质子放射治疗及广泛临床应用的途径综述

编者按，经过多年的发展，质子治疗方式最终达到了在临床实践中的大规模应用的地步；粒子加速器技术和改进剂量输送技术的不断进步对质子放射治疗广泛使用提供了强大的驱动作用。

以下这篇《质子放射治疗及广泛临床应用的途径综述》将自从第一个接受射线治疗的病人以来，向读者介绍了放射治疗技术进展的简短历史，也讨论了质子放射治疗临床应用的最新进展，同时这些发展的技术在将来让患者接受质子治疗的的预期作用。

文章作者Niek Schreuder医生是国际粒子线医疗组织（PTCOG）教育委员会副主席、美国Provision质子治疗中心副总裁兼首席物理师，其在粒子治疗领域拥有25年的丰富经验，曾参与7家质子中心的建立和初期设备调试以及患者治疗，曾著作及合著40余篇同行评审刊物。

A. N. Schreuder, S. G. Hedrick, J. R. Renegar, T. J. Netherton, H. Chen, M. D. Blakey, M. E. Artz, B. H. Robison, A. G. Meek, M Fagundes

摘要：经过多年的发展，质子治疗方式最终达到了在临床实践中的大规模应用的地步。粒子加速器技术和改进的剂量输送技术的不断进步对质子放射治疗的广泛使用提供了强大的驱动作用。笔形扫描技术（PBS）是用单独控制的小的笔形加速束流用于靶体积的辐射剂量输送的总称。1996年，瑞士保罗谢尔研究所（PSI）的加速器设备上用PBS技术治疗了第一位接受用质子束流治疗的患者，但把PBS技术用于更多加速器设备当中却花了很多年。如今，PBS技术在大多数质子治疗设备上作为常规技术使用。PBS技术为质子治疗带来真正的革命性的变化，它能提供增加剂量成形和改善剂量适形的作用。广泛的非连续性的目标利益，尤其是笔形束扫描质子治疗技术，现在几乎可以对患者体内任意部位进行扫描治疗。PBS技术通过鲁棒优化方式已经进一步降低了有关范围不确定性的传统局限。治疗计划现在采用先进的优化策略和剂量计算来进行，这就说明了感知的不确定性的原因。PBS治疗计划采用鲁棒优化来在整个治疗过程中减少期间的变化和不确定性。我们现在讨论的是PBS质子治疗的确定性而不是传统的不确定性。这种确定性在把剂量准确地输送到靶部位时极大的提高了治疗医师的信心。笔形扫描技术还可以带来另一个观念的转换，即，我们现在面临的问题是患者没有从质子治疗当中获益，而不是逆命题。

关键词：质子，放射治疗，笔形扫描技术，调强放射治疗（IMRT），多场优化。

一、引言

经过多年的发展，质子治疗手段最终达到了在全世界范围内临床实践中的大规模应用的地位。这主要是归结于两个因素：一是加速器技术的进步和束流传输技术的提高。首先，技术的改进可以使得质子治疗系统进行商业化销售，同时并允许质子治疗系统变得更加紧凑，更便宜的。其次，笔形扫描技术（PBS）的临床应用使得质子治疗与现代达到最高水平的X射线调强放射治疗（IMRT）相媲美。笔形扫描技术（PBS）是用单独控制的小的笔形加速束流在三维方向上覆盖靶目标，用于靶体积的辐射剂量输送的总称。1996年，瑞士保罗谢尔研究所（PSI）的加速器设备上用PBS技术治疗了第一位接受用质子束流治疗的患者，但花了很多年才使这个行业进入商业化系统，且可以用于更多的加速器设备当中。如今，PBS技术在全球大多数质子治疗设备上作为常规技术使用。剂量成型灵活性方面的提高能够改进剂量适形，尤其是大的、非连续的靶体积而言，且在近几年中，对质子治疗技术带来革命性的进步。质子治疗的广泛应用现在几乎可以对患者体内任意部位进行扫描治疗，仅仅针对PBS技术的实用方法的鲁棒优化技术，可以对范围不确定的传统问题进行很大程度的解决。使用智能优化策略和计算机算法，用头脑中感知的不确定性来优化治疗计划，在全部治疗过程中，使得束流传输计划通过鲁棒优化方式已经进一步降低了有关范围不确定性的传统局限。我们现在讨论的是PBS质子治疗的确定性而不是传统的不确定性，PBS质子束流传输技术把剂量准确地输送到靶部位时极大的提高了治疗医师的信心。PBS技术带来的最大的转变是我们现在面临的问题，从治疗计划的角度看，是没有从质子治疗当中获益，而不是传统的逆问题。

