重離子治療腫瘤技術(shù)進(jìn)展

重離子治療腫瘤技術(shù)進(jìn)展

腫瘤是一種嚴(yán)重的人類健康疾病。2010年5月，衛(wèi)生部發(fā)布了中國衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)總結(jié)，2009年，腫瘤克服了心腦血管疾病，成為中國城鎮(zhèn)居民死亡的主要原因。2009年我國因惡性腫瘤死亡人數(shù)約230萬,占我國死亡總?cè)藬?shù)的27%,每10萬人中就會(huì)有近168人死于惡性腫瘤。近年來,癌癥放射治療的治愈率和有效控制率明顯提高,放射治療使某些早期局部性腫瘤獲得根治,同時(shí)放射治療對癌癥所在部位的器官及其功能的保留有重要意義。1傳統(tǒng)放射療法缺乏治療腫瘤的相關(guān)原因國內(nèi)傳統(tǒng)觀點(diǎn)觀點(diǎn),傳統(tǒng)放射線選擇不當(dāng),造成了相應(yīng)據(jù)統(tǒng)計(jì),在所有的常規(guī)放療病人中,仍約有1/3的病人局部腫瘤未能得到控制;另有報(bào)告稱,在美國每年有10萬癌癥病人由于局部腫瘤未能得到控制而導(dǎo)致整體治療失敗。傳統(tǒng)的放射療法利用γ射線、電子、X射線、中子等輕粒子。由于放射線對腫瘤和正常臟器組織都有損傷作用,因而在腫瘤被放射控制的同時(shí),也產(chǎn)生了一定程度的急性和后期放射并發(fā)癥,特別是對那些立體形態(tài)較怪異、又與周圍正常組織交錯(cuò)的腫瘤。由于正常組織的放射耐受量有限,因而照射腫瘤的劑量無法提高,射線射入人體后,劑量主要損失在淺層,隨著射程增大而逐漸減小,到達(dá)病灶時(shí)其劑量已經(jīng)不足以治療腫瘤。20dcrt和imrt在放療中應(yīng)用的研究進(jìn)展(3-dimensionalconformalradiationtherapy,3DCRT)和調(diào)強(qiáng)適形放療(intensitymodulatedradiationtherapy,IMRT)是在腫瘤放療歷史上的一個(gè)革命性的進(jìn)步,使放療高劑量的立體形態(tài)和腫瘤的立體形狀基本適合,從而有效地提高了腫瘤放射劑量,使腫瘤的局控率改善,同時(shí)對腫瘤周圍正常組織的劑量明顯降低,放療并發(fā)癥減少。臨床的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí),與傳統(tǒng)的放療技術(shù)相比,3DCRT和IMRT顯著地改善了腫瘤放療的療效,因而這兩項(xiàng)技術(shù)已成為國內(nèi)外腫瘤放療的主流技術(shù),然而3DCRT和IMRT還存在著一些問題:首先,更多的照射野使得腫瘤周圍較大體積正常組織經(jīng)歷了較低劑量的照射,這可能直接增加放射區(qū)域內(nèi)放射誘導(dǎo)的惡性腫瘤發(fā)生。這類腫瘤可能會(huì)發(fā)生在放療后10~20年,但是對療效好的腫瘤,特別是青年或者兒童患者,這種危險(xiǎn)性顯得更重要。另外,臨床放療的腫瘤都以局部晚期為多,而這些腫瘤中都存在不同比例的缺氧腫瘤細(xì)胞群及抗放射的腫瘤細(xì)胞亞群,殺滅這些細(xì)胞需要2.5~3倍的光子射線劑量,這種高劑量治療改善局控率的效果不明顯,而且會(huì)對周圍組織造成嚴(yán)重?fù)p傷。2重離子腫瘤的優(yōu)勢2.1布峰蛋白測定重離子泛指重于2號(hào)元素氦并被電離的粒子,包含質(zhì)子、碳核、等重帶電粒子,而利用重帶電離子進(jìn)行放射線治療即重離子治療的最早理論由Wilson于1946年提出,其理論為利用質(zhì)子所產(chǎn)生的布拉格峰(Braggpeak)曲線,將其置于腫瘤靶區(qū)以達(dá)到殺死腫瘤細(xì)胞并降低正常組織所受劑量之目標(biāo)。布拉格峰是在1904年由Bragg和Kleeman所發(fā)現(xiàn),指當(dāng)質(zhì)子被撞擊而產(chǎn)生出質(zhì)子射線,最初釋放的能量相當(dāng)?shù)?