质子治疗

质子的历史

1980年诺贝尔化学奖得主Ernest  Rutherford在1919年发现了质子。哈佛大学的Robert Wilson首先提出用加速的质子和重离子为患者进行放射治疗。他在医学杂志Radiology上发表了自己的这项提议。

1977年，他还对其先导性工作做了个人评论。1899年，Rutherford从铀元素中发现了α和β“射线”。随后，他宣布α射线就是氦原子的原子核。1911年，他又发现原子的核子有极高的密度，仅占整个原子容积的很小部分，核子带正电荷，是形成原子模型的基础。

第一次世界大战后，他发现用α粒子照射氮气后会产生氧原子和氢核，后者即为氢的原子核--质子。是有一个单元的正电荷的单粒子。他判断质子是一个原始粒子，并将其命名为质子。

第二次世界大战结束后不久，E.Lawrence及其同事创建了一台184英寸的340MeV质子同步回旋加速器。早在1929年，当E.Lawrence在阅读WiderÖe写的一篇高能加速器的文章之后，他就提出回旋极速器的概念。

1930年春，他和他的学生Edlefsen创造了一台回旋加速器。随后，1930年秋，他的另一个学生M.Livingston也建造了一台直径13cm的回旋加速器的模型。此模型具有所有早期回旋加速器的特点，一个半圆形的D型核子上的小于1000V的加速电极将质子加速到80,000eV。

应用于医学

LBL医生J.Lawrence和芝加哥大学C.Huggins与C.Tobias合作，用约200~300Gy的质子照射剂量来评估抑制垂体在患者体内产生激素的程度和时程。第一个“患者”是一只患有广泛溃烂的乳腺癌的杜宾犬。Tobias用氘核来照射垂体，并观察到肿瘤明显缩小。

随后，Lawrence团队开始了高剂量质子照射垂体的I期临床试验。该试验的原理基于大部分乳腺癌是激素依赖性的，消除垂体激素有利于这些患者的肿瘤消退。放疗方案为总剂量140~300CGy，每周照射3次，共照射2周。

治疗时使用交叉照射技术，即用若干个小伎俩的340MeV质子束在垂体处彼此相互交叉，并由颅骨射出，即用每条束流的坪区的最大剂量照射垂体。1954年，首例患者接受了治疗。在1992年，Berkeley加速器关闭，粒子束治疗的研究随之终止。

在Berkeley的第一例质子治疗后的30年后，即1984年，开设了质子治疗中心总数为9个，均是附属在核物理研究实验室内。质子治疗的开展都在核物理实验室内进行，

原理

质子是一种带正电荷的亚原子粒子。质子始于离子源，在不到1秒的时间内，氢原子会被分离成带负电的电子和带正电的质子。质子治疗是一种使用电离辐射的外照射放疗。治疗期间，粒子加速器用质子束照射肿瘤。

这些带电粒子破坏肿瘤细胞的DNA，最终导致癌变细胞死亡或干扰其繁殖能力。因为癌变细胞的高分裂率以及修复受损的DAN能力降低，使得其DNA特别容易受到攻击。以亚毫米的精确度瞄准肿瘤而不伤害周围健康组织，同时还能将副作用降至最低。

区别

主要区别在于射线进入体内的剂量分布。X线：采用光子束，射线接触体表时的剂量最大，肿瘤前的正常组织受到比肿瘤处更大的照射剂量，靶位后的正常组织还要受到比肿瘤处更大的照射剂量。

普通放射：X射线束由初级光子和二次电子组成的，他们沿着所述光束的路径沉积他们的能力，瞄准的不仅是靶肿瘤，会辐射到位置肿瘤部位前后的健康组织。这种辐射“出束剂量”可能会在日后导致健康问题，因为他会损伤肿瘤或目标位置附近的正常组织或器官。

质子治疗：质子进入人体后会形成一个独特的“布拉格峰”，开始进入人体至峰前的剂量较低，峰时剂量迅速升高，峰后能量陡然降低至零。医生可以控制质子释放其大部分杀灭肿瘤能量释放的位置。质子在体内移动时，它们会慢下来、与电子相互作用并释放能量。其中，释放最高能量的点叫做“布拉格峰”。医生会确定布拉格峰的位置，对目标肿瘤细胞造成最大伤害。质子束与肿瘤的形状和深度一致，同时不会伤害健康组织和器官。

与适形调强（3D-CRT/IMRT）等其他放射治疗方式比较，质子放疗具有以下优势：

1、高精确度，明显提高对肿瘤的局部控制率；

2、低副作用，明显减轻肿瘤周边正常组织的损害及副作用，从而减少治疗相关并发症；

3、高治愈率，提高肿瘤照射水平；

4、高安全性，减少第二原发肿瘤的发生率。

剂量学特征

1、穿透性强：可根据病灶的部位和深度调节质子能量，使质子束到达人体的任意深度；

2、正常组织损伤小：病灶前面的剂量较低，后方剂量为0，正常组织受量减少;

3、靶区高剂量：通过Bragg峰，使病灶位于SOBP，从而获得靶区内高剂量;

旁散射少：质子质量大，在物质内散射少，从而减少了周边正常组织的照射剂量。

优点

1、只对肿瘤病灶进行定点高能量照射，能获得良好的治疗效果；

2、能减轻容易受放射线影像的器官副作用，切实治疗肿瘤病灶；

3、对身体的负担小，老年患者或体质虚弱的患者也能接受治疗；

4、能降低儿童和年轻患者放疗后的第二原发肿瘤的发生；

5、因有并发症而无法进行手术的患者也能接受质子治疗；

6、治疗后不太会妨碍恢复正常社会生活和日常生活，能维持良好的生活质量。

副作用

对正常组织影像很小，但也并不能说完全没有副作用，诸如有些患者照射部位的皮肤可能会出现如被日晒般的症状，部分患者会出现疲劳或者轻度脱发。