本文将自从第一个接受射线治疗的病人以来，向读者介绍了放射治疗技术进展的简短历史。也讨论了质子放射治疗临床应用的最新进展，同时这些发展的技术在将来让患者接受质子治疗的的预期作用。

二、放射治疗

为了了解质子治疗和质子在临床实践中使用的方式，外束放射治疗的简短概要，也被称为远程放射治疗，是必要的。自放射治疗开始以来，放射治疗的目标一直是治愈率的提高，治疗率被认为是肿瘤的有效控制和正常组织并发症的降低。这意味着，如果能够增加肿瘤的控制率的同时还能减少治疗过程中相关的并发症的出现，则治疗率就会得到提高。减少并发症的主要手段是降低靶组织外部的受照剂量。这就是为什么外束放射治疗技术的改进，这将在下一节中论述，总是旨在深部获得更高的剂量。X射线或γ射线束能量密度是随深度而指数衰减，这意味着些束流的输送的剂量也将随随深度而呈指数下降。交叉的几条X射线束通过靶体积，靶体积被X射线束流照射而正常组织受照剂量远小于靶体积。这就使得靶体积相对于正常组织而言而受到更多的照射剂量。质子以类似的方式，但是除了质子束流辐射将在在靶目标区域的远端终止，因此对于某特定的束流，在目标区域的以外没有剂量到达。此外，逐渐降低能量的质子束流彼此叠加时，初级原始的布拉格峰在束流方向延伸，形成了扩展的布拉格峰（SOBP)，和射线在入射口的剂量相比，在深部受到更高的剂量，如图1所示。

图1：8 MeV的X射线束（虚线）和200MeV的质子束流（实线）的深部剂量曲线。细的实线显示的是布拉格峰近端能量层堆叠到最深的能量层形成扩展的布拉格峰（短划线）需要覆盖靶区域（阴影区域）。

三、放射治疗的历史

伦琴，贝克勒尔及居里夫人在20世纪初发现放射性后不久，医学科学界的人士立马把射线应用到肿瘤的治疗中。早期发现的这些射线基本上是低能量射线，这就使得患者皮肤获得较高的剂量而对患者体内深部的肿瘤显得无能为力。在1913年，能穿透1cm的唯一的X线管由GE公司制造[1]。在当时，对射线在患者体内穿透深度的了解仍然处于初级阶段，且直到1954年才有了剂量的单位的官方定义[1]。由于这些低能X射线的穿透能力有限，而导致患者时会产生严重的皮肤反应，在上世纪20年代，直到高能X射线和γ射线出现之前，放疗科医生对放射治疗肿瘤的手段产生了怀疑[1]。尽管镭的外照射治疗（由放射性镭源产生大约1MeVγ射线）在深部组织可以提供较大照射剂量，但它的缺点包括，放射源镭的成本较大，操作技师会受到额外的剂量照射及相对于X射线而言有较低的剂量率等缺点。尽管有上述缺点，但许多临床医生却意识到低能X射线与高能γ射线在对病人产生副作用方面的区别[1]。

