质子治疗、重离子治疗是什么？真的能治愈肿瘤吗？
放疗是重要的肿瘤治疗方式，但放疗的不良反应限制了放疗的剂量，也限制用于临近重要器官的肿瘤。近年新兴的放疗技术，如质子治疗、重离子治疗经常出现媒体报道之中，这些新兴的放疗方式跟传统放疗有何不同？为什么这些媒体吹爆的放疗技术一直无法推广？
传统放疗技术的缺陷
放疗目前常用的是光子和电子，经过治疗机或者加速器，产生x射线，和放射性元素产生的阿尔法，伽马，β射线，利用射线产生的电离辐射对恶性肿瘤和一些良性病变进行治疗的方法。但传统放疗有个毛病，就是这些射线随进入身体深度能量递减，就是看着总体辐射能量大，但能量大的位置通常在人体浅表，到了人体深部的肿瘤反而能量小了。为了克服这个毛病，治疗一般由物理师使用治疗系统计算，设计好从多个方向以较低能量的射线叠加照射癌组织，让放射能量在人体深部肿瘤处汇聚，以减少对健康组织的影响和保证有足够的放射能量投射到肿瘤组织上。
但是这些射线穿透力强，像子弹一样把肿瘤打个“透心凉”后还能继续前进，对整个照射路线经过的所有身体组织都造成影响，这就是放疗会产生各种不良反应的主要原因。
图一 普通放疗，射线穿透肿瘤后依然有不低的能量，影响身体正常组织
定点爆破的质子、重离子治疗
如果说传统放疗像子弹，那么质子、重离子治疗就像定点爆破。质子治疗，用质子束治疗，质子的能量是电子的1800多倍。这就意味着质子的打击效果相当于1800个电子的效果，如果电子放疗是子弹，那么质子放疗就是炸弹了。重离子治疗呢，一般是用碳原子治疗，其质量比质子就更大了，能量上限自然更大了。
虽然质子、重离子能量比传统放疗的光子、电子、伽马射线等要大很多，但不良反应却轻微很多。这是因为质子、重离子有个重要的物理特性叫布拉格峰，其能量释放并不是像光子、电子等一样，直来直去，随着深度衰减，而是在特定的深度释放大多数能量，因此对于照射经过的健康细胞影响相对更小。所以质子、重离子治疗相比传统放疗就是炸弹，而且是可以在肿瘤处定点爆破的炸弹。
图二 不同射线能量释放模式，可见质子线和重离子线的能量在深部病灶集中释放后快速衰减，形成的能量释放高峰即布拉格峰。
那么质子治疗和重离子治疗又有什么区别呢？前面我们讲过重离子的能量比质子更高，所以重离子线对肿瘤细胞DNA的破坏比质子线更大，可以把肿瘤细胞DNA打到双链断裂。我们知道DNA是由两条链构成的双螺旋结构，光子、电子、质子等一般可以把肿瘤细胞DNA打到单链断裂，单链断裂相对容易修复，肿瘤细胞有更大可能存活，可能九死一生，而双链修复就难以修复，肿瘤细胞基本十死无生。
图三 X光(X-ray)、质子束（Proton beam）、重离子（碳）束（Carbon-ion beam）轰击DNA示意图，可见随着粒子质量越来越大，对DNA的破坏越来越大。
虽然重离子治疗对肿瘤的杀伤效果比质子治疗更好，但不良反应也可能更大。如果我们细心观察图二，可以发现重离子在肿瘤病灶释放能量后，虽然能量也快速衰减，但在肿瘤背面有一个能量释放的小平台，说明重离子线穿透肿瘤后依然有一定的能量残余，会对肿瘤背面的身体正常组织有一定的影响。
此外，质子治疗中心建设成本高昂，而重离子治疗中心的经济投入更是质子治疗中心投入的2~3倍，维护保养成本更高，也严重限制其应用。
质子治疗、重离子治疗适合谁？
质子治疗特别适合于下述患者：儿童肿瘤、有长期生存可能的肿瘤、需高剂量照射但与正常器官临近需要保护的肿瘤，如前列腺癌、头颈肿瘤、脑肿瘤、肺癌、肝癌等。另外，对老年患者，或因并发心肺疾病不适合手术的患者，或连常规光子放疗都无法耐受的患者，提供了一种无创治疗的机会。
重离子治疗肿瘤的研究主要在日本国立放射医学研究所（NIRS）和德国国家重离子研究所（GSI）进行。NIRS和GSI的临床试验表明：碳离子治疗，对抗拒光子放射肿瘤的杀灭效应更强，如骨和软组织肉瘤、黑色素瘤、包含大量乏氧细胞的大体积肿瘤、高复发危险的前列腺癌。
质子治疗、重离子治疗为何难推广？
质子治疗、重离子治疗作为新兴放疗技术难以推广主要是成本高昂，性价比低。投资建设一个质子治疗中心的全部资金投入估计需要4~5亿人民币，同时维修保养设备也需要一个较大的技术团队，所以运营一个质子中心的成本较大，而重离子治疗中心则比质子治疗中心更为昂贵。由于建设维护成本高昂，质子治疗的费用在15~20万人民币之间，而且短期内医保也不可能覆盖这个费用。
20多年质子治疗的临床经验已经证实：相对于光子放疗，质子治疗能提高肿瘤控制率，减少放疗的不良反应，但是随着光子放疗技术的进步，从肿瘤放疗的适形性而言，光子调强放疗能实现质子治疗的大部分功能。虽然光子放疗的不良反应更大、局部控制疗效不如质子重离子，然而光子放疗被医疗保险覆盖，而质子重离子治疗的费用昂贵，这个性价比是患者要考虑的一个问题，特别是对那些有远处转移倾向的肿瘤，局部肿瘤的控制并不一定会转化为生存期的延长。
总之以我国的经济发展水平，质子、重离子治疗偏低的性比价使其与大多数患者无缘。
理性看待质子治疗、重离子治疗
目前治疗肿瘤最佳的模式是多学科综合治疗，既要有机地联合全身治疗和局部治疗技术才能使患者获得最佳的疗效，同时又要将治疗的不良反应控制在最小范围。全身治疗包括化疗、分子靶向治疗、免疫治疗、基因治疗、中医中药，还有营养和心理、精神支持。局部治疗包括外科、血管介入、各种局部的毁损治疗，如物理的高温、冷冻和化疗药物局部治疗。放疗只是众多局部治疗手段的一种。不能认为单靠质子、重离子治疗技术就能解决患者的肿瘤，只有把这个局部治疗融合到综合治疗中去才能发挥其应有的作用。
参考资料:
1.蒋国梁 ，《对国内质子重离子放疗热的评述》，肿瘤防治研究 2017, Vol. 44
http://html.rhhz.net/ZLFZYJ/html/8578.2017.03.001.htm
2.https://www.cancer.net/navigating-cancer-care/how-cancer-treated/radiation-therapy/proton-therapy