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專刊:重粒子癌症治療技術介紹

 

重粒子癌症治療技術介紹

  惡性腫瘤名列十大死因之首已30年,威脅國人健康甚巨;而目前治療方式主要是以外科手術、化療、栓塞、電燒、標靶治療及放射治療為主。重粒子癌症治療是一種先進的放射治療,不同於傳統放射治療採用高能量X光或電子束,臺北榮總籌建之重粒子癌症治療中心則是將碳原子游離成碳離子,再利用同步加速器將粒子加速至光速的百分之七十,再針對癌症病灶進行照射,以進行癌症治療的方法。由於重粒子射線具有獨特的布拉格能峰(Bragg Peak)能深入人體組織內(圖1),藉由非常精準的定位,再完全釋放聚集能量摧毀癌細胞,藉此完全破壞腫瘤細胞的DNA雙鏈,以達到治療癌症的卓越效果,也因為它獨特的物理特性,重粒子射束在進入人體正常組織時所釋放的能量極低,可避免不必要的輻射傷害。圖2為脊椎轉移病人的重粒子與光子射束放射劑量分布圖,重粒子治療的劑量集中於腫瘤處,前方肺臟與心臟幾乎沒有輻射劑量;而光子射束通過的部位都會造成劑量的累積。

 

重粒子物理特性比較圖
圖1. 重粒子物理特性比較圖

 

重粒子與光子射束放射劑量分佈圖(左圖為重粒子) 重粒子與光子射束放射劑量分佈圖(右圖為光子射束)
圖2. 重粒子與光子射束放射劑量分佈圖(左圖為重粒子,右圖為光子射束)

 

  重粒子相較質子或光子,可造成更強的相對生物效應(relative biological effectiveness,RBE)。以光子射線的RBE為1來看,質子治療的RBE約為1.1,而重粒子治療的RBE則為3左右。高相對生物效應使治療過後的細胞多呈現直接性的致死破壞,癌細胞較沒有修復的機會(圖3),因此重粒子治療較不受缺氧(hypoxia)細胞或是癌症幹細胞(cancer stem cell)的影響,在許多基礎研究的文獻顯示,重粒子照射也能引發進一步身體的免疫反應。除此之外,重粒子的療程為傳統治療的一半或三分之一,大大節省病人的治療時間。相較於質子,重粒子治療有較佳的生物效應,較好的腫瘤控制,且較有效率。(表1)

 

重粒子、質子與光子對DNA造成傷害
圖3. 重粒子、質子與光子對DNA造成傷害

 

表1. 重粒子治療與質子治療優缺點比較

特性比較 重粒子(碳離子)治療 質子治療
1.物理劑量分布特性 縱向具布拉格峰(Bragg Peak)物理特性。 縱向具布拉格峰(Bragg Peak)物理特性。
2.相對生物效應(RBE) 較高的相對生物效應優於質子治療。 相對生物效應:質子與一般X光相當,不具優勢
3.氧加強反應率(OER) 低氧加強反應率(OER)不需要依賴氧氣以達到摧毀癌細胞。為重粒子勝過質子的最顯著優勢 高氧加強反應率(OER),缺氧環境下癌細胞具有抗輻射,治療效果減弱
4. 治療次數 每人平均治療次數明顯低於光子或質子治療。以攝護腺癌療程為例,目前通常以十二次重粒子照射,治療療程短,病患無須住院。 以攝護腺癌療程為例,光子或質子治療通常需要三十五次照射
5. 副作用 副作用小。碳粒子射束在進入人體組織釋放的能量極低,達到腫瘤處才將能量完全釋放,避免鄰近組織受到不必要的輻射傷害。 副作用小
6. 治療部位與適應症 適用於全身不同部位之腫瘤,特別對於難治、手術困難及使用傳統放射治療無效的腫瘤,重粒子是種有效的治療方式。例如:惡性肉瘤、胰臟癌與口腔黏膜黑色素瘤等等。 適用於全身不同部位之腫瘤,較不適用於病患有多處轉移性腫瘤。
7. 對病患生活品質的影響 對病患生活品質的影響相對較小 對病患生活品質影響較大

 

  因此,重粒子治癌在臨床上有幾項重要優點,放射能量集中能對腫瘤病灶進行定點照射、降低對周圍正常組織細胞傷害、病患無痛苦、副作用小,更重要的是針對輻射有抵抗性之難治癒的惡性腫瘤比傳統X光治療特別有效,值得一提,重粒子治療療程短,病患無須住院。(表2)

 

  這些珍貴的物理和生物特性,在現今一些較難治療的癌症上,重粒子帶給罹患這些難治癌症的病人治療上的新突破,如腺癌(adenocarcinoma)、腺樣囊狀癌(adenoid cystic carcinoma)、口腔黏膜黑色素瘤(oral mucosal malignant melanoma)、以及惡性肉瘤(sarcoma)等。而在頭頸癌、肺癌、肝癌、顱底部位的癌症,甚至於胰臟癌、婦女癌症、直腸癌、腎臟方面的癌症等等,重粒子目前也有令人驚艷的治療成效,對於以不易治療的癌症種類來說,重粒子是安全而且十分具有潛力的癌症治療方式,對於傳統治療無效的癌症病患來說,重粒子治療可說是癌症病患的一大福音。(圖4)

 

表2. 重粒子治療次數及療程

 

圖4. 重粒子治療之適應症Carbon-Ion Radiotherapy, Principles, Practices, and Treatment Planning, Hirohiko Tsujii Editor

 

  臺北榮總將引進日立公司最新的緊緻型重粒子癌症治療系統,有效縮小建築量體,並搭載最新的掃描照射技術搭配動態追?技術,可把握隨呼吸而移動的器官動態,配合腫瘤形狀進行重粒子射線照射。由於掃描式粒子束的利用效率很高,產生的不必要放射線較少,能有效降低患者及醫院工作人員的身體負擔並減少醫療廢棄物。

 

北榮興建重粒子治癌中心記者會 重粒子癌症治療中心動土典禮與會人員合影

 

重粒子癌症治療中心動土典禮與會人員合影 重粒子癌症治療中心興建藍圖

 

重粒子癌症治療中心相關內容:

  1. 重粒子治療簡介:https://wd.vghtpe.gov.tw/Cancer_Cen/Fpage.action?muid=1652&fid=1244

  2. 動土典禮報導:https://www.vghtpe.gov.tw/News!one.action?nid=4940

 

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