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《Sensors》发表中国科学家谢庆国团队在线精准监测质子治疗研究成果

2018-09-30 17:53来源:光明网

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2018年9月8日,国际工程技术领域权威期刊《Sensors》在线发表中国科学家、华中科技大学教授谢庆国团队最新研究成果,题目为《一种用于质子治疗监测的正电子发射断层成像系统的即插即成像传感器》。该研究验证了数字PET技术应用于质子治疗在线监测中的潜力和可行性,利用数字PET有望精准获知质子束入射人体组织后的实际作用范围和投递剂量,解决质子束在线监测这一世界级难题,从而有效提升质子刀对肿瘤治疗的效果,提高患者的治愈率和存活率。

质子放疗是最尖端的癌症放疗技术之一,人称“治癌利器”。与传统疗法相比,质子治疗突破了传统放疗、化疗“杀敌一千、自损八百”的困境,利用质子射线的“布拉格峰”特性,在放射线抵达特定组织深度后再释放能量,实现了对肿瘤的“立体定向爆破”。由于质子治疗具有穿透性能强、剂量分布好、局部剂量高等特征,尤其对于治疗有重要组织器官包绕的肿瘤,显示出较大优越性。同时,它也以 “天价手术”著称,国内做一次质子放疗一般要20多万,美国的质子放疗费用高达11万—14万美元不等。

质子放疗室里的全数字平板PET系统

  质子放疗室里的全数字平板PET系统

质子束在人体内的作用范围和投递剂量需要精准的监测方法与手段。由于质子束入射人体会产生正电子核素,进而湮灭产生伽马光子,利用PET技术可以探测到伽马光子反演出正电子的位置和数量,从而获知质子束的投递剂量和作用范围。因此,PET是被认为是最具潜力来监测质子治疗的有效手段。上世纪九十年代以来,全球科学家一直在努力探索将PET用于质子监测的可行性。然而,由于“模数混合”的特性,传统PET无法对质子束射入人体内情况进行实时精准监测。

论文合作作者之一、林口长庚纪念医院副院长洪志宏介绍,质子治疗如果无法实现对肿瘤病灶定点打击的绝对精准度,往往会导致治疗不彻底肿瘤复发、副作用等后果。具体地说,有监测系统的质子治疗相当于把“理论完美”变成“实际完美”,能真正充分地发挥质子治疗的效果。这正是质子放疗临床应用面临的核心问题。

从2016年至今,谢庆国团队多次赴林口长庚纪念医院开展实验研究。去年11月,两岸科学家在林口长庚纪念医院将全数字平板PET用于质子束在线监测,获得重大发现。数字PET发明人、华中科技大学教授谢庆国说,实验过程中,运用平板全数字PET首次监测到了质子束打到人体组织上产生的氧15,说明数字PET极有可能实现对质子束β+衰变产生的正电子发射核分布情况的精准监测,从而追踪到质子束的投递剂量和作用范围。

论文第一作者、团队核心成员、华中科技大学全职教授尼古拉(Nicola Dascenzo)表示,氧15的半衰期仅有2分钟,因此将PET用于质子束在线监测氧15,对系统的空间分辨率、时间分辨率等方面性能有着极为苛刻的要求。尼古拉表示:“这次实验充分验证了数字PET卓越的性能。利用数字PET可以采集到质子束进入活体内的大量原始数据,从而监测到质子束在人体内的轨迹及作用过程,这在全球尚无先例。这意味着质子刀在线监测难题有望就此破解,可能极大程度改善质子对癌症的治疗效果。”

据国际粒子治疗协作组(PTCOG)网站数据显示(截至2017年6月):目前全球在运行的质子中心有62家,预计到2020年全球将有131家粒子治疗中心运营。目前中国在运行的质子中心有3家。洪志宏介绍,根据世界卫生组织国际癌症研究署(IARC)发布的数据,全球每年新增癌症病例1400万,质子放疗适应症病例保守估计可达100万,即使发展迅猛也仍远远无法满足医疗需求。

谢庆国介绍,目前的数字PET主要致力于全数字成像的实现方法。 “前景虽广阔,不过现阶段阻碍质子治疗与数字PET进一步融合研究的难题仍然突出。”谢庆国说,首先,相关研究需要完备的基础设施支持和不菲的资金投入。其次,质子治疗和数字PET分属于两个领域,从设备、人才、技术、项目等各方面科研资源需要整合。第三,数字PET在与质子治疗联合研究已经进入科学“无人区”,在全球无经验先例可循。“希望国家有关部门能尽快规划质子精准放疗技术攻关,统筹相关科研资源,抓住我国数字PET在此领域的战略先机,助力人类早日攻破癌症治疗难题。”(光明融媒记者 赵婧)

[责编:王宏泽]

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