国内首台拥有自主知识产权的重离子治疗系统近日投入临床治疗。重离子治疗为何被称为癌症“克星”？其优势是什么？
撰文/记者 李鹏 图文编辑/陈永杰
新媒体编辑/陈炫之
采访专家：
蔡晓红（中科院近代物理研究所研究员）
孙力超（中国医学科学院肿瘤医院/国家癌症中心研究员）
一名肺癌患者，躺上一张神奇的"太空舱"式的治疗床，在对身体固定并对病灶实施精准定位以后，一双巨大、重达1吨的"机器手"启动了，不断靠近患者，四周红线闪烁。
这不是苏联作家马尔迪诺夫小说《星球来客》中的故事，而是真实发生在上海质子重离子医院的医学场景。该医院引进国外质子重离子治疗仪器，治疗癌症不开刀、副作用小。在2015年开业之初，癌症患者曾将这家医院的咨询电话打爆，可谓是一号难求。
日前，国内首台拥有自主知识产权的重离子治疗系统在甘肃武威正式投入临床治疗。这意味着我国成为继美国、日本、德国之后，世界第四个掌握重离子束治疗肿瘤技术的国家。
重离子技术是最近一些年发展起来的癌症疗法，是目前世界上公认的放疗尖端技术，很多人将其称为多种癌症的"克星"。这种技术优势是什么？是不是包治百病的"利器"？
▲武威碳离子治疗系统占地80米×60米，其同步加速器的周长为56.17米，是目前世界上最小的医用重离子加速器（供图/中科院近代物理所）
"升级版"的放射治疗
在当今医学界， 放疗已与手术、化疗并列成为肿瘤治疗的三大核心手段，三者相互补充。其中，我们所熟悉的放疗，其原理是不同性质的射线直接或间接杀伤病灶。
传统的X线放疗在杀伤肿瘤的同时，会不同程度地损伤肿瘤周围的正常细胞与组织。射线在进入体内后，随着进入深度的增加，射线能量逐渐减弱，即在射线的整个照射路径上，均存在能量沉积，这就是我们说的"杀敌一千，自伤八百"。
而重离子是放射治疗的"升级版"，其技术原理是瞄准目标病灶，像发射精准制导的"导弹"一样，对癌细胞实施精准、狠打击。相对于传统放疗而言，医学界很多人认为重离子治疗疗效更好，对正常组织伤害少。
在中科院近代物理研究所科学家们的努力下，我国完成了首台国产重离子治疗示范装置的研发，并在甘肃武威重离子中心装配了我国首台自主知识产权的重离子治疗系统，经过多年的建设，其于 2020年3月26日正式投入运营。武威碳离子治疗系统占地面积80米×60米，其同步加速器周长为56.17米，是目前世界上最小的医用重离子加速器。
对癌症患者而言，进行重离子治疗并不复杂，每个疗程大约需要10-16天，每次需要30-40分钟，而实际发出射线只有5-8分钟。
▲上海质子重离子医院（图片来源：上海质子重离子医院官网）
截至10月中旬，已有3000余名肿瘤患者向武威重离子中心预约治疗，通过筛选，该中心收治患者90人，已完成治疗65人，正在上机治疗15人，等待上机治疗10人。根据甘肃武威重离子中心的说法，武威重离子治疗系统已成功治疗患者130余例。
到今年9月30日，上海质子重离子医院累计治疗出院患者已经突破了3000例，其采用单纯重离子或重离子联合质子治疗的患者有2836例，占比高达94.5%。
对肿瘤细胞进行"定向爆破"
所谓重离子，是指原子序数大于2的原子在失去部分或全部电子后形成的带电离子，碳离子是其中的一种。
▲与X射线、伽马射线相比，重离子射线能够准确定位癌细胞，并对其进行攻击，而对周边正常细胞损伤较小（图片来自网络）
中科院近代物理研究所研究员蔡晓红告诉记者，碳离子治疗系统是先进的大型医疗器械，包括上千台（套）多个专业门类的设备，融合了加速器、核探测、医学诊疗等相关技术，提供碳离子束用于恶性实体肿瘤治疗。
"重离子治疗非常精准，对病人的摆位要求很高，也就是实施重离子放射治疗之前要固定患者的身体，并且对需要治疗的病灶精确定位，其实患者治疗时大部分时间花费在位置的精确确定上，精准的摆位才能获得很好的疗效。"蔡晓红说。
