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国际重离子治疗的现状

心胸外科医师 · 最后编辑于 2022-10-09 · IP 北京北京
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这个帖子发布于 20 年零 149 天前,其中的信息可能已发生改变或有所发展。
从1975年美国LBL开始,直到最近在日本HIMAC和德国GSI的重离子临床治疗实践,已证明了重离子既具有非常好的剂量分布,又有很好的生物效应,能有效地治疗其他射线难以治疗的抗阻型、乏氧型、内嵌型、尖畸型的肿瘤,从而引起放射肿瘤界的极大兴趣。当前日本、德国、意大利、奥地利、瑞典都己决定在今后5年内建成专用重离子治疗中心。我国的放射肿瘤界也对此十分重视,正在设法解决资金准备筹建。在上述国内外形势下,本文拟着重当前国际上重离子治疗的现状、重离子疗效和今后若干年的发展趋向,以供广大对重离子治疗有兴趣人士参考。

一 重离子治疗发展历史

1957年美国LBL首先在184英寸的同步回旋加速器上用He离子进行治疗,从1962年到1992年共治疗2054名患者。后来在1974年LBL又在Bevalac加速器上进行氖离子治疗,从1974年到1992年共治疗433名患者。LBL在重离子治疗方面作了大量有价值的先行工作,是公认的重离子治疗先行者。
但是由于下述二原因:一是在氖治疗中发现氖离子对肿瘤前部正常细胞有很大伤害,从而引起严重的后效应(Late Effect)。二是在进行氦离子治疗时,过份认为重离子剂量分布的优越性,而在患者定位还不精确的条件下,在实验治疗中都用一些十分难治的肿瘤进行治疗。因此治疗效果不理想,从而使当局领导在1992年停止提供经费而关门。但LBL用氦和氖离子治疗时,发现在治疗唾液腺癌、鼻窦癌、骨和软组织癌、前列腺癌是具有不少改进效果,但对脑部肿瘤、胰腺癌、食道癌、肺癌等治疗时未见有效。但在辐射头方面的研究成果,为以后发展重离子治疗奠定了基础。
1994年日本政府看到日本人民有1/3是死于癌症,因此提出一个战胜癌症的十年计划,并提供大量资金。于1994年建造一台专用于重离子治疗研究的HIMAC。从1994年至今已用碳离子治疗了近1200患者,由于HIMAC在碳离子治疗方面的重大治疗效果,再加上筑波大学在1983年到2000年在日本KEK的500MeV增强器上用质子治疗约600患者的良好治疗成果,促使日本政府和各县地方政府大力推广碳离子和质子的放射治疗工作。近几年来建造的Hyogo、Shizuoka、Wakasa-Bay、Kashiwa NCC、Tsukuba共5台碳离子和质子治疗中心就在此背景下建立的。由于日本政府要求对日本人民有平等和公平的治疗癌症机会,因此在实现将碳离子和质子治疗纳入公民社会医疗保险之前,还准备在没有碳离子和质子治疗中心的地方,再计划建造若干台,从而使碳离子及质子治疗在全日本普及化,实现在日本战胜癌症的最终计划。
欧洲从1997年在德国GSI进行碳离子治疗工作后,至今己治疗约120名患者,显示出碳离子治疗的优越性。因此在欧洲也掀起一股建立碳离子与质子治疗中心的高潮。除德国Heidelberg准备在2006年建造C,O,P,He治疗中心外,瑞士PSI-PROSCAN、意大利Roma-TOP、LIBO、CNAO、奥地利的MeD-AUSTRON、瑞典的Karolinska都在准备建造C和P治疗中心。
美国自1992年关闭LBL重离子实验室后,主要精力发展质子治疗中心,1990年建造Loma Linda,2001年建造NPTC。目前还准备在安徒生治癌中心、福罗里达大学等建造质子治疗中心,但有关碳治疗的研究和中心的建造,目前还末见报道。

二 碳离子治疗

1. 碳离子治疗的适应证

根据日本的最新治疗报道(Progress in Radio-oncology VII,May 19,2002),从1994年6月到2002年2月总共用碳离子治疗1187名患者。所有治疗的癌症都选自常规放疗、质子放疗和手术等方法所难以治疗的癌症,即抗辐照型的、严重后期型(Advanced)的、放射伤害大的、局部控制率低的、生存率低的癌症,在用碳离子治疗时,为了使癌症处得到最大的局部控制,对周围正常细胞得到最小的副作用、伤害和前期及后期效应,采用最优的总剂量和照射次数,治疗的癌症为下述几种:
a.具有非小鳞片细胞组织(non-Squamous Cell)的头颈部肿瘤,如恶性黑色素癌(Malignant Melanoma),腺癌(Adenocarcinoma)淋巴组织的胆囊癌(Adenoid Cystic Carcinoma)。
b.早期和后期严重局部的非小细胞肺癌(non-Small Lung Cancer)。
c.不能手术切除的严重骨部和软组织恶性肿瘤。
d.严重的后期肝癌,局部严重的前列腺癌。
e.神经胶质瘤,子宫颈癌,胰腺癌的治疗正在进行中。
上述几种癌症治疗都有很好治疗效果,如下表所示:

2. 碳离子治疗对正常组织的辐射诱发疾病(Radiation Induced Morbidity)

在碳离子治疗时,对正常细胞的损伤是用下列二个判别准则来进行:
(1)剧烈的辐射损伤取分准则(Acute Radiation Morbidity Scoring Criteria),在三个月内,按皮肤损害严重度分为六级(0~5)。
(2)后期辐照发病取分准则(Late Radiation Morbidity Scoring Criteria),在三个月以后视发病严重度分为六级(0~5)。
在1046名治疗患者中,只有37名患者产生3级皮肤早期损伤,占4%,没有大于3级早期皮肤损伤,有38名患者产生2级的后期发病,占4%,只有一人有4级后期发病,占0.1%。
所有产生严重皮肤伤害反应的患者大部份是因为病灶入侵或接近皮肤所引起,皮肤反应严重度和剂量有关,大多数发生在高剂量照射情况下。
由上可见在HIMAC治疗中,在碳离子治疗时不论早期或后期伤害都不十分严重,但对于长时间的后效应,由于观察时间不足而没有数据。

3. 碳离子治疗的其他方面

a.照射次数的减少:在对肺和肝癌进行治疗,已成功地将照射次数缩短到2~8次和1~3周。其原因是当每次用较高剂量照射时,在肿瘤处的RBE要更高于正常组织处的RBE。
b.能否取代质子治疗:虽然质子治疗仅有良好剂量分布唯一优点,而重离子不但比质子有更好的剂量分布,而且有更大的LET和RBE,但由于不论质子还是重离子其治疗范围都局限于部份的癌症,并且治疗的数据还不够普遍和足够数量。虽然重离子可以治疗不少质子难以治疗的抗阻性肿瘤,但或许存在若干种癌更适用于质子治疗。此外若从成本考虑,若二者方法都有效,则质子治疗更是可取。

4. 碳离子治疗的优点和其不成熟性

a.碳离子的优点:具有优良的物理特性,LET大、散射小、Bragg峰宽度狭、后沿陡、皮肤处剂量小、C离子碎片(Fragment)产生的C11能用PET来直接诊断后沿的剂量轨迹。具有良好的生物特性,RBE大,具有直接杀死肿瘤细胞DNA双键的(Double Strand Break)和多损伤处(Multiple Damaged Sites)功能,从而对抗阻型肿瘤进行有效治疗。
b. 碳离子的缺点:碎片对肿瘤前部和形成的末端小尾巴对治疗的影响,尤其是对末端横向散射的影响,以及如何在TPS中进行估算,这方面研究得不很清楚。重离子治疗时,对正常细胞的所产生的后期效应至今不同医生有不同说法和评估,日本NIRS和Hyogo的医生就有不同的评估,前者认为不严重,后者认为很严重,提出要采用C和P复合治疗方法。德国GSI也提出用C和X的预增强方法。总之对后期效应没有统一的正确结论。
c.碳离子治疗的不成熟性:上述的碎裂现象和后效应还没有统一的看法和足够充分的临床试验数据。在实际上,由于体内空穴和骨部存在,人体内密度视不同地方而不同,是一个变数LET= F(x,y,z),而目前在TPS中只作近似定值。在实际上RBE是肿瘤类型、肿瘤部位、肿瘤所处的生长周期以及LET值的函数。但目前TPS中只是用一种细胞中所测出的RBE值,并用一个固定RBE值用在其他不同的细胞上,不够精确,仅是近似估算。至今为止,除去LBL以外,只有日本HIMAC和德国GSI总共治疗了1300名患者,并且大多数都是试验。因此治疗人数和治疗广度和深度都还不够。由于重离子治疗都是政府支持的科研行为,还没有收费而走上市场。

