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質(zhì)子和重離子治療被國內(nèi)媒體稱為“治癌神器”。所謂質(zhì)子，就是指氫原子剝?nèi)ル娮雍髱в姓姾傻牧Ｗ?。氫原子通過加速器高能加速，成為穿透力很強的電離放射線，這就是質(zhì)子放射線，然后精確控制下攝入人體。質(zhì)子治療是放射療法的質(zhì)的飛躍。與傳統(tǒng)放射治療所使用的X射線等光子束相比，質(zhì)子治療的最大優(yōu)勢就是能夠減少對正常組織的輻射，同時對病灶部位給足劑量。

質(zhì)子CT設(shè)備作為當(dāng)前最復(fù)雜的醫(yī)學(xué)影像學(xué)設(shè)備，在腫瘤治療上的精確度相對于其它放療設(shè)備擁有絕對的優(yōu)勢，但在科學(xué)研究者看來，它或許可以更加完美！

目前質(zhì)子治療的治療計劃制定是在臨床靶目標(biāo)的X線成像基礎(chǔ)上制定的。然而，由于在制定治療計劃的過程中計算劑量需要將CT亨氏單位轉(zhuǎn)換成水當(dāng)量長度（WEL），而這一過程存在不確定性，因此使用X線成像在計算照射范圍時會出現(xiàn)錯誤。

為了解決這個問題，國際上有部分團隊正在對質(zhì)子CT（pCT）成像系統(tǒng)的性能進行研究，希望藉此提高癌癥質(zhì)子治療的精確度及準(zhǔn)確性。

由英國林肯大學(xué)（University of Lincoln）圖像工程學(xué)特聘教授Nigel Allinson帶領(lǐng)的由來自世界各地的科學(xué)家組成的國際PRaVDA（Proton Radiotherapy Verification and Dosimetry Applications，PRaVDA）專家團隊成功研發(fā)了世界上第一臺質(zhì)子CT。科研人員在南非iTHemba LABS實驗室使用南非國家回旋加速器（South African National Cyclotron）進行了多年的研究，并最終實現(xiàn)了這一影像學(xué)領(lǐng)域的重大突破，為提高腫瘤質(zhì)子治療的療效和普及性添磚加瓦。

質(zhì)子原理示意圖

“為了能夠?qū)崿F(xiàn)質(zhì)子CT成像，我們使用用于質(zhì)子治療的高能粒子搭建了一個特別的醫(yī)學(xué)影像學(xué)平臺?！盇llinson教授解釋說，“目前我們僅使用研發(fā)出的質(zhì)子CT為一塊羊排拍攝了影像，這意味著很快我們就能夠在腫瘤治療過程中使用質(zhì)子CT了。”

科研人員將質(zhì)子CT圖像與傳統(tǒng)X線CT圖像進行了比較。盡管質(zhì)子CT圖像比X線CT圖像模糊，但能夠清晰顯示質(zhì)子與組織之間的相互作用。當(dāng)前質(zhì)子治療過程中，質(zhì)子照射范圍和準(zhǔn)確性都存在不確定性。如果使用X線CT圖像進行治療計劃制定，那么束流實際到達(dá)和釋放能量的位置會與計劃有3-5%的差異，從而損傷正常細(xì)胞；而使用質(zhì)子CT，上述誤差可以降低到1%。

質(zhì)子CT圖像清晰度在不斷提高

PRaVDA的科研團隊使用多種組織替代物對質(zhì)子進行了測試，并記錄了質(zhì)子相對阻止本領(lǐng)（relative stopping power）的最低誤差值。質(zhì)子的相對阻止本領(lǐng)是影響放療準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素。

除此之外，PRaVDA團隊還發(fā)現(xiàn)，在質(zhì)子穿過患者組織的過程中，可以測量多個參數(shù)，從而獲得完整的CT圖像。這些發(fā)現(xiàn)打開了一個全新的醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域的大門，并將成為PRaVDA新一代醫(yī)學(xué)影像設(shè)備研發(fā)的重點。

通過使用質(zhì)子CT獲得患者解剖學(xué)和腫瘤CT圖像，意味著可以使用質(zhì)子而不是X線獲得詳細(xì)的三維患者解剖學(xué)影像，醫(yī)生在治療過程中能夠更精確的瞄準(zhǔn)腫瘤，更好的保護腫瘤周圍健康組織，這將進一步擴大質(zhì)子治療的適應(yīng)證范圍。

為了能夠解決質(zhì)子治療計劃制定和實施過程中的不確定性，Wellcome信托基金（Wellcome Trust）出資成立了質(zhì)子放射治療認(rèn)證和劑量學(xué)應(yīng)用（Proton Radiotherapy Verification and Dosimetry Applications，PRaVDA）聯(lián)合會，開發(fā)新的設(shè)備以提高質(zhì)子治療過程中束流劑量和能量的穩(wěn)定性。PRaVDA由來自英國伯明翰大學(xué)、林肯大學(xué)、利物浦大學(xué)、薩里大學(xué)、伯明翰大學(xué)醫(yī)院NHS信托基金會、考文垂和沃克里郡大學(xué)醫(yī)院NHS信托基金會和南非開普敦iThemba實驗室的知名工程師、科學(xué)家、醫(yī)生、高能物理和核物理學(xué)家以及放射腫瘤專家組成。