重离子射线的相对生物学效应是光子射线的2-3倍，对那些抵抗光子放疗或放疗后复发的肿瘤具有更强的杀伤力，从而有效提高肿瘤控制率。
▲重离子治疗原理图（图片来自网络）
蔡晓红说，重离子射线的剂量分布更加集中，攻击病灶时既准又狠，在对肿瘤细胞进行"定向爆破"的同时，对周围正常组织的损伤非常小，副作用很小。
中国医学科学院肿瘤医院/国家癌症中心研究员孙力超也表示，国内外这些年的临床实践也表明，重离子治疗副作用小、疗程短、疗效好，特别适合对不宜手术、对常规射线不敏感、常规射线治疗后复发的部分实体肿瘤的精准治疗。
更为重要的是，现在一些研究认为在不少癌症的治疗上，重离子疗法常常具有更好的治疗效果。譬如对于直肠癌，常规放疗手段的5年局部控制率只有24%至28%，使用碳离子可以达到95%；对于被称为"癌中之王"的胰腺癌，常规治疗的5年控制率只有10%至20%，使用碳离子可达66%至100%。此外，在颅底肿瘤、肺癌、前列腺癌、宫颈癌等多种肿瘤方面，碳离子治疗被认为效果也非常显著，不良反应相对较低。
放疗从"1.0"进入"2.0"时代
重离子疗法也是一种放疗。虽然重离子疗法最早开始于美国，但是自上世纪90年代起，重离子治疗在日本得到了大力发展，日本也是当前世界上重离子治疗中心数量最多的国家，已经建成6台重离子治疗装置并投入运行，规划建设的重离子治疗装置有10余台，日本重离子治疗的癌症病例已逾2万例。
蔡晓红表示，重离子疗法主要使用的是碳离子，把碳离子加速到大约相当于光速的70%，然后将碳离子束射至肿瘤病灶从而杀灭癌细胞。重离子最大的特点是有布拉格峰。
重离子束在穿越身体到达癌细胞之前不会大量释放能量，基本没有杀伤力，当到达癌细胞时会释放很大的能量，形成所谓的布拉格峰，可通过调节重离子的能量和位置，使布拉格峰准确落在病灶上，精度达毫米量级，保证对肿瘤杀伤作用最大，而对健康组织损伤小。重离子因此被誉为安全、精准、高效的癌症"无创手术刀"。
为何通常选用碳离子束作为重离子放疗射线？这是因为碳离子属于高LET射线（高线性能量传递射线），在布拉格峰区造成的损伤有70%是双键断裂，这种损伤不易修复，因此碳离子对肿瘤的杀伤能力更强，并且碳是人体的主要组成元素之一，与人体组织相容性较好。
近年来，与重离子疗法比较类似的，还有一种是质子疗法。其以质子作为攻击肿瘤病灶的"武器"。质子疗法与重离子疗法有相似性。譬如质子也有布拉格峰，对于正常细胞的伤害比光子疗法小，治疗的副作用较小。被查出鼻咽癌的羽毛球运动员李宗伟选择质子疗法，爱两个月时间里，经过33次质子治疗，身上癌细胞全部消除，消息称他已经完全康复。
但蔡晓红表示，由于碳离子比质子的布拉格峰更尖锐、入射过程中沉积的剂量比质子低，所以重离子对正常组织的损伤和副作用都低于质子。质子比较适合治疗儿童、老人的癌症，也比较适用于脑膜瘤、鼻咽癌这类手术较困难的部位的治疗。
▲光子、质子和重离子的深度剂量分布及布拉格峰（图片来自网络）
此外，重离子的相对生物学效应也是质子的2-3倍，这也决定了在实施癌症治疗时，重离子疗法比质子疗法更为高效，疗程更短。通常，质子治疗一个疗程平均次数约为30次，重离子治疗约为10次。这意味着对患者而言，重离子治疗比质子治疗更加方便。
"长期以来高端医疗设备都一直被西方发达国家所垄断，重离子治疗装置的国产化，标志着目前世界上最大型的医疗器械实现了国产化。"蔡晓红说。
多年来，我国流行的一直是X线和γ射线放射治疗，但是副作用大。质子治疗系统和碳离子治疗系统的建设，标志着在抗击癌症的路上，中国正式迈入"放疗2.0时代"。中科院近代物理研究所对重离子治疗装置国产化的突破，将推动中国癌症治疗水平上升到一个新的台阶。"国产重离子治疗设备预计每台每年能够治疗1000-2000名患者。"蔡晓红表示。
