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《自然》:质子治疗四大问题和最新进展

导读: 提到“质子治疗”,大多数人可能首先会联想到化学原子核中的质子,恰恰是这种微小的粒子,将其应用于癌症治疗上,能取得意想不到的效果,且已经成为目前最先进的癌症治疗技术。

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提到“质子治疗”,大多数人可能首先会联想到化学原子核中的质子,恰恰是这种微小的粒子,将其应用于癌症治疗上,能取得意想不到的效果,且已经成为目前最先进的癌症治疗技术。

近日,《自然》就刊发了一篇综述,归纳了质子治疗肿瘤的现状和最新进展,为了能让更多癌症患者获得质子精准治疗,专家们提出了三种建议方案:缩小加速器基建规模、更加精准质子、拓展医保覆盖范围,最终把质子治疗肿瘤作为抗癌首选方案之一,让更多患者获益。

质子治疗最早于1946年首次被提出,1954年,美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究团队进行了世界首例肿瘤患者的质子治疗。此后,美国、欧洲、日本等相继开始了质子在医学领域的研究,但直到1988年,质子治疗才获得了美国FDA的批准,质子治疗从此开始在肿瘤治疗领域大放异彩。

目前,全美有20多家癌症质子束治疗中心,包括MD安德森肿瘤中心、梅奥医学中心、麻省总医院肿瘤中心、宾夕法尼亚大学附属的癌症质子束治疗中心和佛罗里达州医疗联合机构附属质子束治疗中心等。

2015年5月8日,我国首家质子重离子医院——位于上海国际医学园区的上海市质子重离子医院正式运营,截至到目前,收治患者已突破1000例。

质子治疗的原理

所谓质子治疗,就是将失掉电子的氢原子原子核,利用回旋加速器或者同步加速器加速到光速约70%,以这种极快的速度穿透到人体内部,到达癌细胞所在的特定部位,速度突然降低并停止,释放出最大能量,产生“布拉格峰”,将癌细胞杀死,同时有效地保护周围正常组织,且副作用小。比如当肿瘤直接与重要器官或结构如脊髓、视神经、心脏等相邻,质子治疗依然能在有效治疗肿瘤的同时保护这些重要器官或结构的功能,这在常规辐射治疗中是不可能的。

同时,质子刀对比其他放射手术方法,其穿透性能强,对病灶的定位效果是最佳的,机器操作的精准度也最高,其对病灶外区域造成的辐射量少,降低诱发二次癌症的几率。与质子治疗相比,X射线治疗诱发第二原发肿瘤的风险高出12倍,接受质子治疗后的患者能拥有更好的生存质量。国外临床治疗数据表明,质子治疗肿瘤有效率达到95%以上,五年存活率高达80%。

此外,质子刀还可以适用于肿瘤复发的治疗,肿瘤之前经过放射治疗后复发,可以再次接受质子治疗,只需要控制质子束的剂量和浓度,这在传统放射治疗中是不可能的。

质子治疗的优势

临床上,质子束疗法通常可以治疗前列腺癌、头颈部肿瘤、部分儿童肿瘤、胰腺癌,甚至部分早期乳腺癌和肺癌等。

比如,对于早期前列腺癌患者而言,放疗是常见的用于局部前列腺癌的根治性治疗方法。临床试验证明,高放射剂量可以取得更好的治疗效果。然而,对前列腺放射剂量的递增也增加了对于临近正常组织损伤的风险。在外照射放疗的治疗过程中正常直肠的暴露剂量与治疗并发症相关,多表现为直肠出血。因此,病灶区最大剂量同时周围直肠最小化剂量是放射治疗的理想追求。

同样的问题也存在于肺癌的放射治疗中。放疗在转移性肺癌的治疗中起着重要作用,单纯放疗可以治愈Ⅰ期非小细胞肺癌(NSCLC)。放疗也可作为综合治疗的组成用于治疗局部晚期NSCLC。根治性放疗中需要采用大剂量照射,治疗和剂量必须在预期的治疗毒性与实现肿瘤局部控制的可能性之间取得平衡。