大約為總動(dòng)能的20%,直到一定的射程深度之后,質(zhì)子快速地減速使動(dòng)能大量釋放,達(dá)到釋放動(dòng)能的最大值,而且在此之后幾乎完全沒有動(dòng)能,而這是質(zhì)子的最大特性。由于布拉格峰可將大部分動(dòng)能完全釋放,因此可在完全殺死腫瘤靶細(xì)胞的同時(shí)大幅度降低正常組織所受放射線劑量。2.2外科手術(shù)、化療、常規(guī)放療無效或易復(fù)發(fā)重離子束治療癌癥不僅具有物理劑量分布的優(yōu)勢,而且在生物學(xué)上的優(yōu)勢更為顯著。特別適宜于治療外科手術(shù)、化療、常規(guī)放療無效或易復(fù)發(fā)的難治病例。重離子束在物理學(xué)和生物學(xué)上所具有的一系列獨(dú)特優(yōu)勢體現(xiàn)在:深度劑量分布好,可實(shí)現(xiàn)對腫瘤靶區(qū)的均勻照射,有利于高效殺滅靶區(qū)的癌細(xì)胞,提高療效3重離子腫瘤的臨床應(yīng)用3.1日本重離子治療腫瘤的臨床研究重離子束治療腫瘤的先驅(qū)性研究起源于美國的勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室(LBL),盡管當(dāng)時(shí)的束流配送系統(tǒng)及治療計(jì)劃系統(tǒng)并不完善,但截至1992年6月,LBL收治了2478例腫瘤病人,其中用4He離子束治療的共有2054例,用12C、20Ne等重離子束治療的約有433例。局部控制率較電子、X射線等治療提高了2~3倍,與常規(guī)放療相比具有明顯的優(yōu)越性日本于1993年在國立放射醫(yī)學(xué)綜合研究所(NIRS)建成了一臺(tái)重離子醫(yī)用加速器(HIMAC),專門用于重離子束治療腫瘤及放射醫(yī)學(xué)研究[3]。到2007年底已治療腫瘤患者超過3000例。至2008年,該研究所治療了3819例腫瘤病人,共計(jì)4053個(gè)腫瘤病灶。對于肝癌、肺癌、頭頸腫瘤、骨和軟組織腫瘤、前列腺癌等腫瘤類型都有較好的療效。由其對前列腺癌的3年局部控制率達(dá)到100%,在所有治療病人中尚未發(fā)現(xiàn)明顯的并發(fā)癥。日本政府已于2003年11月接受并承認(rèn)重離子束治療腫瘤是一種高度先進(jìn)的醫(yī)療系統(tǒng),正式啟動(dòng)了第2個(gè)“癌癥控制10年戰(zhàn)略”,計(jì)劃在全國興建60個(gè)重離子束治療中心,使日本國民受益于重離子治療腫瘤。在歐洲,重離子束治療腫瘤裝置HITAG已于1996年在德國重離子研究中心(GSI)建成。1997年12月13日GSI用高能碳離子束治療了兩例顱底瘤患者,3個(gè)月后腫瘤完全消退。到2004年3月,GSI共收治頭頸部腫瘤患者205例,總體療效非常顯著。在2002年,由于GSI在顱底脊索瘤和軟骨肉瘤這兩種腫瘤各50例臨床試驗(yàn)的兩年局部控制率達(dá)到了100%,德國政府頒發(fā)的對這兩種腫瘤重離子臨床治療的許可證3.2重離子治療臨床研究中國為世界上繼美國、日本、德國之后,第四個(gè)具有重離子治療腫瘤能力的國家。2006年11月,中國科學(xué)院近代物理研究所在自主創(chuàng)新研制的淺層腫瘤重離子束治療裝置上,與蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院合作進(jìn)行了首批15例重離子淺層治療腫瘤臨床試驗(yàn)。這15名患者為2006年11月至2009年2月收治的淺表腫瘤患者,男性9例,女性6例。15名患者中單發(fā)病灶12個(gè),多發(fā)病灶3例。6例為術(shù)后復(fù)發(fā)患者。此15名患者經(jīng)過不同劑量的重離子治療后,均獲得了較為理想的療效,超聲所見病灶均消失。安全性方面,重離子治療也顯示了較強(qiáng)的優(yōu)勢,除部分患者治療后2~3周出現(xiàn)局部脫皮、皮膚破潰外,血象等全身均未見異常。經(jīng)過1~27個(gè)月的追蹤觀察,除1例腦轉(zhuǎn)移死亡外,余14例均健在除去首批15名患者外,近代物理研究所與甘肅省腫瘤醫(yī)院和蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院合作總共進(jìn)行了另外7次(批)共88例淺層腫瘤患者重離子束臨床治療試驗(yàn)。