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《中国恶性肿瘤学科发展报告(2022)》——肿瘤粒子治疗未来展望篇
2023-10-18 09:50

概述

粒子治疗是利用带电粒子治疗肿瘤的先进放射治疗手段,涉及质子、重离子、硼中子俘获治疗(BNCT)等专业领域。质子具有Bragg峰的物理优势,可以较好地实现肿瘤靶区的高剂量和周围组织的低剂量分布,在粒子治疗领域应用较为广泛;重离子的物理学剂量分布和生物学特征显著优于其他粒子,与常规光子放疗相比,具有显著的放射物理学和生物学方面的优势,是目前粒子治疗发展的主要方向。BNCT在复发肿瘤治疗方面有独特的优势,我国已有多家BNCT中心开始筹建。肿瘤粒子治疗已成为肿瘤治疗领域的研究热点之一,在设备研发、技术创新、临床应用和基础研究方面发展迅速并产生了大量成果,本学科进展报告选择2022年对我国粒子治疗学科发展产生较大影响的成果和事件进行汇总报告,以期进一步促进肿瘤粒子治疗学科的发展和推动粒子治疗技术的临床应用。

1、粒子束的FLASH疗法

FLASH疗法是在通常小于1秒的时间内以超高剂量率向治疗部位实施放射治疗的一种实验性治疗模式。临床前研究显示,相较于常规放疗,超高剂量率照射可以在降低正常组织放射毒性的同时保持抗肿瘤效应水平。超高剂量率照射形成的短时组织内放射化学耗氧被认为是提升健康组织放射耐受性的主要贡献因素。此外FLASH还显示出潜在的免疫学效应。研究结果显示,FLASH治疗效能的显现需要满足剂量率≥40 Gy/s;≥10 Gy的总剂量;质子束释放脉冲频率≥100 Hz;脉冲剂量≥1 Gy;且基于质子束准连续态特性,其单个脉冲内的剂量率需达到≥106 Gy/s。FLASH治疗近年来已成为放疗界的关注热点,主要质子治疗装置厂商如Varian、IBA等皆利用其质子放射治疗装置展开研究,以推动产品化进程。Varian与辛辛那提儿童医院医学中心/辛辛那提大学医学中心质子放射治疗中心合作,于2020年11月启动了世界首个FLASH临床试验(FAST-01),对质子放射治疗用于症状性骨转移癌的可行性进行研究。兰州科近泰基新技术有限责任公司研发的国产医用重离子加速器,通过对设备进行改造和技术突破,从技术上实现了碳离子FLASH 辐照所需的超高剂量率,达到40 Gy/S以上,目前已启动超高剂量率碳离子辐照细胞学实验,意味着我国在碳离子束FLASH研究方面已步入世界领先水平。

2.迷你粒子束放疗

迷你质子束放疗属于空间分割放疗。其原理基于研究发现具有高峰谷比且谷值较低的不均匀放射剂量空间分布可提升正常组织的放射耐受性。迷你束放疗(500微米~700微米级束流)平衡了栅格疗法(厘米级束流)和微型束疗法(25微米~100微米级束流)两者的特点,可以在满足剂量学及定位要求条件下使用较微型束放疗更高的能量照射。近年来,随着质子放射治疗的发展,质子束与迷你束放疗结合形成迷你质子束放疗,在临床前动物试验中验证了其可行性及正常组织的保护效果。

3.粒子治疗装置小型和多粒子化

实现装置小型化,将现有的体积和设备数量减少,采用超导技术研发新的设备,降低医疗区域占地面积,降低重离子治疗装置能耗,降低装置生产、运营成本等问题;多粒子联合放射治疗是当前放射治疗研究领域的前沿,在重离子治疗装置上增加多种离子源以便产生如质子、氦离子、锂离子、铍离子、硼离子,甚至氧离子,从而可以根据肿瘤特异的放射敏感性选择离子种类进行治疗或联合治疗;加强治疗计划系统生物模型基础和软件计算能力的研发,解决放射治疗计划系统是中国放射治疗设备的短板问题,提高设备的治疗精确性和设备性能;加强装置整机企业、关键供应商、医疗机构等不同节点之间形成牢固的供应链关系,降低少数环节存在技术短板及部分关键零部件进口品牌占据比重,积极将关键供应商和关键医疗机构纳入装置整机技术创新计划,共同开展技术创新和研发,以2019年成立的医用重离子加速器产业联盟为平台,积极探索新的模式,形成稳定的产业链,提高产品市场竞争力。

基于市场对于降低成本、减少占地空间及缩短建设周期的需求,目前主要质子放射治疗装置厂商都将产品小型化作为研发和推广重要方向。例如采用超导加速器、缩短束流传输路径、单治疗室配置等设计推进产品的轻量化及紧凑化。目前主流厂商推出的最新紧凑型单室质子放射治疗系统如表3所示。

