癌症是全球第二大死亡原因。大约一半的癌症患者在整个治疗过程中接受某种类型的放射治疗。进入21世纪，癌症治疗发生了巨大变化，靶向、免疫等新药物层出不穷，但放射治疗一直是消除肿瘤的最广泛使用的方法之一，仍然是恶性肿瘤治疗的基石。目前常规放疗技术普遍是基于电子直线加速器产生的高能x射线在影像学技术指引下通过计算机技术的计划制定和实施来实现精准的放射治疗，在一定程度上实现了最大限度的肿瘤杀灭和周围正常组织的保护。尽管如此，由于x射线是穿透性的，在组织中的能量衰减是缓慢的。一束x射线在进入人体后，在抵达肿瘤前对正常组织的剂量要高于肿瘤，而抵达肿瘤区域后，仍然马不停蹄地穿过肿瘤后方的正常组织（见图表1），因此会产生正常组织的损伤。临床上我们通常采用多射束多角度入射的办法，使肿瘤部位达到治疗剂量，周围正常组织剂量得到分散从而降低损伤程度。如何将这种损伤进一步降低是放疗领域研究的热点，这时，一些其它类型的射线就进入科学家的视野，包括质子、中子和重离子。这里我们仅就质子放疗进行介绍，因为其技术相对成熟，可及性强。
1946年，Wilson首次建议在放射治疗 （RT） 中使用加速质子 。他在伯克利（美国加利福尼亚州）研究了在回旋加速器加速的质子的深度剂量曲线，并观察到质子行进路径末端能量沉积的急剧增加，这被称为布拉格峰。1958年，伯克利劳伦斯放射实验室报道了加速质子在26例晚期乳腺癌患者垂体中的首次临床应用。目前，全球有100余家机构提供质子治疗。美国数量最多，其次是日本、德国和俄罗斯。
十年来，我国大陆地区质子重离子放疗加快布局，上海市质子重离子医院已于2015年5月正式运营。“十四五”期间，全国规划配置重离子质子放射治疗系统41台。最终21家医疗机构获得批准（来源：质子中国），质子放疗开始走进我国普通百姓。
01
什么是质子放疗？
质子是氢原子剥去电子后带正电荷的粒子。质子放疗通过粒子加速器把质子加速至三分之二光速后，成为穿透力很强的质子射线。这些质子射线被引出并导入人体内所需部位，集中精准的对肿瘤进行照射。质子可造成细胞DNA单链断裂，最终导致肿瘤细胞死亡或干扰其增殖能力。不同于传统的光子线进入人体后逐渐释放能量，高速质子线进入人体后的能量释放轨迹非常独特，在穿透肿瘤前方正常组织时只损耗能量的10%，而在射程终点处会瞬间释放出90%的能量，形成一个尖锐的剂量峰，就是我们上文提到的布拉格峰，在布拉格峰后能量急剧下降几乎为零。调整质子束到达组织的预定深度，使肿瘤或病变置于拓展布拉格峰区内（见图表1），可以使得大部分辐射能量集中沉积于肿内，同时减少对周围正常组织的伤害，类似于对肿瘤进行的“立体定向爆破”。
图表1（a）临床 X射线、质子和碳离子束的深度剂量分布，以及 （b） 拓展布拉格峰 （SOBP）。
02
质子疗法与传统放疗究竟有什么区别呢？一种治疗方法比另一种更好吗？
下面的图表2我们对质子放疗和常规放疗（光子放疗）进行对比。
研究表明，质子放疗的疗效与常规放疗相同，一般来说，由于布拉格峰效应，与常规光子放疗相比，质子放疗毒性特征更有利。然而，质子放疗更容易发生意外毒性，主要是由于生物学剂量和照射范围的不确定性，比如不同组织器官之间的性质差异、器官的运动等可能使质子能量实际释放的位点与治疗计划不一致，从而使周围正常组织特别是紧邻肿瘤的关键脏器比如脊髓、肠道受到等同于肿瘤剂量的照射。目前的文献缺乏大规模研究，包括随机对照试验，这些试验可以准确量化质子放疗与光子放疗相比的毒性几率和程度。