主要為皮膚鱗狀細(xì)胞癌、基底細(xì)胞癌等及部分良性腫瘤(如瘢痕瘤等),大部分為常規(guī)治療(手術(shù)、放療、化療)復(fù)發(fā)或無效的病例。治療后隨訪觀察到效果顯著,療效可靠,而且照射部位及全身無明顯不良反應(yīng)。截至目前,接受治療的病人沒有發(fā)現(xiàn)復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移病灶。這表明我國在重離子淺層治療人體腫瘤臨床試驗(yàn)上獲得了初步的成功。2008年,利用新建的蘭州重離子加速器冷卻存儲(chǔ)環(huán)提供的高能重離子束治療深部腫瘤的治療終端在中國科學(xué)院近代物理所建成,并完成了束流測試和首批細(xì)胞及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。自此之后,近代物理所開始了將重離子治療手段應(yīng)用到深部腫瘤的研究。截至2009年4月,已經(jīng)有多名患者簽訂臨床試驗(yàn)志愿書,并開始接受重離子束治療。4中國重離子腫瘤的前景分析4.1重離子治療腫瘤的臨床研究重離子束治療腫瘤是當(dāng)前國際上最先進(jìn)有效的放療方法。中科院近代物理研究所在2009年制定了重離子束專用裝置產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)項(xiàng)目計(jì)劃。該項(xiàng)目包括重離子束治療腫瘤專用裝置、配套的建筑物、公用基礎(chǔ)設(shè)施、室外工程等。該項(xiàng)目是利用中科院近代物理研究所在蘭州重離子研究裝置(HIRFL)、蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)(HIRFL-CSR)、重離子輻照生物物理和臨床治療技術(shù)等研究方面獲得的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)及技術(shù)成果,建造一臺(tái)小型緊湊、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、自動(dòng)化程度高的重離子束治療腫瘤專用裝置。該裝置作為示范裝置,將用以開展重離子束臨床治療腫瘤,每年治療2000例左右患者;深入開展重離子束治療腫瘤研究;培養(yǎng)相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員;并實(shí)現(xiàn)治療裝置的產(chǎn)業(yè)化。該項(xiàng)目對保障國民身體健康和提高患者生存質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)大型醫(yī)療裝備國產(chǎn)化、帶動(dòng)相關(guān)裝備制造業(yè)發(fā)展,都具有十分重要的意義。中科院近代物理研究所在十多年重離子束治療腫瘤研究的基礎(chǔ)上,2005年制訂了我國首個(gè)《重離子加速器治療腫瘤企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(試行)》;2007年建立了甘肅省重離子束治療腫瘤臨床研究基地和重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;在重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)上建造的重離子束治療深層腫瘤裝置已安裝調(diào)試完工。中科院近代物理研究所已對重離子束治療腫瘤專用裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化;建造該治療裝置的所有技術(shù)都源于建設(shè)HIRFL-CSR大科學(xué)工程獲得的關(guān)鍵技術(shù)、多項(xiàng)發(fā)明專利等自主知識(shí)產(chǎn)權(quán);科研人員還參加了德國GSI和日本NIRS的重離子束治療腫瘤研究、治療計(jì)劃開發(fā),積累了豐富的臨床治療經(jīng)驗(yàn)。