重离子治癌的发展历程

1、重离子治癌的发展历程  1895年，威廉·康拉德·伦琴发现了X射线。这是一种非常容易穿透人体的短波电磁辐射。他很快便察觉到，没有穿透人体的那部分能量会被人体所吸收，正是这部分能量为人体组织带来了杀灭癌细胞的生物效应。    从X射线被发现还不到两个月时间，欧洲和北美就开始利用X射线拍摄活着的患者的内脏照片，不仅如此，它更开始被用于治疗恶性肿瘤等形形色色的疾病。正如我们现在所知，X光射束是高能光子形成的，在穿透人体时会失去其强度。因此，在治疗人体深层肿瘤时，靶区体积的上游会吸收到相对更高的剂量，而下游也会接受到相当多的剂量。尽

2、管如此，光子束在今天还是最为普遍的肿瘤治疗方法。肿瘤的最新放射疗法所采用的是直线加速器（Linac）一种瞄准靶区，将电子加速至数十MeV，产生高能光子束的装置。适形调强放疗（IMRT）是使光子束瞄准靶区，从多个不同方向进行照射，以此降低治疗体积外侧的不必要的剂量。这种光子束治疗一般被称为“传统型”的放射治疗，与下文将要探讨的质子束和重离子等新型疗法是有很大区别的。    上世纪50年代，LBNL制造出了6GeV（GeV：十亿电子伏特）的同步加速器（Synchrotron）高能质子同步稳相加速器（bevatron） 。到70年代初期，已经能够对原子序数为6-18的粒

3、子进行加速，使其能量可以达到用于放射线物理学和放射线生物学研究的程度。70年代，LBNL建造了一台名为“贝巴拉克（Bevilac）”的复合型加速器。在这台加速器里应用了superHILAC（巨型重离子直线加速器），可以将更重的重离子射入高能质子同步稳相加速器（bevatron），其能量最大被加速至2.1GeV/核子。“贝巴拉克”将质子或其它重粒子加速到具有足够大的能量，使其能以高强度穿透人体深层，为深层肿瘤治疗的医学研究打开了更广阔的天地。  重离子兼具优异的物理学特性和生物学特性，可用来有效的治疗肿瘤。与质子束相比，重离子在透射过人体时，由于发生的散射很少，能量分散也很小

4、，剂量可以在射程结束后急剧地降为0。这就意味着，与光子束和质子束相比，重离子的照射野的边界宽度要窄得多。相比光子束和质子束，重离子能够更加准确地描摹与重要器官相邻的靶体积，从而可以把更多的剂量集中照射于靶体积上。在临床上，重粒子治疗在提高肿瘤控制率和减少正常组织并发症的发生率上被寄予厚望。    1975年到1992年之间，加州大学旧金山分校的Joseph R. Castro教授与他的研究小组使用184英寸的同步电子回旋加速器所产生的氦束，以及利用“贝巴拉克”产生的更重的重离子的展宽布拉格峰，实施了人体肿瘤治疗的临床试验。他们所使用的重离子的范围是4He28Si，

5、但使用最多的离子是20Ne。依照美国国家规约（NCOG/RTOG）接受治疗的患者人数中，氦束约有700人，氖束约有300人，接受氦束治疗的患者主要是软骨瘤、脊索瘤、脑膜瘤和其他原发性颅底肿瘤。在使用20Ne束对发生于副鼻腔、鼻部、唾液腺等颅底范围内的病变的治疗上，获得了优异的5年局部控制率。     HIMAC共有3个治疗室，其中一个治疗室同时拥有一根水平束和一根垂直束，其他两个治疗室分别拥有一根水平束或垂直束。除此以外还有二次（放射线）射束室、生物学实验室和物理实验室，这些实验室均配备了水平束。直至目前（2010年2月），辻井博彦教授和他的工作人员们总

