衰减。

质子、重离子的能量是先低后高，在某个深度（图片举例为15cm处）时突然形成峰值，然后迅速归零。和上面三种射线的能量衰减路径完全不同。

那么，这和治疗有什么关系呢？我们分为3点来解释：

01

定点爆破

假设一个肿瘤位于身体中央，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，只能将初始能量调高，尽量让射线在“长途跋涉”到癌细胞时还剩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”。

那么问题来了：

调高传统放疗的初始能量不就可以了吗？

理论上没错，但是实际在治疗过程中，射线以非常高的能量进入身体时，会造成健康细胞的损伤，可以说杀敌一千，自损三百。比如肺癌患者在放疗过程中，照射计量过大会出现严重肺炎，一些患者最终因为不能耐受副作用而停止治疗。

因而，放疗科医生将根据对每位患者的评估，来调整照射计量，并不是越多越好。

实际临床应用中，为避免周边组织出现放射损伤，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）。

肿瘤体积很大，照射深度不够怎么办？

细心的朋友会发现，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”，显然是治疗不完全。

于是，科学家通过对设备的调整，将不同深度的粒子束结合在一起，人为制造一个能量平台期，也叫作“布拉格峰展宽”（(Spread-Out Bragg Peak，简称SOPB）。这样如果是体积很大的肿瘤，就可以达到“爆炸范围全覆盖”。

02

拖尾效应

拖尾效应主要是针对质子和重离子两种粒子射线来说。还是这个射线图，我们看画红圈的部份：

质子在爆破后，能量迅速下降，直至能量值归零。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的器官。

重离子射线在穿透肿瘤后，还留存一部分能量。当多次照射之后，积累的这部分能量会对周围组织造成损伤。

别看重离子线在图中存余的能量值很低，实际治疗过程中如果采用人为制造布拉格峰展宽，累积的剩余能量可达平台期能量的10-20%。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。

从治疗角度看这个效应也有导致副作用的可能性，也会导致适应证方面有所差别。这个拖尾效应目前并不能从技术上完全消除，也是医疗机构中质子发展比重离子更普及的一个原因。

全球观点

说到这里，我们再来看看全球医学界，对于质子和重离子治疗技术的评判和发展：

从上世纪70年代至今，全世界用质子治疗装置共治疗了 6万多名肿瘤患者，积累了大量丰富的临床经验，一般治疗有效率达到95%以上，五年存活率高达80%。质子治疗的巨大成就，已使全世界医学界一致公认质子治疗要比目前所常用电子射线治疗优越得多。美国己将质子、冶疗纳入社会保险。重离子治疗以日本为主，由于处在临床实猃阶段，其临床治疗次数不足万例，要比质子少得多。

美国既是质子治疗的前驱者，也是重离子治疗的先驱者，当前用的点扫描、调强等都是在美国创造的，他们最有资格和权威作判断，但美国当前专门发展质子治疗，目前己建和正建十多个质子治疗中心，不见有建造重离子治疗中心的报导，也不多见评论重离子治疗的文章。

德国派：以GSI为首的大力赞美重离子治疗。
瑞士派：质子治疗比较成熟，而重离子治疗由于还存在许多治疗疑点，至今治疗患者的病例和人数也太少，安全性比质子治疗差，推广治疗还不成熟，不宜推广。
中立派：认为质子和重离子各有特点，都要重视。

日本主流派大力赞美重离子，认为冷点后效应等根本不是问题，大部份情况下可代替质子治疗，因此日本重离子治疗发展最快，最新建的治疗中心只有碳离子，不像欧洲的重离子泊疗中心都兼
有重离子和质子。

目前 国内正式投入运营的几家质子重离子治疗中心中，以山东万杰质子治疗中心，及上海重离子治疗中心为代表，其中山东万杰质子治疗中心是国内第一家引进质子治疗技术的医院，自2004年以来，已经成功治疗2000多位患者，有丰富的临床治疗经验。

万杰质子治疗中心，主要开展恶性肿瘤的精准治疗，应用目前国际最先进的质子治疗以及适形调强放射治疗、光子刀放疗等多种精准放疗设备，配合化疗、靶向、免疫治疗、中药膏方等，综合治疗恶性肿瘤。

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万杰质子刀治疗中心，为让更多癌症患者获益于质子治疗，邀请质子中心专家为您提供质子刀治疗咨询、评估及远程会诊!

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原文始发于微信公众号（万杰质子中西医肿瘤科医生）：典型病例-脑干胶质瘤质子治疗后九月，效果良好