在二战期间原子时代开启之前，既能保护皮肤受到过多剂量照射，又能提高深部肿瘤的受照剂量的高能射线的探索是以各种粒子加速器的发明为起点的。Van de Graaff, EO Lawrence, and Coolidge等科学家最终制造了对放射治疗带来革命性的改革的设备。如Coolidge从1933年开始向许多医院出售了750 KeV的 ‘级联管’设备[1]. 1930年Lawrence发明了回旋加速器，并因此发明而获得了诺贝尔奖。这个发明直接推动了查德威克在1932年发现了中子的存在，这个发现过程是当他在观察α粒子轰击铍靶时产生的一种穿透能力很强的粒子，即中子[2]。1937年，中子被发现后不久，用于治疗的第一个中子是由在加利福尼亚劳伦斯伯克利实验室的回旋加速器中用8 MeV的氘核轰击铍靶产生[ 3 ]。在1939年，临床治疗方向转移到专用的克罗克医用回旋加速器，因为这个加速器可以让能量高达16MeV的氘与靶核产生中子[4]。同时在1939年，使用位于波士顿的范德格拉夫发生器产生的1 MV X射线用于治疗首例癌症患者[1]。无球管的电子加速器使用十年后，可以产生出20-22MeV的光子用于患者的治疗。生产制造的更高能量射线的设备用于治疗患者是可以减少皮肤的受照剂量、增加深部的剂量，同时增加组织的剂量率。在过去的几十年里，钴治疗机和直线加速器占据了全球范围内的肿瘤放射治疗的市场。劳伦斯伯克利实验室（LBL）很快成为钴-60治疗机的主要生产单位，它主要生产1.25 MeV的γ射线用于肿瘤的放射治疗，同时这个也成为可靠的剂量校准标准设备。高能量直线加速器(LINACs)到1953年可以产生8MeV的射线用于临床治疗，而钴-60治疗机放射治疗的优势明显高于千伏级的镭治疗机治疗病人[ 1 ]。在这些设备投入临床应用前，所有这些新的设备都被前辈的反对，他们经常认为这些新的设备是不必要的[ 1 ]。通用电气市场营销团队估计在50个放射治疗设备中仅有10个是钴治疗机，而250KeV的X射线机讲不会被取代[1]。

1946，Bob Wilson（劳伦斯的一个研究生）发表了一篇论文，论文中他声称快质子光束特性使得高强度剂量照射患者体内一个严格的局部靶组织成为可能，且照射时患者的皮肤仅接受了少量的剂量照射[5]。此外，他还声称可以治疗患者体内任一部位体积小于1cm3的肿瘤，同时可以让这么小体积的肿瘤受到的照射剂量可以是临近正常组织剂量的数倍[5]。这些说法和想法，虽然相比于上世纪40年代的技术提前了很多年，但对带电粒子放射疗法已经证明是非常有影响力的。

在1954年，伯克利尝试用第一次用质子治疗了一位肿瘤患者。不久后，在1957年，乌普萨拉大学建立了一个可以产生185MeV的质子的回旋加速器，并随后用该设备产生的质子治疗了一位患者[ 6 ]。质子治疗的发展在上世纪60年代至70年代放慢了步伐，期间加速器主要是在马萨诸塞州（美国）的剑桥哈佛回旋加速器实验室和马萨诸塞州（美国）和劳伦斯伯克利实验室进行。1972年，Koehler和Preston指出：“高能质子或其他重带电粒子的使用来显著改善靶体积内的剂量的几何分布，这可以超过超高压X射线或电子的治疗优势”[ 7 ]。在早期，传输加速中产生的小束质子束流唯一方式是通过在束流中嵌入散射体来实现，因此，这种方式的束流为被动散射。这种技术主要是基于三维（3D）质子治疗。还包括其他质子散射的方式，如双散射（DS）和均匀扫描（US）系统，这将在本文第四部分中进一步解释。尽管被动散射技术可以明显降低总体剂量靶组织外部，但它还没有完全解决剂量适形的问题，中子的二次照射以及剩下的有关大孔径和补偿器的问题等。由Kanai在1980年首先提出[8]的笔形束扫描（PBS）技术，当第一批患者在1996年的瑞士保罗谢尔研究所（PSI）接受质子治疗的过程中才把PBS技术应用于临床实践中的。这种技术利用扫描磁铁来引导光束，随着能量的变化，提供给患者体内深部组织的准确剂量值。