6、共治疗了5189名患者。临床成果显示，碳离子束治疗具有对肿瘤施予充分剂量的能力，并且对周围正常组织的放射性影响在可接受范围内。被认为对碳离子束的敏感性较高的肿瘤有：局部进展性肿瘤、组织学上的非扁平上皮细胞肿瘤（例如腺癌、腺样囊性癌、恶性黑色素瘤、肝癌、骨与软组织瘤等）。利用碳离子束的特有性质，辻井博彦教授和他的工作人员们对各类肿瘤成功实施了治疗期间短，分割次数少的高剂量治疗。上世纪70年代 美国开始临床应用1.重离子治疗最初的临床实验是在美国进行的。上世纪70年代，美国的劳伦斯伯克利实验室开始将氖离子线应用于临床研究，获得了不少新知。但在1993年由于资金困难和设备老化的原因，终止了治疗。2.

7、 1984年 世界第一台医疗专用设备“HIMAC”建设计划启动继美国之后，作为第一个抗癌十年综合战略的一环，日本在1984年启动了在放射线医学综合研究所（千叶县）建设重离子治疗装置“HIMAC”的计划。作为世界上首台医疗专用设备，在日本开始了筹建。3. 1994年 开始利用HIMAC治疗肿瘤耗时约10年建成的HIMAC，从1994年开展临床试验以来，就开始致力于难治肿瘤的治疗。在积累治疗成绩的同时，还同时进行着照射技术提高和以普及为目的的小型化的研究开发4. 2003年  被认可为先进医疗2001年治疗患者人数累计超过1000名，2003年被厚生劳动大臣认证为高度先进医疗（

8、现在的“先进医疗”）。5. 2010年  普及型重离子治疗装置（群马大学）开始投入治疗伴随着重离子治疗的有效性被认可，为了满足全国癌症患者的治疗需求，在2002年开设了日本第二家重离子射线治疗机构兵库县立粒子线医疗中心。接着，2010年在群马大学开始了重离子治疗。群马大学建成了第一台普及型重离子治疗设备，在重离子治疗的普及方面迈出了一大步。目前，日本国内三家治疗机构共治疗了8000名以上的患者（截至2012年2月），重离子治疗在日本癌症医疗上始终占有着重要地位。以地区癌症医疗的范本为目标，群马大学的普及型重离子治疗装置    作为日本最新型的重离子治疗装

9、置，在群马大学设置了运用普及型小型医用加速器的重离子治疗装置，并于2010年开始了治疗。这是日本继放射线医学综合研究所和兵库县立粒子线医疗中心以外的第三台重离子治疗装置。    这套设备的研发是以放射线医学综合研究所为主体进行的，是首台获得技术验证的面向普及的小型重离子照射装置。设施建筑为地上两层，地下一层，占地面积约为2960平方米（约50m60m）。属于小型化的设施，其大小仅为放射线医学综合研究所癌症治疗设备（HIMAC）的一半不到。    作为普及型建设的这套设施，未来可望成为日本各地建设重离子照射装置的范例。群马大学和县内的医

10、疗机构合作，有效的利用这套设施，致力于在群马医疗行业内构建完善而综合性的的肿瘤医疗体制。日本国内的重离子照射设备面积机构大小比例（%）放射线医学综合研究所（HIMAC）120m65m100兵库县立粒子线医疗中心95m80m96群马大学重离子照射设备60m50m38着眼于扩大重离子治疗适应范围的临床研究    群马大学拥有重离子设备在全国的大学里还是首例。以先进的综合性医院医学部附属医院为根基，通过提供重离子治疗，力图构建更完善的综合性癌症医疗体制。发挥大学医院的本来优势，有能力投入到重离子治疗与其他疗法的临床比较试验、以及并用疗法研究等的应用研究上，可望取得有助于提高肿瘤疗效的临床研究进展，如术后的远地转移预防、进一步提高生存率等等。    群马大学通过灵活运用普及型重离子治疗装置的高精度碳离子显微手术技术的开发，在将重离子治疗的适应范围扩大到微小肿瘤，脑下垂体瘤等良性肿瘤和脑血管疾病方面，进行着独创性研究。下一代照射系统即将