需要指出,追求紧凑化设计也会伴随相关的问题。例如,为大幅减小加速器尺寸选择高磁场同步加速器需要使用被动再生引出,从而导致脉冲式束流,引出效率较低,引出流强偏小等问题。

4.加强粒子治疗专业技术人才的培养和培训

目前粒子治癌装备研发、临床医学研究、物理技术、检验检测、运维等专业人员稀缺,严重制约了粒子治疗中心的建设效率、患者治疗的安全性和粒子治癌产业的发展,建设粒子治疗系统物理师、剂量师、技师等人才实训培养基地,制定上岗执业证制度,加强粒子治疗医师、物理师、技术员、护士等人员的专业技术培训工作,以满足国内粒子放疗事业的迅猛发展。

5.逐步加快粒子治疗设备“国产化替代”

习近平总书记在中国科学院第二十次院士大会、中国工程院第十五次院士大会、中国科协第十次全国代表大会上的讲话指出医用重离子加速器、CT等高端医疗装备国产化替代取得重大进展。为了惠及更多的肿瘤患者,兰州、武汉、莆田、长春等多地引进国产碳离子治疗系统,建设重离子治癌中心,重庆、山东、陕西等多地也签署了合作协议,预计十四五期间大部分省市肿瘤中心将拥有重离子治疗这一先进放疗技术。另外,国产首台质子治疗系统获得国家药品监督管理局的注册,并即将在上海交通大学附属瑞金医院投入临床应用。此外,BNCT治疗装置在我国蓬勃发展,除了厦门弘爱医院BNCT中心外,我国还有多个BNCT项目正在开发建设中。中国科学院高能物理研究所开展的D-BNCT项目,目前已经完成实验装置的研制与调试,同时在实验机的基础上,中科院高能所正研发BNCT医用设备,并联合东莞市人民医院(南方医科大学附属东莞医院),共同打造“D-BNCT”治疗中心。兰州大学与莆田市展开合作,规划在妈祖健康城落地BNCT医疗装置项目。中国原子能科学研究院也正在积极推动加速器BNCT系统设施。以上国产粒子治疗装置的研发和应用,标志着我国高端医疗器械装备国产化已经走上了快车道,对于提升我国医学肿瘤诊疗手段和水平,具有重大意义。

建议相关部门及时更新“优秀国产医疗设备目录”,支持民族自主品牌;加大国产医疗设备的使用比例;在生产标准、价格、知识产权保护、支持创新、财税方面给予具体的支持,完善促进医疗设备行业发展的产业政策,培育拥有自主知识产权的国产重离子治疗设备完全替代进口产品的条件。

总结

截至2022年底,根据网络公开信息统计得到目前我国质子重离子及BNCT在建及拟建项目达80多个,我国拥有当前全球最大的粒子放疗需求市场,粒子治疗技术产业发展现状已远远不能满足国内肿瘤放疗领域对粒子治疗的需求。面对如此庞大的国内粒子医疗市场,各国企业蜂拥而至,抢占国内市场,而对我国粒子医疗设备企业来说,既是机遇也是挑战。因此,发展我国自主品牌高端粒子医疗设备,建立健全离子医学研究体系,对于推动国产粒子治疗设备的推广应用、进而促进医学进步、造福广大肿瘤患者方面具有重要意义。鉴于目前肿瘤粒子治疗学科发展尚处于起步阶段,建议在粒子治疗学科建设和产业发展方面,要注重面向人民生命健康,重视科技创新,发展自主品牌高端放射治疗装备和先进技术、实现粒子治疗装置这类高端医疗设备的国产化替代,带动医疗器械行业向国产化转变的浪潮,最终降低民众就医成本、提高人均医疗资源,助力实现健康中国行动战略目标。

【主编】

王小虎     中国科学院近代物理研究所

【副主编】

吴永忠    重庆医科大学附属肿瘤医院

陈   明     中山大学肿瘤防治中心

刘士新    吉林省肿瘤医院

孔   琳    上海质子重离子医院

尹   勇     山东省肿瘤医院

易俊林    中国医学科学院肿瘤医院

【编委】(按姓氏拼音排序)

陈佳艺    上海交通大学瑞金医院

张秋宁    中国科学院近代物理研究所

潘建基    厦门弘爱医院

穆向魁    山东省肿瘤医院

张红雁   合肥离子医学中心

徐本华   福建医科大学附属协和医院

胡钦勇   武汉大学重离子医学中心

刘锐锋   中国科学院近代物理研究所

【专家顾问】(审稿专家)

樊代明   中国抗癌协会

申文江   北京大学第一医院

张红志   中国医学科学院肿瘤医院

 

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