本期是质子重离子肿瘤放疗的专辑，内容有国外在这一领域里研究进展的综述，国内对粒子射线放射物理学研究的成果，包括辐射防护屏蔽的计算、主动点扫描技术的质量控制和医用粒子同步加速器的建造，还有对粒子射线放射生物学研究和头颈部肿瘤碳离子放疗的临床经验。这个专辑为读者提供了肿瘤粒子放疗国内外最新进展的信息，也顺应了国内正在兴起的建立粒子肿瘤放疗中心的热潮。

使用带电粒子治疗肿瘤始于20世纪50年代，美国伯克列·劳伦斯国家实验室基于带电粒子射线良好的放射物理学分布特性，即物理剂量分布的Bragg峰特点，进行了临床肿瘤的治疗研究，被试验过的粒子包括质子、负π介子、碳等重离子。由于当时的肿瘤影像诊断技术落后，不能以三维图像精确显示肿瘤及其周围正常器官的解剖位置，也由于射线控制技术不佳，剂量计算不精确，特别是对重离子高传能线密度（LET）射线的放射生物学特性没有完全认识，以致临床肿瘤放疗的效果并不好。因此，带电粒子放疗的研究进展缓慢。直到1990年，美国加利福尼亚州罗玛琳达大学医学院（LLUMC）建成了国际上第一台专门为治疗患者设计的质子同步加速器，由于医学影像技术、射线控制技术和计算机放疗计划系统的进展，使得质子放疗变得可控和精确。LLUMC质子中心在临床治疗肿瘤和部分良性疾病中取得了良好的结果，减少了放射不良反应和并发症、提高了肿瘤控制率，由此促使了美国质子放疗的发展。以美国肿瘤界巨头麻省总医院（MGH）和安德森肿瘤中心（MDACC）为首的肿瘤中心，以及商业运营的ProCure质子放疗集团相继建立了质子放疗中心，治疗了大批的肿瘤患者，获得了较好的结果。在质子放疗发展的同时，重离子放疗也在缓慢地进行。重离子放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。放射物理和放射生物学研究表明，在众多重离子中，碳离子比较适合人类肿瘤的放疗。碳离子射线除了与质子放疗相同的物理剂量分布以外，还具有更强的放射杀伤效应，特别是对那些抗拒光子放疗的肿瘤，如黑色素瘤、软组织肉瘤和含有大量乏氧肿瘤细胞群的局部晚期肿瘤。碳离子对这类肿瘤细胞的杀伤效应是光子的2～3倍。日本和德国的重离子放疗中心的临床试验已经证明了碳离子放疗肿瘤的优势。

粒子肿瘤放疗在近10年来发展比较快，成为肿瘤放疗发展的一个热点。根据国际粒子放疗组织（PTCOG）网站（www.ptcog.ch）报道，到2016年4月，全球已经在运营的粒子放疗中心共62家（质子52家、重离子5家、质子加重离子5家），正在建设的有28家。到2014年底，全球累计质子放疗患者118 195例，重离子放疗15 736例，其他离子放疗3 248例。

然而，国际肿瘤放疗界对粒子肿瘤放疗还存在一些争论以及一些负面的评价，主要有3个方面。

第一，质子放疗在肿瘤局部控制和放疗不良反应方面是否优于光子放疗。一篇回顾性临床分析收集了美国在2000—2007年间前列腺癌接受光子调强放疗（IMRT）或三维适形放疗（3DCRT）的患者13 660例和质子放疗684例。分析结果表明，肿瘤的控制率在质子放疗和3DCRT/IMRT放疗没有明显差别，放疗后的不良反应，包括直肠、尿道、阴茎勃起功能、股骨颈骨折，在质子和3DCRT/IMRT放疗之间也没有显著不同。结论是前列腺癌的质子放疗疗效不比光子放疗有优势^[1]。而质子放疗界却批评上述研究的科学性。理由是上述研究使用的资料粗糙，没有直接统计肿瘤的控制率和不良反应发生率，而使用了间接的指标，所以调查的结果不可信；进入调查的质子放疗患者使用的是质子放疗的老技术，目前的质子扫描放疗的新技术疗效更好。美国质子治疗协会(NAPT)（www.protontherapy.org）调查了接受质子放疗的前列腺癌患者2 000例，调查内容包括：生活质量、精神状态、体质、泌尿功能、性功能和肠功能。结果是：①99%的患者认为自己选择质子放疗是正确的，98%的患者把质子放疗推荐给其他前列腺癌患者；②96%的患者对质子放疗满意或很满意；③92%的患者报告他们的生活质量和放疗前一样或更好，8%的患者报告生活质量下降；④92%的患者认为质子放疗后体质和精神没有受到影响；⑤质子放疗后泌尿、直肠和内分泌功能和健康人相似。性功能下降主要发生在同时接受内分泌治疗的患者，在仅接受质子放疗的患者中与健康人群相比，内分泌功能轻微下降；⑥与质子放疗和质子加光子放疗相比，质子加内分泌治疗患者的直肠、泌尿和内分泌功能更好。否定质子在前列腺癌治疗中的地位的负面评价主要来自于那些光子放疗中心以及医疗保险公司,因为质子放疗的费用是光子放疗的2倍^[2]。为了进一步评价质子放疗前列腺癌的作用，美国放射肿瘤学协作组织（RTOG）启动了前列腺癌光子放疗和质子放疗的随机对照试验。这个研究除了比较他们的肿瘤治疗和不良反应外，还会研究质子放疗的经济效益比（cost-effectiveness）。然而，仍有人质疑这种随机对照试验的必要性，理由是放射治疗是一种物理治疗，质子射线的物理剂量分布明显优于光子，其最终的结果必定高于光子放疗。