事实上,为了限制辐射损伤邻近正常组织的风险,放疗往往达不到杀死肿瘤的剂量,但质子治疗就能达到上述目的。

《自然》刊文认为:质子治疗癌症对患者的获益还是可预测的,随着质子加速器等技术进步,从质子治疗中获益的患者数量也会增加。

《自然》刊文指出质子治疗的四大问题

虽然质子治疗比较与传统放射治疗有着无可比拟的优势,但是其依然存在几大问题。

上述提到的《自然》刊文就指出,相对于常规X-射线放疗而言,质子治疗费用至少高出2-3倍,这对于来自普通家庭的患者来讲,这笔高昂的医疗费用是难以承担的,并且未全部覆盖到医保,比如,目前上海质子重离子医院一个疗程的费用是在27.8万元,只能走一些商保渠道。

还比如在美国,虽然医保覆盖了部门部分癌症质子治疗,但是保险公司对于质子治疗适应症患者的选择十分苛刻,有近30%的患者被拒之门外,保险不承担费用,主要原因是临床治疗中提供有明显疗效的临床数据太少,这就形成了一个恶性循环:患者个人的医疗保险不负担,相关临床治疗也很难开展下去。

对于患者而言,质子治疗的医疗费用难以承担,而对于医院来讲,质子设备同样难以承受。

自20世纪90年代以来,加速器的重量从上百吨降到了20吨,加速器直径也缩小了3倍,迄今为止最小的质子治疗加速器直径不到2米,与一张特大号床相当。但是,与旋转机架和其它辅助设备加在一起,即使是最为Mini型质子治疗系统也要占用几百平方米面积,也比一般传统的50平方米治疗室大几倍,目前,多数医院缺乏建造质子治疗专用机构的资金和空间,这些是现实问题。

同时,质子治疗还存在一个更精准度的问题,有医生表示,目前质子束能精确在0.5厘米内,这与X射线类似,将质子束的精密度从厘米精准到毫米级将是下一步必要的技术更新。尤其在治疗肺部和肝脏肿瘤时,肿瘤所处位置是一个移动部位,这将是另一艰难的技术挑战。

此外,精通质子设备安装和调试的专业技术人员以及擅长质子治疗技术医生的短缺也是一大问题。

改进建议和最新进展

治疗费用方面,《自然》刊文指出保险公司应建立“参考定价”模式,为有相似治疗效果的不同治疗方法建立统一支付标准,这将有助于在新的临床应用中收集质子治疗临床数据。

在设备方面,目标是把质子治疗设备安装在一个房间内,医院可以不另建造治疗室,这样更便于医院更新换代现有的X射线治疗装置,同时,如果一台质子加速器设备价能格降低到500万美元,那么普及应用质子治疗的时代也就不远了,相应地治疗费用也会不断降低。

在精度方面,目前已经探究出几种测量质子束的方法,当质子与原子核相互作用时,它们发出可跟踪的γ射线,当组织器官受到质子脉冲照射加热产生膨胀和收缩时,会释放声波。这种技术在实验环境中可以使质子束精确在几毫米范围,但尚未在临床治疗中应用,克服在临床治疗中的技术障碍需要医疗科研机构、医生和患者的共同努力。

对于专业技术人员和医生的短缺,《自然》刊文提出解决方案之一是使质子治疗工作流程与传统的X射线治疗类似,可以借用现有的放疗医生和技术人员,另一种方法是更多地依靠人工智能和全自动化,通过专家指导系统形成一个AI系统进而指导患者治疗过程。

值得一提的是,《自然》刊文还提到了质子治疗的三项最新进展:质子笔形束可以将辐射剂量准确地照射到实体肿瘤上,减少了从多角度照射患者的必要;快速成像方法可以检测患者位置的微小变化,进而改变光束的精准区域;运用可延展材料制作的“软体机器人”,利用其机器人手臂,对患者进行快速且舒适地定位,减少医生频繁进入治疗室的机会。

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