质子放疗,可能是对儿童癌症最好的放疗手段 | 向日葵前沿

文章来源:向日葵儿童 作者:张洁熹 时间:2018-10-09

         在儿童恶性肿瘤的治疗中,药物的研发是一个短板。目前针对儿童患者的抗肿瘤药物几乎没有,一是因为病人总体数量太少,药厂不愿投入研发经费;还有就是由于法规的限制,导致一些效果较好的药物,不能在患儿身上做临床试验。

        所以能找到有效的治疗方法是多么的重要,今天就来跟大家说下质子治疗,这个有效且副作用小的前沿治疗方法,在儿童肿瘤上的作用

        作者简介:张洁熹,清华大学工程物理学士,麻省理工物理系博士,加速器专业。曾经从事医用质子加速器的研发和生产,现为德国电子同步辐射国家实验室DESY的研究员。


        去年,位于美国加州的加利福尼亚治疗中心(California Protons Cancer Therapy Center, San Diego, California)的医护人员们因为一个小的设备故障犯了愁。中心最重要的质子加速器需要稍做检修调试,停机时间可能超过一周。这个时间对于接受癌症放疗的病人们略显麻烦。根据放疗的原理,一个放疗周期或一个疗程的放疗剂量和时间间隔都有严格的安排,这不长不短的时间可能会耽误一到两次的放疗。大人们还好办,可以暂时用光子放疗(Photon Therapy,如X-ray)代替一下,虽然效果有影响,但合理的调整剂量,一两次的影响不大。可是接受质子放疗的孩子们怎么办呢?医生们很严肃的考虑是否应该迅速将孩子们送到其他质子放疗中心进行治疗。多亏派到中心的加速器专家连夜完成了设备的维修,最终,孩子们的治疗没有受到影响。

        是的,质子放疗(Proton Therapy, 也被称为质子刀),可能是对儿童癌症最好的放疗手段。

        这完全受益于质子的特性:重,但又没那么重。我们之前的文章中已经介绍过质子治疗相对于传统的光子放疗的优势。因为其重量,质子(或其他重离子)在穿透人体的过程中其能量释放曲线可以形成布拉格峰。只要适当调整加速质子到达病人的能量,可以使质子的绝大部分能量释放在肿瘤细胞处,尤其是布拉格峰后的剂量急剧减少,几乎为零。



1:一定能量的质子(proton)和光子(photon)随照射深度的剂量分布[1]


        作为对比,因为光子太了,其到达肿瘤细胞之前就会一路释放自己的能量,连累健康的人体细胞。多余的照射会导致有害的副作用,如发育迟缓,荷尔蒙缺乏,对骨骼和肌肉组织的影响,听力损失或唾液腺受损。这些副作用可能对儿童造成特别的伤害,因为他们的身体和大脑仍在发育。因此,质子治疗的精准性对儿童癌症患者不言而喻,它不仅可以降低短期副作用的危险,同时降低了继发性癌症的危险性以及对减少了对儿童生长发育的影响!尤其是现有的放疗设备采用笔形束扫描和强度调制技术,使质子刀更加精准可控。当然,也正是因为质子放射能量的集中性,其不适用于分散性或者转移性的癌症,而主要运用于实体肿瘤,尤其是对重要敏感器官及其附近的癌症(诸如脑瘤,眼癌等)。儿童肿瘤中,80%属于实体肿瘤。


        在美国,已经运用质子刀治疗的儿童癌症有:脑瘤(Brain Tumors, 儿童肉瘤(Sarcomas,如横纹肌肉瘤(rhabdomyosarcoma,视网膜母细胞瘤(Retinoblastoma, 最常见的儿童眼癌),神经母细胞瘤(Neuroblastoma),淋巴癌(Lymphoma),以及其他罕见癌症。对于头、胸、颈、腹部及其他重要器官附近的癌症,质子刀或许是对儿童癌症最好的治疗手段。


2:光子和质子对肿瘤的照射区域示意图[2]

3:脑部肿瘤受照射区域。可以明显看出质子刀照射区域更加精准集中,相对于光子对健康细胞的伤害小很多,从而降低了副作用的可能性[3]


        从20102016年费城儿童医院收治了69例头部和颈部肿瘤的儿童病人,其中一半以上是横纹肌肉瘤(rhabdomyosarcoma)。术后一年,93%的儿童患者存活,92%的患者在原发病部位没有复发。术后副作用的等级最高为3。这些数字都比普通光子放疗的术后副作用等级低很多。

        Loma Linda大学癌症中心,治疗的最小患者只有两周岁。他们在髓母细胞瘤(Medulloblastoma)上的研究表明质子治疗甚至可以消除出射剂量,质子刀对有相应癌症病史的儿童的副作用和毒性显著减少。

