对癌症治疗的粒子束成像.PDFVIP

物理攫英 对癌症治疗的粒子束成像 (中国科学院近代物理研究所 贺鹏博 编译自 Jerimy C. Polf，Katia Parodi. Physics Today， 2015，(10):28) 2014 年因病死亡人数中有将近 Bragg 峰，但将该特征有效发挥到 及形变扭曲导致组织成分和密度的 1/7 是由癌症导致的，并且新增肿瘤 肿瘤治疗尚存在一定局限性，主要 变化，致使离子束在组织中的射程 患者数量为1400万。其中，多数患 影响因素是在对离子束射程的预估 计算精度受到限制。 者选择接受放射治疗或者放疗联合 中存在偏差。该位置不确定性可能 在治疗计划实施的过程中，患 化疗以及手术等治疗手段。放射治 会导致Bragg 峰位超过或者未达到 者需要定位和固定。然而，在治疗 疗的最终目标是使高剂量区域均匀 肿瘤靶区，致使周围正常组织受到 过程中要完全重复相同的摆位是无 分布在肿瘤靶区，同时使正常组织 损伤。 法实现的，主要有三个原因：首 得到有效保护。 一个有效减小离子束射程不确 先，成像系统的对比度和分辨率存 在过去10—15年间快速发展起 定性的方法是在患者治疗过程中对 在限制；其次，一个疗程通常需要 来的新型放射治疗技术当属质子和 离子束的径迹进行成像。离子与物 30 天左右，在此过程中患者体重可 碳离子放射治疗。离子束用于临床 质相互作用会产生低压声波和高能 能减轻、肿瘤缩小、正常组织肿 治疗最早由Robert Wilson 提出，其 g射线，通过探测这些次级发射信 胀；最后，在单次治疗过程中患者 不同于X 射线的主要优势在于倒转 号可以对离子束在体内的径迹进行 可能出现扭动、咳嗽、抓痒等动作 的深度剂量分布，即Bragg 峰。而离 实时成像。 使摆位出现偏差。 子束的能量决定了离子束的射程。 放射治疗计划制定和实施的过 因此，为了使肿瘤靶区接受均 因此，在肿瘤放射治疗中医生通过 程中都可能产生离子束射程的不确 匀的处方剂量照射，就需要对肿瘤 选择合适的离子束能量就可使高剂 定性。其中，放疗计划的制定基于 靶区进行外放。外放的范围通常为 量区域精确分布在肿瘤靶区，而肿 CT影像。医生通过CT 模拟定位确 2 mm 再加上3.5% 的离子束射程。 瘤后面的正常组织得到有效保护。 定出肿瘤靶区的位置以及照射参 实际上，采用该方法与离子束精确 尽管离子束拥有无与伦比的 数。然而，由于CT 影像的噪声以 的放疗理念是相违背的。同时，患 者受到的辐射损伤所导致的副作用 和并发症的几率会相应增大。 为了减小甚至消除离子束放疗 中的射程不确定性问题，一种方法 是对离子束穿过人体后所产生的次 级发射信号进行成像。如图1所示， 次级发射有两种形式，一种是离子 束和组织之间的电磁相互作用所产 生的热声波，另一种是核相互作用 所产