在20世纪90年代初，一个新的技术在光子治疗领域出现，这将在未来十年对放射治疗带来很大改变。调强放射治疗（IMRT）首次使用是在1993年，使用NOMOS Peacock MIMiC 系统，这个系统是利用被安装于传统的旋转机架的二进制多叶准直器[9]。这种被称为串行断层放疗技术是适用于大多数商业直线加速器。它能从三维适形放射治疗（3DCRT）到调强治疗方式相对容易和低成本之间的转换。这里有专门为调强放射治疗而开发的几种放射治疗设备，如由Mackie在1993年最先提出的螺旋断层放疗系统 [10]。Yu在1995年[11]首先提出的弧形治疗是被增加到常规调强放疗的直线加速器上，以便提高X射线的传输能力（例如VMAT和快速弧）来治疗各种类型的肿瘤。这就会形成优化非常好的X射线治疗计划，这产生高等剂量曲线与肿瘤靶体积完全匹配。用这些新技术治疗患者的临床效果非常明显，这主要是由于逆向的计划技术和更大的适形性，从而可以让正常组织免受剂量照射且增加受照部位的照射剂量。

与X射线治疗演变过程类似，使用PBS技术的调强质子疗法（IMPT）的治疗方法的改进超过了3D的质子治疗。自2010年以来，IMPT已经在应用在许多治疗中心，日立系统用在MD安德森医学中心，宾夕法尼亚大学的IBA系统已经开始用PBS技术治疗患者。相比于传统的X射线治疗，PBS技术能提供更低的剂量，而且相对于X射线，且往往对许多类型肿瘤的适形剂量分布要由于X射线，甚至三维质子治疗。因此，在过去一个多世纪里，癌症治疗技术的进展完全支持着进一步技术发展的需要。

四、放射治疗技术的发展

质子治疗行业的最新进展不断促使着放射治疗技术的改进。束流传输、治疗计划及图像引导方面的新技术不断提高着当前患者体内治疗靶点的疗效，同时也正在开创之前质子在患者体内未曾治疗过的靶点位置。如前所述，放射治疗技术近年来最显著的进步是笔形扫描技术（PBS）的广泛使用。而早期的质子治疗系统主要依靠于展开的束流来传输，然后通过对每一个患者采用的专门孔径和补偿器的使用来最后形成束流，PBS严格的把控着小的束流，进而让其输送剂量到患者的靶部位内。

早期的质子束流输送方法是采用双散射（DS）或“均匀”磁扫描（US）技术把束流输送到比实际靶点体积大的位置，同时需要孔径和补偿器来形成横向和远侧的束流。能够调节的束流参数仅为扩展的布拉格峰（SOBP)的范围、幅度或宽度。由束流传递距离的远近，用补偿器调节靶区远端剂量到最佳，且决定回到高剂量区域的大小程度。近端高剂量区的形状将模仿远端剂量区形状，因为剂量只能是均匀的进行调节调制，或拉回到原来水平。因此，这种物理存在将会在靶区外为每一束单独束流产生形成非计划内的近端高剂量区。通过多个束流的使用——类似于3D光子技术，缓和了上述效应的产生。

同样，由于不能对给定的束流做出改变的光圈能提供所有需要的束流，所以在不同的深度，束流的宽度不能任意的做出调整。这些之前的束流输送技术的确得益于质子物理学的发展，其中包括了降低入射剂量及零出射剂量，但这些技术由于在患者体内不能有效的形成要求的剂量分布而限制了其发展。图2说明了传统质子治疗的束流设计。

 

图2：利用双散射或者均匀扫描的传统质子治疗仪。用光圈来形成束流，且利用补偿器使得远端剂量与靶形状一致；用于校正靶的远端束流形状的补偿器（1），倾斜入射的束流（2）以及在束流传输过程中的不均匀性（3）。

 

图3：PBS是采用独立控制的加速的质子的小的笔形束流在三维空间来覆盖靶目标。用快速扫描电磁铁来使的笔形束扫描技术离轴扫描。直到每个点受到所需剂量的扫描后，束流才被固定在扫描点上。