        麻省总医院跟踪接受质子放疗的软骨肉瘤等其他肉瘤或良性肿瘤的儿童患者,其五年存活率达到56%,有严重后期效应的仅有7%。对眼眶横纹肌肉瘤的质子治疗获得了跟光子相当的效果,但显著降低了对正常细胞的照射。

        MD Anderson质子中心对视网膜母细胞瘤(retinoblastoma)的几种照射方法对比发现,质子刀有最好的照射靶覆盖效果和最少的眼眶骨多余剂量。对辐照影响到的眼眶骨区域,质子为10%,光子三维适形放疗为25%3D-CRT),光子调强放疗(IMRT)为69%

        2017年,全美的儿童癌症患者(15周岁以下)估算有1万人。全美一共有27家质子治疗中心投入运行,其中除了加州大学旧金山分校的质子中心(UCSF Ocular Tumor Proton Radiation Program)是专门针对眼癌的治疗之外,其他所有的质子中心都可以治疗儿童癌症。而在中国,每年大概有4万儿童癌症患者。中国大陆现在已运营的质子治疗中心有两家,治疗过儿童癌症患者的仅有一家。

        不管是质子治疗还是儿童癌症的治疗,我们都有很长的路要走!

        在这里列出全美已经运行的质子治疗中心。方便大家查询。其详细内容在质子中心的网页上有详细介绍。以下质子中心网站笔者全部浏览,有非常多的实用信息。


        Ackerman Cancer Center; Jacksonville, Florida

        California Protons Cancer Therapy Center, San Diego, California

        Cincinnati Children's / UC Health Proton Therapy Center, Liberty Township, Ohio

        Hampton University Proton Therapy Institute, Hampton, Virginia

        James M. Slater, M.D. Proton Treatment and Research Center at Loma Linda University Medical Center

        Maryland Proton Treatment Center, Baltimore, Maryland

        Mayo Clinic Proton Beam Therapy Program, Phoenix, Arizona

        Mayo Clinic Proton Beam Therapy Program, Rochester, Minnesota

        MD Anderson Cancer Center's Proton Center, Houston

        Miami Cancer Institute at Baptist Health South Florida

        Northwestern Medicine Chicago Proton Center, Chicago Area, Illinois

        ProCure Proton Therapy Center, Oklahoma City

        ProCure Proton Therapy Center in partnership with Princeton Radiation Oncology Group and CentraState Healthcare System, Somerset, N.J

       Proton Therapy Center at Beaumont Hospital Cancer Institute

       Provision CARES Proton Therapy Center – Knoxville

       The Roberts Proton Therapy Center at University of PA Health System

        SCCA Proton Therapy Center, Seattle, Washington

        S. Lee Kling Proton Therapy Center at the Siteman Cancer Center, St. Louis, Missouri

        Texas Center for Proton Therapy, Irving, Texas

        The University of Florida Health Proton Therapy Institute

        The Marjorie and Leonard Williams Center for Proton Therapy at Orlando Health UF Health Cancer Center

        University Hospitals Seidman Cancer Center, Case Medical Center

        Willis-Knighton Health System, Shreveport, Louisiana

        Francis H. Burr Proton Center at Mass. General Hospital

        UCSF Ocular Tumor Proton Radiation Program ,Crocker Nuclear Laboratory

        St. Jude Red Frog Events Proton Therapy Center

        Laurie Proton Therapy Center at Robert Wood Johnson University Hospital


        除列出的参考文献,本文大部分资料来源于各个质子治疗中心网站。

        [1] https://www.aamg.co/aaro/comprehensive-cancer-service/proton-therapy/differences-between-radiation-therapy-and-proton-therapy/

        [2] http://www.shi.co.jp/quantum/eng/product/proton/proton.html

        [3] https://www.procure.com/Pediatric-Cancer

        [4] Schulz-Ertner D, Tsujii H, Particle Radiation Therapy Using Proton and HeavierIon Beams. J ClinOncol. 2007 Mar 10;25(8):953-64.

        [5] Lee CT, Bilton SD, Famiglietti RM, et al. Treatment planning with protons for pediatric retinoblastoma, medulloblastoma, and pelvic sarcoma: how do protons compare with other conformal techniques? Int J RadiatOncolBiol Phys. 2005 Oct 1;63(2):362-72.

        [6] Miralbell R, Lomax A, Cella L, Scheider U. Potential reduction of the incidence of radiation-induced second cancers by using proton beams in the treatment of pediatric tumors. Int J RadiatOncolBiol Phys. 2002;54(3):824-829.

        [7] http://www.proton-therapy.org/

        [8] http://www.proton-therapy-today.com/where-to-get-pt/

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