質(zhì)子和重離子治療被國內媒體稱(chēng)為“治癌神器”。所謂質(zhì)子，就是指氫原子剝去電子后帶有正電荷的粒子。氫原子通過(guò)加速器高能加速，成為穿透力很強的電離放射線(xiàn)，這就是質(zhì)子放射線(xiàn)，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。與傳統放射治療所使用的X射線(xiàn)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(shí)對病灶部位給足劑量。

質(zhì)子CT設備作為當前最復雜的醫學(xué)影像學(xué)設備，在腫瘤治療上的精確度相對于其它放療設備擁有絕對的優(yōu)勢，但在科學(xué)研究者看來(lái)，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的X線(xiàn)成像基礎上制定的。然而，由于在制定治療計劃的過(guò)程中計算劑量需要將CT亨氏單位轉換成水當量長(cháng)度（WEL），而這一過(guò)程存在不確定性，因此使用X線(xiàn)成像在計算照射范圍時(shí)會(huì )出現錯誤。

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

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(lái)自世界各地的科學(xué)家組成的國際PRaVDA（Proton Radiotherapy Verification and Dosimetry Applications，PRaVDA）專(zhuān)家團隊成功研發(fā)了世界上第一臺質(zhì)子CT?？蒲腥藛T在南非iTHemba LABS實(shí)驗室使用南非國家回旋加速器（South African National Cyclotron）進(jìn)行了多年的研究，并最終實(shí)現了這一影像學(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

“為了能夠實(shí)現質(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(gè)特別的醫學(xué)影像學(xué)平臺?！盇llinson教授解釋說(shuō)，“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(zhù)很快我們就能夠在腫瘤治療過(guò)程中使用質(zhì)子CT了?！?

科研人員將質(zhì)子CT圖像與傳統X線(xiàn)CT圖像進(jìn)行了比較。盡管質(zhì)子CT圖像比X線(xiàn)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。當前質(zhì)子治療過(guò)程中，質(zhì)子照射范圍和準確性都存在不確定性。如果使用X線(xiàn)CT圖像進(jìn)行治療計劃制定，那么束流實(shí)際到達和釋放能量的位置會(huì )與計劃有3-5%的差異，從而損傷正常細胞；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(jìn)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)是影響放療準確性的關(guān)鍵因素。

除此之外，PRaVDA團隊還發(fā)現，在質(zhì)子穿過(guò)患者組織的過(guò)程中，可以測量多個(gè)參數，從而獲得完整的CT圖像。這些發(fā)現打開(kāi)了一個(gè)全新的醫學(xué)影像領(lǐng)域的大門(mén)，并將成為PRaVDA新一代醫學(xué)影像設備研發(fā)的重點(diǎn)。

通過(guò)使用質(zhì)子CT獲得患者解剖學(xué)和腫瘤CT圖像，意味著(zhù)可以使用質(zhì)子而不是X線(xiàn)獲得詳細的三維患者解剖學(xué)影像，醫生在治療過(guò)程中能夠更精確的瞄準腫瘤，更好的保護腫瘤周?chē)】到M織，這將進(jìn)一步擴大質(zhì)子治療的適應證范圍。

為了能夠解決質(zhì)子治療計劃制定和實(shí)施過(guò)程中的不確定性，Wellcome信托基金（Wellcome Trust）出資成立了質(zhì)子放射治療認證和劑量學(xué)應用（Proton Radiotherapy Verification and Dosimetry Applications，PRaVDA）聯(lián)合會(huì )，開(kāi)發(fā)新的設備以提高質(zhì)子治療過(guò)程中束流劑量和能量的穩定性。PRaVDA由來(lái)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)醫院NHS信托基金會(huì )、考文垂和沃克里郡大學(xué)醫院NHS信托基金會(huì )和南非開(kāi)普敦iThemba實(shí)驗室的知名工程師、科學(xué)家、醫生、高能物理和核物理學(xué)家以及放射腫瘤專(zhuān)家組成。