质子放疗物理（一）
陈庆主任
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质子放疗物理（一）
我想不论是对于物理师，工程师还是科研人员，对于从事质子放射医学的人来说，对质子放疗基本物理内容有一个全面的了解是必要的。下面的内容是翻译的一篇外文文章，题目是“Thephysicsofprotontherapy",writtenbyWayneDNewhauserandRuiZhang.
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质子治疗物理
摘要：质子治疗的物理思想始于年。今天通过分析方程和数值模拟的方法已经可以预测和描述质子治疗的许多方面。本文回顾了质子治疗物理方面的一些基本内容，包括质子与物质的相互作用机制，质子的输运计算，治疗和杂散辐射(strayradiation)的剂量计算和屏蔽设计。文章中的讨论既有实验实践又有理论方法。最后简要的总结了一下未来质子放疗的一些可能的研究领域。
关键词：质子治疗，相互作用机制，输运，蒙卡，剂量，屏蔽
1.介绍
质子治疗的概念始于年RobertWilson的一篇原创性论文，他建议采用加速器产生的质子束进行人体深部肿瘤的治疗。在他的这篇文章中，他阐明了质子治疗的生物物理原理和束流传送的关键工程问题。年，首例质子束人体治疗在LawrenceBerkeleyLaboratory完成。年，专门的质子束放射外科治疗在Harvard回旋加速器实验室展开，七十年代开展了眼部肿瘤和较大体积肿瘤的治疗。哈弗的物理学家和MGH临床工作者、医院和其他地方的机构丰富和发展了安全而有效的质子术治疗的物理和技术内容。哈弗对这一项目开展了近40年的研究，这段时期内，其他领域的物理学家也发展了其他关键的技术，包括加速器技术，磁扫描束，治疗计划系统，CT成像和磁共振技术。
采用质子治疗相对于比如调强光子放疗来说进展缓慢，主要有如下几个原因，包括技术难度高，花费巨大，性价比低等。直到年，在解决了一些技术难点之后，商用质子放疗系统才得以出现。但是质子治疗的费用比光子治疗要高很多倍。降低成本的期望目前仍未实现。受限于成本竞争力和成本收益，即便是在相对繁荣的时期，稀缺质子重离子放疗的分配比重还是受到限制。
虽然困难重重，但是目前仍取得了很大的进步。目前（注：该文章发表的时间是年，参照的数据来自PTCOG）美国有16家质子放疗中心运营，中国有两家质子放疗中心运营（年12月开始运营的中国第一家质子重离子治疗中心医院质子治疗中心和年6月开始运营的中国第二家质子重离子治疗中医院有限公司），全世界范围内有有46家单位。根据PTCOG的数据，截止到年，约有名病人接受了质子治疗。质子放疗团队开展了临床试验，将质子治疗的结果同其他先进放疗技术做了比较。
质子放疗的核心是它在病灶处更好的空间剂量分布。近年来，质子相对于光子放疗，其在高适形和剂量均匀性的优势正随着光子放疗中调强和旋转调强技术的进展而逐渐减弱。然而，质子放疗在保护正常组织方面的优势却更加明显和突出。在美国，大约65%的成人和80%的儿童在确诊癌症后有5年生存期。大约有一半的患者接受放疗作为他们疗程中的一部分。近期的研究发现，与治疗相关的发病率，包括二次肿瘤，心血管疾病，生殖系统疾病或是其他晚效应并发症对于癌症长期存活者是相当高的。现如今，约有3%的美国人会患有癌症，即一千一百万左右，有预测指出到年会有大约一千八百万左右。基于此，研究质子治疗保护正常组织减少放疗相关的并发症并减轻病人和医疗机构负担的热度越来越高。在过去的十年间，研究质子放疗产生晚效应的物理和生物机制的文章越来越多。
这篇文章回顾了质子放疗的基本物理内容。文献中包含了质子放疗物理中的许多方面，包括了几个ICRU的报告和教材资料。近几年讲放疗的书籍中许多也包含了质子放疗的部分。这篇回顾中主要聚焦近15年来已经形成的质子放疗物理及其优势以及临床质子放疗的重要内容。
摘自：PTOnly部分内容稍作校正
医院质子治疗中心年12月治疗第一例肿瘤患者，目前已治余例各类肿瘤患者，拥有度旋转束治疗室，十年经验，大宗病例，疗效确切，世界公认的尖端技术。何必舍近求远，质子治疗就在身边!