三 重离子治疗适应患者的数量估计

根据欧洲医疗人员的估计,在欧洲每1000万人口中约有2万名需用放射治疗的癌症患者,而其中有20%,即4000名患者的癌是抗阻型,而其中又有1/3~1/4是适用于重离子治疗,即每年有1000名适用重离子治疗的癌症患者。根据日本报道,1991年死于癌症有223604名,1998年有283827名,估针到2000年以后每年新癌症患者近500000名。因此日本政府把攻克癌症作为主要的一个国策。
根据中国非正式统计,每年新癌症患者为240万名,若其中有50%需用放射治疗,即120万,若其中有20%是抗阻型,即24万名,其中又有1/3~1/4是适用重离子治疗,则每年有6万癌症患者适用重离子治疗。若为保守估计其中30%能实现重离子治疗,则也有2万名之多。

四 重离子治疗装备和其价格

除去寄生于重离子物理研究所的重离子治疗中心如德国GSI,中国兰州近代物理所是用分离扇型回旋加速器产生重离子外,一切专用的重离子治疗中心,如已建成的日本HIMAC和兵库、计划建造的德国Heidelberg、瑞士PSI-PROSCAN、意大利的Roma-TOP、LIBO、CNAO、奥地利的MeD-AUSTRON、瑞典的Karolinska等重离子治中心都是无一例外的将采用同步加速器来产生重离子。随着技术的进步,同步加速器的周长做得越来越小,如日本的HIMAC同步加速器周长约130m (1994),兵库为93.6m(2001),德国Heidelberg的同步加速器周长64m (2006),日本HIMAC正在研制周长仅50m左右的新一代重离子同步加速器(2010),基本上都采用由ECR离子源和RFQ直线加速器和Alvarez直线加速器所组成的注入器。由于同步加速器可以调节束流能量,所以不再需要能量选择器,束流输运系统除去要求更高磁刚度的磁铁以外,和质子时相类似。
由于碳离子质量重,因此不易做旋转机架。日本HIMAC和兵库治疗中心都没有旋转机架,而用水平、垂直、45º三个固定治疗头来代替。但德国Heidel-berg将配置重离子旋转机架,关于治疗头,目前在使用的有二种:一种是日本HIMAC使用的散射摆动扫描型,即先用一个单散射器将束斑变粗,再用二个摆动电磁铁进行扫描。另一种是德国GSI用的点扫描法。前者若加上堆式SOBP能量调制器和多叶光阑可用于适形治疗,后者可用于调强治疗。点扫描对加速器的束流性能,如位置、束斑分布和大小有很高要求,治疗性能更先进。
作为治疗计划系统,在重离子治疗时,必须考虑生物效应,即考虑RBE值。因此要比质子复杂得多。重离子治疗设备占地面积要比质子时大一些。其设备总价格要比质子多2.5~3倍左右,若全套引进包括基建总价约近1亿美元(若由欧洲订购装备,自行安装调试,可便宜得多)投资回收时间也要比质子长。目前全世界只有日本三菱有成套商品出售。

五 日本的收费和纳入社会医疗保险情况

HIMAC是属科研性质,而新建兵库重离子治疗中心属市场行为。现兵库已完成了30个质子治疗临床试验报告,并提交日本政府厚生省审批,估计能在2002年9~12月间批准。2002年5月也完成了30名碳离子治疗临床试验报告,也于2002年6月提交厚生省审批,估计要到2003年3月至2004年3月间能批准。由于未经厚生省批准不允许收费,所以兵库治疗中心不再进行治疗工作,处等待状态。
有关今后日本收费标准,将以一个疗程来算,不以照射次数来算,目前准备的收费标准是质子治疗每一疗程收288万日元,C离子治疗每一疗程320万日元。至于日本何日能将重离子治疗纳入医疗保险(如同美国那样),有关方面认为只有日本能普及重离子治疗,使全国各地方都能享受重离子治疗后才能实施。
有关兵库Hyogo和静岗运行计划方面情况:
(1)兵库中心
开始时的治疗计划是: 每年治疗48周,共250天,每年大修二次,每次要2周共4周。每年共治疗照射18000次,每个患者平均照射15次,因此每年治疗1200个患者。后来又说要增加到每年20000次,但未作正式定论。兵库共有二个质子用旋转支架和三个质子和碳粒子共用的三个治疗束线,即水平+垂直、水平、45º三个口。当用质子时,5个治疗口都能用,但在碳离子治疗时,二个旋转机架停用,只能用其余三个口。质子和碳离子束计划每天切换一次,如上午质子,下午碳离子,二者所需切换时约1h。
(2)静岗中心
每年工作248天,每天工作一班,每班8小时开机,6小时治疗工作。每年要2周进行大修。每年计划照射8000次,平均每个患者20次,即每年共治疗400名患者。静岗有二个质子旋转机架,一个质子固定辐射头总共三个治疗口,计划每年治400人,其中每个旋转机架年治疗160人,固定辐射头治疗80人。




























































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