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和癌症作斗争(13):放疗,杀敌一千自损x百 精选

已有 22150 次阅读 2014-12-10 13:32 |系统分类:科普集锦

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注:本文是我邀请美女师妹张洁熹(清华核物理本科,麻省理工等离子和核聚变研究中心博士)写的,她对加速器,新型放疗仪器有很深了解。视角和我完全不同,读起来非常有意思。我坚信攻克癌症必须靠多学科融合。

放疗(Radiation Therapy or Radio Therapy, RT)作为癌症治疗的辅助手段已经有相当长的历史了,甚至可以追溯到伦琴发现X射线开始。近年来,由于技术的发展使质子放疗,重离子放疗,中子放疗等新兴名词进入了人们的视野。

在这里先区别一下容易混淆的两个概念,放疗和化疗(Chemotherapy, CTx)。化疗是指摄取使用具有抗癌功效的化学药物进行的癌症治疗手段。而放疗是指直接利用高能量射线,即辐射,即高能量粒子打击癌症细胞的治疗手段。两者在原理上面没有什么联系。而为什么人们常常混淆这两个概念,我想是因为两者都是会对自身产生不小伤害的治疗手段。也就是杀敌一千,自损X(若干)百。至于X具体是多少,就只能具体问题具体分析。

为什么化疗会对自身也产生不小的伤害?

一团高能粒子直接轰击肿瘤细胞,会破坏细胞的DNA,或者通过电离产生自由基以破坏DNA,从而造成肿瘤细胞死亡。但是,这样的攻击是无差别的,我们实在不能指望长度是一个细胞的十亿分之一——这还是很重很重的质子,如果是常用的光子则没有真正的体积——的一团基本粒子,能区分出癌变细胞和正常细胞,所以,放疗会对肿瘤细胞和自身的健康细胞造成无差别杀伤。

幸运的是,肿瘤细胞的DNA修复能力通常没有正常细胞强,所以进行分期疗程式的治疗,可以给予正常细胞足够的恢复时间同时永久性的杀伤肿瘤细胞。这就是为什么每次放疗之后头一周或十天,人体非常难受,但之后正常细胞慢慢修复,人体也慢慢回复精气神的原因。

更幸运的是,人很聪明,已经能熟练的运用电磁技术和机械技术等控制粒子的能量和照射路径,从而使辐射的能量尽量多的释放到肿瘤细胞那里去。衡量辐射量的多少有一个专门的名词叫剂量(Dose)。现在成熟的X射线或伽马刀能360度的照射人体且比较精准的控制能量和定位肿瘤,分散正常细胞的剂量,积累肿瘤细胞的剂量,从而减轻人们的痛苦,加大治疗的功效。

还要幸运的是,比起X光和伽马射线。我们还有质子和重离子。我们知道X射线伽马射线的光子基本没有质量。所以它在跟其他物体“碰撞”的时候,容易改变方向和释放能量,基本上是到达肿瘤细胞之前就一路放。而质子要重很多很多很多很多,所以在高能阶段,它就会“坚持”走自己的路,只沿途释放少量的能量,只是在最后阶段时,一股脑儿的释放出来,这就是布拉格峰(Bragg Peak),见下图。

同时,因为重,质子的每次剂量也可以更多,而相对损伤更小。质子治疗的优势是显而易见的,尤其对于周围有重要敏感器官的肿瘤(因为布拉格峰后质子能量为0,相当精准)。所以,基本上质子或重离子治疗“自损X百”的”X”,就要比一般的X射线或伽马刀的“X”小不少。

是的,质子(或重离子)更准,更快,更健康,但是,也更贵!很贵!相当贵!

还是因为重量,把质子加速到具有打击相应肿瘤的能量需要的加速器要大得多,复杂得多,需要的能量多得多,之后的控制磁路照射设备(Gantry)也复杂得多,各种相应的基建等噼里啪啦一摊子要贵上几个量级。正因为此,目前能提供质子治疗或者重离子治疗的医院或治疗中心很少,全世界正运行的也没有50个(大家有兴趣可以点击参考文献1,2。大致查看一下现有的治疗中心。当然罗列未完全,因为有的中心是挂靠在国家实验室的,即直接使用国家实验室的质子或重离子加速器。实际上相当的机构都是如此,如兰州近代物理研究所,PSI,CERN等,这也侧面体现了重离子加速器的庞大复杂)。

这里还说明一下,中子不带电,所以效应跟质子有略微的不同(当然,光子也不带电,所以跟中子效应差不多),但中子跟质子差不多重,所以效力的是差不多的。但是中子的加速,控制,比质子还要麻烦!

还要谨记的是,每个人对同样的辐射的个体反应不同,即自损”X”也是不同的。所以概念性的所谓加强锻炼,提高抵抗力对减少X是挺有用的。同时也必须强调:我们是不可能把X减为0的, 因为治疗过程本身,由于人体的自身不停息的运动(比如呼吸,心跳,甚至内急等),会移动肿瘤的具体位置,从而不可避免的产生偏差,使人体健康细胞受到伤害。总的来说,我们对放疗所要做的是,也只能是“遵医嘱“。

当然时代在发展技术在进步,也有一大批人,搞技术的,搞市场的,搞医保政策的,在致力于推广质子治疗。让我们期待”X“越来越小吧。

PS,文中提及的放疗说的都是外照射(External beam radiation therapy)。还有一种吸入放射源到肿瘤附近,直接照射肿瘤的内照射(Internal radiation therapy, or Brachytherapy)。两者有治疗部位和治疗剂量的区别,暂未纳入讨论。

参考文献:

[1] Adam, A research company inspired by CERN: http://adam-geneva.com/protontherapy.html

[2] The National Association for Proton Therapy: http://www.proton-therapy.org/

[3] National Cancer Institute: http://www.cancer.gov/cancertopics/factsheet/Therapy/radiation

[4] Seattle Cancer Care Alliance: http://www.seattlecca.org/diseases/salivary-gland-cancer-treatment-neutron-therapy.cfm




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