該項(xiàng)目包括離子源、注入器、主加速器、4個(gè)治療終端、束流配送系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備、輻射防護(hù)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、治療監(jiān)測系統(tǒng)等。該項(xiàng)目建造的重離子束治療腫瘤專用裝置的市場報(bào)價(jià)初步定在8億元人民幣,目前,市場上日本建造的重離子治療腫瘤專用裝置報(bào)價(jià)約合人民幣12億元,德國同類治療裝置的報(bào)價(jià)約合人民幣15億元,相比較中國的裝置性價(jià)比較高。產(chǎn)業(yè)化后每套治療裝置預(yù)計(jì)可以產(chǎn)生約2.5億元的毛利,1套治療裝置的生產(chǎn)周期約2年(可以多臺(tái)同時(shí)生產(chǎn)),90%以上的部件能在蘭州就地生產(chǎn)。而重離子治療腫瘤裝置國內(nèi)只有蘭州有能力生產(chǎn),市場前景非常廣闊。國內(nèi)近2年內(nèi)在重離子治療領(lǐng)域可能有較大發(fā)展的,是上海市質(zhì)子及重離子醫(yī)院(第二冠名為復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院質(zhì)子重離子治療中心),醫(yī)院建成后由復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院作為法人負(fù)責(zé)正常的運(yùn)行和管理。該項(xiàng)目被視為《上海市衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要》中重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目之一。上海市政府?dāng)M為該項(xiàng)目投資20億元。在其為國家環(huán)境保護(hù)總局輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)中心提交的輻射環(huán)境影響報(bào)告中,已明確該醫(yī)院會(huì)從德國引進(jìn)一臺(tái)質(zhì)子重離子加速器系統(tǒng),目前具體型號(hào)尚未最終公布。4.2重離子束治療裝置的國際應(yīng)用專家預(yù)測,中國國內(nèi)重離子束治療裝置的市場容量在100臺(tái)以上,日本約需要60臺(tái)。因此,重離子束治療裝置的制造在中國國內(nèi)約有250億元以上的毛利空間(產(chǎn)值800億元,收益率31%);在國際上很有競爭力,也有較大的利潤空間。從治療的角度看,患者平均治療花費(fèi)為15萬元,每年可以達(dá)到的最大治療患者人數(shù)為1000至2000人。4.3制定重離子治療規(guī)范近兩年伴隨著首家重離子治療中心在蘭州的落戶,我國在重離子治療腫瘤方面正處也進(jìn)入了一個(gè)飛速發(fā)展的時(shí)期。2009年11月,中國衛(wèi)生部組織制定了《質(zhì)子和重離子加速器放射治療技術(shù)管理規(guī)范(試行)》,為重離子治療模式在中國的規(guī)范化運(yùn)行做出了重要指引。蘭州重離子治療中心的建立,不僅為我國的腫瘤治療提供了一個(gè)開放性的重離子癌癥治療平臺(tái),更重要的是蘭州重離子中心其所采用政企研三方攜手的管理模式,為我國重離子治療腫瘤奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),成為了我國高性能醫(yī)療器械國產(chǎn)化的重要里程碑。5碳核重離子治療綜上分析,重離子束治療惡性腫瘤在療效及安全性方面都展現(xiàn)出了超出其它放療方案的優(yōu)越性,對于多種惡性腫瘤,尤其是無法手術(shù)或術(shù)后復(fù)發(fā)的腫瘤,都是一種理想的治療方案。另外,有一項(xiàng)對25名局部復(fù)發(fā)直腸癌患者的研究表明,其