笔形扫描技术的问世已经克服了上述缺点。PBS技术可以积极引导束流到患者体内给定的深度和横向偏移量的离散的“点”的剂量。见图3。

PBS技术可以对治疗计划中每一束流如何沉积及沉积的部位进行完全控制。选择的照射点允许各能量层束流宽度的变化。使用这种技术，靶部位的近端和远端的剂量分布就能达到一致，或者允许在束流的边缘形成一个凹形。相比于三维质子治疗，PBS技术对靶部位近端的进行保护避免受到大剂量照射而不需要光圈和补偿器就能做到。PBS技术的唯一缺点是每一个照射部位仍然沉积了入射剂量。PBS技术靶部位近端保护的有利临床应用是在本文第六部位中乳腺癌的治疗过程中。在DS/US与PBS技术对脑部肿瘤的单光束治疗的比较如图4。

图4：使用DS/US与PBS单质子治疗剂量的差异比较。底部右图显示的是使用DS/US技术对靶部位外面的非需要剂量。

PBS技术所带来的优点和灵活性为其他先进的计划技术的发展开了先河。早期的束流传输方法是每一束流只能传输一个均匀的束流，且由于束流会在病人的解剖结构或补偿器中的散射而产生的意外热点和冷点。但PBS技术就可能充分的达到治疗要求的技术，即为靶的每一个部位提供均匀剂量，然而，这已不是一个必备的要求。如果需要，对每一个束流可进行优化后才给靶输送相应束流，这是在精确的束流输送基础上形成的。例如，如果一个临床靶体积（CTV）环绕着一个重要的危险器官（OAR），右侧束流可能更多的投射到CTV右侧附近，同时远离右侧的靶的其它部位则投射较少的剂量，则剂量就会通过这个重要的危险器官进行剂量的输送。但这种偏倚的情况可以被放射治疗计划者调整到任意程度。

除了新的束流传输技术外，质子治疗计划技术也在不断进步中。以蒙特卡罗为基础的剂量计算将很快成为主要的研究手段，为不规则的靶体提供更准确的剂量数值，以便为治疗计划者提供更多的信息。质子的笔形束流计算算法一直难以成为上游的散射，如通过一个厚的补偿器。对于大多数质子治疗系统，存在一个较低的能量界限，通常是75MeV，或者约水下4cm范围。如果输出能量低于这个界限值的话，则需要在束流传输途中增加额外的降解材料，但这却降低了剂量率和增加了光斑大小。为了减少上述问题，需要安装一个范围移出器。范围移出器是放置于束流中的丙烯做成的材料，靠近病人，可以进一步降低束流的能量以便于治疗患者浅表部位的肿瘤，如乳腺癌。范围移出器通常置于束流传输系统真空范围之外，因为质子会在空气中发生散射。气隙被定义为范围移出器与患者之间的距离，且气隙越短，散射的束流越少。对于带有范围移出器的大的气隙，该算法可能高估了浅表部位的剂量。蒙特卡罗算法将极大的提高带有上游散射剂量值的准确性，同时也在非均匀性物质如气囊、肺以及金属移植物中出现。

在质子治疗当中一个普遍不清楚的内容是质子相对于光子的生物学效应（RBE）大小。不过1.1已经成为这个RBE的标准值来使用[12]，以便每位患者都是相等的。然而，我们知道RBE是和质子的传能线密度（LET）在与靶部位相互作用的过程中的任一点是相关联的，且LET随着能量大小的变化而变化。正是LET与能量的这种变化而产生了布拉格峰。通过蒙特卡洛模拟计算剂量，我们可以了解到LET-加权剂量的分布，这样就可以评估哪些地方可能是有升高的生物剂量的风险，并希望尽量减少这种影响，或至少确保它不会发生在敏感的关键结构中。因此只要对LET与RBE之间建立关系，则生物优化计划将不再遥不可及。