图表2质子放疗与常规放疗特征对比
特征 | 质子放疗 | 常规放疗（光子） |
辐射类型 | 质子（带电粒子） | X 射线（高能光子） |
精度 | 高精度；靶向肿瘤，对周围组织的影响最小 | 精确放疗技术也可以实现高度精准最大限度地减少周围的健康组织剂量 |
治疗区域 | 非常适合关键器官（例如，大脑、脊髓、眼睛）附近的肿瘤 | 适合绝大多数头体部肿瘤 |
对儿童的效能 | 由于副作用减少，对儿童肿瘤患者更安全 | 可能对儿童造成更多副作用 |
成本和可用性 | 设备昂贵，治疗费用高 | 更方便、更实惠 |
虽然随着技术进步质子治疗已经并非遥不可及，也有降低毒性的巨大潜能，但我们也不必盲目地推崇质子放疗，毕竟其疗效上还是与常规放疗相当。近年来，质子在为肿瘤提供高度适形和均匀剂量方面优于光子的优势在很大程度上被光子疗法的进步所削弱，例如高分辨率弧形容积调强放射治疗。笔者曾经进行过一项研究，该研究基于复发性前列腺癌再程放疗的假设，进行了不同技术的剂量学比较，尽管质子放疗的正常组织得到更好的保护，但新的光子放疗技术肿瘤剂量覆盖适形度更好（图表3）。
图表 3 质子调强放疗（上）与光子容积调强放疗（下）比较
另外，质子放疗设施相对稀少，且由于研发、建造和运行成本高昂，治疗费用较光子放疗贵很多。此外，质子对放疗医生、物理师等的专业程度要求更高。因此，在选择质子放疗还是光子放疗的问题上，患者及家属一定要考虑治疗经济效益比的问题，实际上光子放疗包括立体定向头体部放疗，容积调强放疗等技术可以满足绝大多数放疗患者的需求。质子放疗非常适合关键位置或敏感器官附近的肿瘤，如颅底脊索瘤、软骨肉瘤和脑膜瘤，垂体瘤，听神经鞘瘤，脉络膜黑色素瘤靠近视神经或黄斑，眶内肿瘤，脑干和脊髓肿瘤等，质子治疗能够给这些患者带来更好的生活质量。另外光子放疗后复发再次放疗的患者，为更好保护周围器官，采用质子放疗是适合的。同时质子治疗也特别适用于治疗儿童肿瘤，可以减少对儿童健康组织和器官的辐射，最大化避免后期发育异常及第二原发肿瘤的发生。
03
质子放疗对患者及家属、治疗室周围驻留人员包括工作人员、候诊人员及周边环境有影响吗？
在质子放疗过程中，患者会受到一定的辐射，但这种辐射是短暂、高度集中且精确控制的，质子辐射一旦传递到肿瘤部位，能量迅速释放，甚至降为0。因此治疗完成后患者可以离开治疗室，质子辐射不会在患者体内残留，不会给他人包括儿童带来任何风险或辐射暴露，患者可以与家人正常生活和接触，不必有任何担心。
不同于传统治疗中使用的X射线能量较低，质子是高能重粒子。高能的质子束在能量选择及传输过程中都会有粒子的损失，损失的质子与加速器部件和屏蔽体作用会产生级联中子和蒸发中子，造成中子辐射，并伴随有γ射线的发射。因此相比于常规光子放疗设备，质子放疗设备和治疗室均经过严格的设计和防护，采用更大的屏蔽厚度和更复杂的屏蔽设计，确保辐射在治疗过程中被牢牢控制在安全范围内。质子治疗设施的建造通常经过严格的环境评估和防护设计，确保治疗区域外的辐射水平远低于安全限值，以确保工作人员和公众的安全。长期居住在质子医院附近的居民，受到的辐射影响极低，不会对健康构成威胁。
王辉
天津市人民医院
肿瘤一科主任兼放疗科主任
医学博士、博士生导师
周曼倩
天津市人民医院
肿瘤科
主治医师
医学博士
本期专家：天津市人民医院 王辉、周曼倩
编辑：张晓婉
校对：刘昊
