质子治疗与传统放疗差别在哪?优缺限制、原理一次解析
体外放射治疗是一种从体外将放射治疗的剂量,以非侵入性的方式,给予到体内的一种医疗技术,也就是俗称的“癌症电疗”。
传统放射治疗的限制:癌细胞与正常细胞一并破坏
放射治疗的“剂量”,对于肿瘤细胞来说,代表了“控制率”。如果能在肿瘤部位给予越高的剂量,也就越有机会清除肿瘤细胞。若照这个规则,在进行放射治疗的时候尽量提高剂量,是不是就能增加治疗成功率呢?其实不然,因为对于正常的组织或细胞来讲,剂量代表的却是副作用,剂量越高副作用越大。
大多数的癌症都只在体内占相对小的体积,癌细胞周围存在的是正常细胞及组织。以
常见的鼻咽癌来说,鼻咽癌的癌细胞多存在于鼻咽部(疫情期间大家核酸采样的部位)与两侧颈的部淋巴结,分布看似很广泛,但真正的癌细胞所占的的体积,其实不到头颈部体积的十分之一。
也因此,若安排放疗时无法精准控制剂量,就等同对整个头颈部都做高剂量照射,恐怕在还没看到鼻咽癌细胞消除之前,就可能因为正常细胞所产生的副作用而放弃或中断治疗了。
又比如常见的肝癌,虽然癌细胞就在肝脏里面,但若对整个肝都照射高剂量,最先破坏的可能就是肝脏内正常的肝细胞以及血管胆管等组织,还没有控制住肝癌细胞前就先引发肝衰竭的风险了。
质子治疗:针对癌细胞攻击
传统放射治疗所必须克服的限制,正好就是质子治疗的优点,这两者最大的差异就在于“体内的剂量分布”。质子治疗是一种放射治疗技术,它既可以在癌细胞所在的位置给予高的剂量,同时又能针对周边正常细胞和组织给予极低或什至零剂量,是堪称近乎完美的放射治疗组合。
这是一张放射线进入人体后,它的穿透深度与剂量的关系图。图片当中有两条线,蓝色是质子,黄色是传统光子放射治疗。当质子进入身体后会维持着低剂量,到一定深度时像深水炸弹一般把剂量整个释放出来,而更深处则完全没有剂量。
这个特性就是美国高能物理学家罗伯・威尔森(Robert Wilson)所认为,适合拿来做医疗用途的关键。而图中像山峰一样的剂量最大处,就是我们称的“布拉格峰”(Bragg Peak);黄色线则是普通放疗的剂量曲线,刚进入身体的时候达到最高的剂量,然后慢慢减少直至穿透整个身体。
事实上,多数肿瘤不在身体表层,而是存在于身体一定深处。若能透过巧妙安排,让“布拉格峰”的位置落在肿瘤处,就可以达到临床精准治疗的需求。
当然,肿瘤往往不是一个点,而是有一定体积,如果只把剂量集中一个点,会不会造成很多肿瘤细胞没被打中?从过去的研究我们知道,带有越高能量(速度)的质子,它的布拉格峰会在身体越深的地方,就好比丢小石子,速度越快会飞得越远一样。
当我们把不同能量的质子照射进入人体之后,就能够在不同的深度放出高剂量,经过一番叠加,它就会变成一个剂量的高原,我们称做“布拉格尖峰散布”(SOBP,spread-out Bragg Peak)。换句话说,在临床上面对治疗不同大小的肿瘤时,只要透过改变SOBP的大小,就能完整地照射肿瘤部位。
质子治疗可以在肿瘤部位提供稳定而足够的剂量,同时,对于不论在肿瘤之前的正常组织,或者肿瘤之后身体正常的组织,都有比传统光子治疗更低的剂量。剂量对于正常细胞组织来说,就是副作用的来源,这也是为什么质子治疗可以带给我们更低副作用的关键原因。