尽管质子治疗是一种先进的治疗手段，但其在图像和患者调节技术的发展中仍然跟随着光子步伐。呼吸门控技术是光子治疗过程中普遍使用的一个很好的例子，但在质子临床治疗实践过程中还没有发现其广泛使用。锥形束CT（CBCT）是另一个这样的技术，而且已经在目前市售的所有新的质子系统中，同时可能很快就会在现有的质子治疗室改造升级这种技术。多个供应商现在提供的CBCT作为一个选项，或作为主要的成像处理在他们治疗系统中的即将到来的迭代。目前的行业标准的成像方法，二维正交X射线图像，是在很大程度上限于设定的基于骨性解剖和基准标记。CBCT是一个近乎完美的选择技术，因为它可以根据患者的皮肤或软组织而提供更好的定位。在靶的定位和患者调节技术提高可以有效减少靶体积周围部分，以免使重要器官免收照射。

CBCT图像的另一个重要应用就是在一个验证治疗位置上计算患者的治疗计划剂量大小。CT扫描的质量保证通常是在质子治疗中进行的，但当前他们需要移动患者至轴向CT扫描仪，且在治疗位置实施一个单独的设置。如果能够计算出在治疗室获得的CBCT图像的剂量值，这将使得的结果更加可靠，同时也避免了患者所受到额外的摄片成像剂量[ 13 ]。从治疗室获得的CBCT图像所提供的信息对医生决定是否以及何时调整治疗计划有非常大的价值。对过程的进一步细化将是实时调整治疗计划。使用可调节的登记项目和快速治疗计划优化调整每天的治疗计划，目的是为了对靶达到最优化的覆盖及避免危险重要器官受到照射。然而，目前这种观点很可能在数年后才能在临床实施。

除了在患者设计方面的作用外，成像技术也可应用于对患者体内的剂量分布情况进行验证。当质子与患者体内的有机分子的原子核相互作用时，通过核的相互作用且形成了发射正电子的核素，包括C-11、O-15 [14]。如果对一个接受质子治疗后的患者立刻进行正电子发射断层扫描（PET）检查，在PET图像中可以看到质子在患者体内组织中的信号。把这种信号转变成真正的剂量值是一个挑战，但是按照束流行进的轨迹以及束流停止的地方可以获得有用的信息。这个正在研究当中，但是这种技术也呈现出有意义的机遇，就是可以在患者体内进行质子束流的质量保证。

实施质子治疗过程中另一项技术是实时γ射线的检测。在质子与患者体内原子核发生相互作用时产生瞬发性离散能量γ射线。由Jongen和Stichelbaut在医学范围内的质子范围验证中首次提出了瞬时γ射线成像的概念 [15]。

质子放射治疗是质子治疗领域另一个有前景的发展。X射线成像是利用光子通过组织时的衰减而获得的X射线图像。大量的这样的X射线图像在已知的各个角度内被用来重建一个三维CT图像。以类似的方式，一系列质子射线也可以用来重建一个质子CT（PCT）[16]。PCT将描述患者体内不同组织类型的每一个体素的相对阻止本领。患者体内质子阻止本领的精确图，今天难以用精确的方式计算其质子范围。

（五、六部分缺）

七．质子治疗中心的经济效益

质子治疗设施必须克服的主要障碍之一是成本。这些设施的成本往往是由采用设备的大小和设施开发所花费的时间决定。近年来，几家公司开始研发更为紧凑的治疗设备系统，由此可以在工厂进行预组装，然后在现场进行安装，这样就大大缩短了安装所需时间。Mevion公司研发了一台紧凑型单室治疗系统，其中加速器被安装在旋转机架上。IBA公司研发了采用有限转角机架加专用回旋加速器的专用单室治疗系统。Protom和日立也研发了这种类似的有限角度的机架，但他们使用的是同步加速器来加速质子。最初由瓦里安，IBA，住友，三菱等公司研发的传统大型治疗系统目前仍然在进行市售，这些设备通常由较大的学术研究机构购买。虽然这些大型的治疗设备采用传统的设计，但是他们都配备了最新的技术，例如CBCT和PBS。

2000年初，研发人员采用ACCEL技术（2005年 被Varian收购）建造了第一台超导回旋加速器，超导技术的应用就正式进入了质子治疗领域。自那时以来，几家公司已经开始研制超导同步回旋加速器以减小加速器的尺寸和成本。如Mevion的同步回旋加速器，重量小于20吨。表1列出了常见的商业用途回旋加速器和同步回旋加速器。IBA C230设备是室温的同步回旋加速器，且已经在世界范围内大多数的IBA设施进行安装使用。