治疗费用为何如此昂贵？
目前，重离子治疗有一个致命缺陷，那就是价格太贵。现在就一个疗程而言，美国一般需要12万-15万美元，折合人民币约90万元左右；日本公立机构的治疗费用大约在20万-30万人民币之间；德国需要5万-6万欧元，约人民币40万元左右；国内价格在20万-30万元左右，其中上海质子重离子医院目前的费用为27.8万元。并且，这些费用都不包括住院费等一些辅助治疗的费用。
治疗费用之所以如此昂贵，原因就在于重离子治疗装置建设投资成本巨大。因为这种装置完全不同于一般的医疗设备，重离子治疗装置实际上是一个尖端的大科学工程，常规的重离子治疗装置及配套设施占地大约80米长、50米宽，土建工程加重离子治疗设备，建设资金需要差不多10个亿。项目建成后，日常的检修和保养也是极大的一笔开销。
蔡晓红表示，由于重离子治疗费用较高，当前重离子疗法可以满足中高收入群体中部分癌症患者的需求，但其他适合重离子疗法的癌症患者，也不是完全没有机会。
▲武威重离子加速器结构图（图片来源 /中科院近代物理所）
蔡晓红希望我国发达地区，比如广东、江苏等可以将质子、重离子疗法纳入医保，国家也可以将像胰腺癌这种发病率较低的难治肿瘤纳入到医保中，或者给予一定额度的报销，以减少患者的负担。其次，个人可通过商业保险，一些大型国企、事业单位可通过集体参保商业保险的方式，来解决患者的治疗费用。
蔡晓红希望通过技术不断进步，比如通过小型化降低重离子治疗设备的成本，这样在未来就会惠及更多的患者。
"能治好90%的癌症"是误读
重离子疗法不仅可以治疗多个种类的癌症，但是不是像某些人所说的"能治好90%的癌症"呢？事实也并不是如此，与质子疗法一样，重离子治疗也有适应证。
因为这种治疗主要还是适用于局部的病变，因而像白血病这种血液系统的肿瘤，空腔脏器肿瘤（食管癌、胃癌等）是不适用的。另外适宜进行治疗的一些癌症，其效果究竟怎么样，还需要更大数量样本的支持，才能得出更为科学和可靠的结论。
因此，业界的一些专业人士认为，不管是医学界，还是广大癌症患者，对重离子疗法都需要科学的认知和对待，重离子是一种先进的治疗手段，但是不能过分去神化它。对具体病例要具体分析，并根据实际情况选择最合适的治疗方法。
▲重离子治疗技术对于手术治疗风险较高的早期癌症中患者来说，可以说是一种选择（图片来自网络）
业内专家表示，重离子疗法主要用于一些早期的癌症治疗，可以为一些手术治疗风险高的患者提供一种新的治疗手段，但并不是包治所有癌症的 "神奇"技术。有人认为这种技术 "能治好90%的癌症"，是一种误读。它也不是未来癌症先进治疗手段中仅有的选择。
孙力超告诉记者，靶向肿瘤干细胞治疗能区分肿瘤组织中的种子细胞，对正常组织损伤更小、更经济，目前也是科研攻关的重点方向。虽然现在靶向实体肿瘤干细胞的药物还不多，但它是未来的一个重要发展方向。
统计显示，到2019年我国已经有质子重离子中心项目75个，其中上海质子重离子医院和甘肃武威重离子中心都已经能够临床开展重离子疗法，还有20余家正在建设或拟建重离子治疗装置。
众多医疗机构蜂拥上马质子及重离子治疗装备，蔡晓红对这种局面也表示了担忧。她说重离子疗法依托的是重离子加速器，技术门槛和对医疗运营团队的要求都很高，建造成本动辄十亿、几十亿元，加之国家目前对质子和重离子治疗设备实行配置管理，如果不考虑区域情况盲目上马，不仅会造成恶性竞争，还可能会因为拿不到配置证而无法运营，成为一个巨大的烂摊子。
"想进行治疗，一定要选择目前国家已经许可开展重离子疗法的机构，先进行咨询，沟通病情确认适应证后进行治疗。"蔡晓红表示。
出品：科普中央厨房
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