第二，碳离子放疗的不良反应很大，因为碳离子是高LET射线，对肿瘤和正常器官都同样具有较强的杀伤效应。但是，NIRS、GSI和德国海德堡大学粒子放疗中心（HIT）的1万多例临床治疗结果却显示了很好的疗效，特别是对光子抗拒的肿瘤，同时，放疗的不良反应是完全可以耐受的。其原因是现代碳离子放疗有先进的影像诊断、肿瘤定位和射线给予技术，能使Bragg峰打在肿瘤上而避免正常器官的损伤。另一方面，笼统地说碳离子是高LET射线是不确切的，碳离子的高LET射线成分主要分布在Bragg峰及其前后很短的一段距离内，而肿瘤周围正常器官受到的物理剂量低，而且主要来自于Bragg峰前部的射线，此处的射线是低LET射线，所以损伤并不像想象中那么严重。上海市质子重离子医院一年来的临床实践也证实，碳离子放疗的不良反应比光子低，甚至低于质子，因为碳离子射线的边缘很尖锐，其侧向的射线半影比质子更小。

第三，质子重离子放疗的经济效益比差。这个评价是正确的，也是被业界公认的。质子和重离子放疗设备的投入巨大，运营和维修保养费用也昂贵。即使收取高额的治疗费用，由于设备治疗患者数量的限制，在短期内不可能收回投入。建立一个粒子放疗中心的经济代价可以购买几十台X射线放疗的直线加速器。所以从经济效益比的卫生经济学考虑，质子放疗远远不如X射线放疗。在美国除了MGH、MDACC等有巨大肿瘤治疗声誉的肿瘤中心能吸引足够数量的患者，从而维持收支平衡外，多数的中心都存在不等的财政赤字情况。美国盈利性的质子放疗系统ProCure集团，成立于2006年，共有4个中心，在经历了数年的运营后，由于财政的困难，已经在3年前解体。

摈弃种种偏见和卫生经济学的考虑，近20余年的质子和碳离子临床肿瘤放疗的经验表明，粒子放疗治疗肿瘤的放射不良反应比光子小，疗效改进，特别适合于儿童肿瘤，能减少患儿全身的辐射，减少射线对儿童生长发育的抑制和放射诱导的恶性疾病发生率；对老年患者，或因肺功能和心脏功能差等医学原因不适合手术的肿瘤患者，提供了一种无创治疗的机会；对光子放疗不够敏感的肿瘤，如颅底肿瘤、眼部肿瘤、黑色素瘤、软组织肉瘤和大体积的肿瘤，重离子放疗更为有效。

目前，粒子放疗技术仍然是一个正在发展中的技术，和光子放疗100多年发展的历史相比，它还处在发展的初级阶段，在技术方面还存在不少问题，尚需要进一步提高，包括使用图像引导放疗技术，进行更精确的照射；对肺癌、肝癌随呼吸运动的控制；减少使用笔形扫描技术对运动靶区照射精确性的负面影响；对不同分期的肿瘤寻找最佳的照射分割剂量、总剂量和总照射时间。特别是对重离子的放射生物效应估计和临床应用还没有完全成熟，需要进一步研究定量碳离子和其他重离子的放射生物效应。在设备建造方面，研究更经济的设备提高经济效益比也是一个重要的方向。

在国内继上海市质子重离子医院建成，通过国家食品药品监督管理总局（CFDA）批准正式运营以后，国内有20余家医疗机构正在积极筹建粒子放疗中心。其中，除了中国科学院兰州近代物理研究所和上海应用物理研究所自主生产粒子放疗设备，其他均考虑引进设备。在这些正在筹备的粒子放疗中心中，大多是盈利性机构主导的。需要忠告的是，尽管设备制造商和投资方把粒子放疗的经济效益描述得非常乐观，经过细致调研而头脑清醒的人都认为：质子重离子放疗的经济效益比是比较差的，要在短期内（数年）收回资金投入并盈利是绝对不可能的，除非盲目扩大治疗指征滥用。更何况质子重离子放疗是一个高端的新技术，还没有达到完全成熟的阶段，需要肿瘤放疗医生和放射物理师重新学习，逐步掌握。因此，除了有先进的质子重离子放疗设备外，更重要的是有一支受过良好教育、训练有素的技术团队。而这样的技术团队的建立需要数年的时间。绝对不要误认为有了新设备就可以像工业设备一样大量生产来赚钱。这样必定使一个先进技术走入歧途。这样的教训在我国医疗界已经有了不少。