ProNova Solutions是最新的质子治疗系统制造厂商，现在正在研发一台紧凑型治疗系统，该系统采用超导磁体的360度旋转机架，大小几乎是传统机架的三分之一。ProNova治疗系统是在印第安那大学回旋加速器中心所研发的束流线的技术基础上进行开发[40]。每个治疗室采用独立的能量修正系统，使治疗室独立于主束流产生系统，实现不同治疗室之间快速的束流切换（小于3毫秒）。

美国诺克斯维尔的 Provision质子治疗中心(PCPT)是一家先进的质子治疗中心，配备传统的IBA治疗系统，并有三间质子治疗室。PCPT也购买了第一套ProNova SC360治疗系统，与IBA治疗系统被安装于同一建筑物中。SC360系统已于2016年12月通过了FDA认证。PCPT计划于2016年年底使用SC360治疗系统开始治疗患者。PCPT建筑布局图见图9。从平面图来看，传统的IBA治疗系统和ProNova治疗系统的占地面积差异显而易见。

图9：PCPT建筑物一楼布局，IBA Proteus Plus（实线）和 ProNova SC360 系统（虚线）。灰色阴影表示诊所区域，包括检查室和病人候诊区。

八、质子治疗的前景

质子治疗的未来非常乐观。PBS在临床治疗上的直接积极作用无可非议。1996年第一位患者在瑞士保罗谢尔研究取得了明显的治疗效果[41]，当PBS在全球范围内广泛应用于临床时，这种治疗作用就显得更为明显。荷兰格罗宁根大学医学中心（UMCG）的临床团队在Hans Langendijk博士的领衔下，成功实现了PBS技术在临床实践中的应用。他们团队在UMCG针对质子治疗的需求进行了一次深入的调查研究，通过分析在UMCG接受治疗的患者队列研究结果，分析回顾了正常组织并发症的发生率[42]。图10是在UMCG基于质子治疗系统预测未来PBS利用率的条形图（Langendijk博士许可转载），这个治疗系统目前还在建设中[42]。有意思的是75%使用PBS技术是为了预防并发症和继发性癌症。只有计划治疗病例总数的20%的患者的治疗目的主要是对肿瘤更好的局部控制，而仅仅只有5%是针对标准适应症的治疗。在PBS技术实现临床应用之前，质子治疗或多或少都被运用于治疗标准的适应症。换言之，图10中所列的标准适应症与图6虚线左侧所列适应症相同。这就意味着，PBS潜在的临床作用已经远远超出了质子治疗早期所期望或预测的那样。

九、结论

Wilson在1946年首先提出了用加速质子进行放射治疗肿瘤的概念[5]，首例质子放射治疗案例是在1954年的LBL[6]。经过许多同行在粒子放射治疗领域多年的不懈努力，我们最终达成一个共识——质子治疗可以大规模用于全球范围内临床实践。这个过程发展非常迅速。亚瑟•叔本华（1788-1860）认为所有的真理都必须要经过三个阶段。在第一阶段被冷嘲热讽；在第二阶段被强烈反对；到了第三阶段，却被视为不证自明。我们的观点是PBS的临床应用加上许多先进技术，使质子治疗能够达到叔本华理论的第三阶段。我们将会看到今后几十年内质子治疗数量的迅猛增长。这种质子治疗利用的增长将降低费用，降低建造时间甚至更多。PBS技术的临床应用充分利用了质子加速器的束流潜能，以便追求提高治疗效率。作者认为PBS对肿瘤治疗的效用将会明显超过目前的IMRT技术。将PBS大规模应用于临床实践是自1896年伦琴发现X射线以来，放射治疗技术发展过程中的关键点。

特约编译：王孝娃译

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Contacts of the corresponding author: 

Author: A.N. Schreuder 

Institute: Provision Center for Proton Therapy 

Street: 6450 Provision Cares Way 

City: Knoxville, Tennessee 

Country: USA 

Email: niek.schreuder@provisionproton.com