质子治疗癌症主要优点包括：肿瘤邻近重要器官，肿瘤患者亦可获得最好的疗效，而重要器官可受到保护；若肿瘤复发，患者还有再次接受质子治疗的机会；显著减少短期及长期副作用；提升癌症患者的生活质量；明显减少对发育中的少年儿童患者生长发育的影响；明显减少次发性癌症的风险。
质子治疗适应症：
1、头颈部肿瘤：脑膜瘤、脑胶质瘤、颅咽管瘤、垂体肿瘤、颅底脊索瘤、颅底软骨肉瘤、前庭神经鞘膜瘤、鼻咽癌、鼻腔鼻窦恶性肿瘤、腮腺恶性肿瘤、口咽癌、口腔恶性肿瘤、腺样囊性癌、恶性黑色素瘤、软组织肉瘤、血管外皮瘤、复发性头颈部恶性肿瘤、髓母细胞瘤、室管膜瘤、面部纤维肉瘤、海绵状血管瘤、颅内生殖细胞瘤、血管内皮细胞瘤、神经纤维瘤、畸胎瘤、舌根癌、牙龈癌、骨巨细胞瘤、喉癌、淋巴瘤原始神经外胚层肿瘤PNET。
2、胸部肿瘤：肺癌、恶性纵膈肿瘤包括恶性胸腺瘤、恶性胸壁肿瘤、恶性胸膜间皮瘤、肺部转移肿瘤、纵膈淋巴结转移肿瘤、纤维瘤病、食道癌、贲门癌、乳腺癌、上皮样肉瘤、尤文氏肉瘤、非霍奇金淋巴瘤。
3、腹部盆腔及其他部位肿瘤：肝癌、胆囊癌、胆管癌、肝外胆管癌、胰腺癌、前列腺癌、子宫内膜癌、子宫颈癌、脊髓肿瘤、骶尾部脊索瘤/软骨肉瘤、骨肿瘤、肾癌、卵巢癌、平滑肌肉瘤、软组织肉瘤、复发性腹盆腔肿瘤、原始神经外胚层肿瘤PNET。
最常见儿童肿瘤病种有：神经母细胞瘤、肾母细胞瘤、肝肿瘤、横纹肌肉瘤、中枢神经系统肿瘤、畸胎瘤等。
截止到医院质子中心对治疗的例（以肿瘤Ⅰ、Ⅱ期为样本）肿瘤患者进行质子治疗效果统计，部分统计数据如下:
1、非小细胞肺癌一年局部控制率95%，5年总生存率61.7%；
2、肝癌一年局部控制率为94.1%，一年的总生存率为88.2%，五年总生存率65.3%；
3、胰头癌1年局部控制率45%，3年总生存率30%；
4、脑膜瘤1年局部控制率98%，3年局部控制率95%，五年局部控制率85%；
5、脊索瘤1年局部控制率97.8%，3年总生存率88%，5年总生存率75.5%,10年总生存率46%；
6、星型胶质细胞瘤，5年总生存率85%；间变型星形细胞瘤，5年总生存率51%。
另质子系统对复发鼻咽癌的治疗具有不可替代的优势。目前，放射治疗是鼻咽癌唯一的根治性手段，但约有10%的鼻咽癌患者，在完成根治性治疗后，可能出现局部即鼻咽部的肿瘤复发，再次光子放疗较不敏感，肿瘤控制的效果也更为局限，即使采用光子IMRT（调强放疗）再次放疗，超过60%的患者仍可能出现不同级别的鼻咽黏膜损伤，腮腺损伤，颞颌关节损伤。而质子特有在物理学优势，给复发鼻咽癌患者带来了新的治疗机会。
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