Частичная терапия
| Частичная терапия | |
|---|---|
| МКБ-9 | 92.26 |
Терапия частицами — это форма внешней лучевой терапии с использованием пучков энергичных нейтронов , протонов или других более тяжелых положительных ионов для лечения рака. Наиболее распространенным типом терапии частиц по состоянию на август 2021 года является протонная терапия . [ 1 ]
В отличие от рентгеновских лучей ( фотонных лучей), используемых в старой лучевой терапии, пучки частиц демонстрируют пик Брэгга в потерях энергии через тело, доставляя максимальную дозу облучения в опухоль или рядом с ней и сводя к минимуму повреждение окружающих нормальных тканей.
Терапию частицами также называют более технически адронной терапией , за исключением фотонной и электронной терапии . Здесь также не рассматривается нейтронно-захватная терапия , зависящая от вторичной ядерной реакции. Мюонная терапия, редкий тип терапии частицами, не входящий в вышеуказанные категории, также изучалась теоретически; [ 2 ] однако мюоны по-прежнему чаще всего используются для визуализации, а не для терапии. [ 3 ]
Метод
[ редактировать ]
Терапия частицами работает путем направления энергичных ионизирующих частиц на целевую опухоль. [ 4 ] [ 5 ] Эти частицы повреждают ДНК клеток тканей, в конечном итоге вызывая их гибель. Из-за пониженной способности восстанавливать ДНК раковые клетки особенно уязвимы к таким повреждениям.
На рисунке показано, как пучки электронов, рентгеновских лучей или протонов различной энергии (выраженной в МэВ ) проникают в ткани человека. Электроны имеют небольшой радиус действия и поэтому представляют интерес только вблизи кожи (см. электронная терапия ). Тормозное рентгеновское излучение проникает глубже, но доза, поглощенная тканью, демонстрирует типичный экспоненциальный спад с увеличением толщины. С другой стороны, для протонов и более тяжелых ионов доза увеличивается по мере того, как частица проникает в ткань и постоянно теряет энергию . Следовательно, доза увеличивается с увеличением толщины до пика Брэгга частицы , который возникает вблизи конца пробега . За пиком Брэгга доза падает до нуля (для протонов) или почти до нуля (для более тяжелых ионов).
Преимущество этого профиля энерговыделения состоит в том, что меньше энергии передается в здоровую ткань, окружающую ткань-мишень. Это позволяет назначать более высокие дозы опухоли, что теоретически приводит к более высокому уровню местного контроля, а также к достижению низкого уровня токсичности. [ 6 ]
Ионы сначала ускоряются с помощью циклотрона или синхротрона . Конечная энергия возникающего пучка частиц определяет глубину проникновения и, следовательно, место максимального энерговыделения. Поскольку луч легко отклонить с помощью электромагнитов в поперечном направлении, можно использовать метод растрового сканирования , т. е. быстро сканировать область мишени, как электронный луч сканирует ТВ-лампу. Если, кроме того, варьировать энергию луча и, следовательно, глубину проникновения, можно охватить весь объем мишени в трех измерениях, обеспечивая облучение, точно повторяющее форму опухоли. Это одно из больших преимуществ по сравнению с традиционной рентгеновской терапией.
По состоянию на конец 2008 года во всем мире действовало 28 лечебных учреждений и с помощью пионов пролечилось более 70 000 пациентов . [ 7 ] [ 8 ] протоны и более тяжелые ионы. Большая часть этой терапии проводилась с использованием протонов. [ 9 ]
По состоянию на конец 2013 года протонными пучками прошли лечение 105 000 пациентов. [ 10 ] и около 13 000 пациентов прошли углеродно-ионную терапию. [ 11 ]
По состоянию на 1 апреля 2015 года в мире имеется 49 объектов протонно-лучевой терапии, в том числе 14 в США и еще 29 объектов в стадии строительства. В сфере углеродно-ионной терапии действуют восемь центров и четыре строятся. [ 11 ] Центры углеродно-ионной терапии существуют в Японии, Германии, Италии и Китае. Два федеральных агентства США надеются стимулировать создание по крайней мере одного центра терапии тяжелыми ионами в США. [ 11 ]
Протонная терапия
[ редактировать ]Протонная терапия — это тип терапии частицами, при котором пучок протонов используется для облучения больных тканей , чаще всего для лечения рака . Главное преимущество протонной терапии перед другими видами дистанционной лучевой терапии (например, лучевой терапией или фотонной терапией) заключается в том, что доза протонов осаждается в узком диапазоне глубины, что приводит к минимальной дозе входа, выхода или рассеянного излучения. к здоровым близлежащим тканям. Высокие мощности дозы являются ключом к успеху в лечении рака. PSI продемонстрировал, что для установки протонной терапии на основе циклотрона с использованием импульсного охлаждения можно достичь замечательных мощностей дозы 952 Гр/с и 2105 Гр/с на пике Брэгга (в воде) для пучков с энергией 70 МэВ и 230 МэВ соответственно. В сочетании с гребневыми фильтрами, специфичными для конкретной области, становится возможной протонная терапия FLASH на основе пика Брэгга. [ 12 ]
Терапия быстрыми нейтронами
[ редактировать ]В терапии быстрыми нейтронами используются нейтроны высокой энергии, обычно от 50 до 70 МэВ для лечения рака . Большинство пучков терапии быстрыми нейтронами производятся реакторами, циклотронами (d+Be) и линейными ускорителями. Нейтронная терапия в настоящее время доступна в Германии, России, Южной Африке и США. В Соединенных Штатах единственный действующий лечебный центр находится в Сиэтле, штат Вашингтон. Центр в Сиэтле использует циклотрон, который производит пучок протонов, воздействующий на бериллиевую мишень.
Углеродная ионная лучевая терапия
[ редактировать ]углеродная Ионно- терапия (C-ion RT) была впервые применена в Национальном институте радиологических наук (NIRS) в Чибе, Япония, где в 1994 году начали лечить пациентов пучками ионов углерода. Это учреждение было первым, где ионы углерода использовались в клинических целях, что ознаменовало собой значительный прогресс в терапии частиц для лечения рака. Терапевтические преимущества ионов углерода были признаны ранее, но NIRS сыграл важную роль в его клиническом применении. [ 13 ] [ 14 ]
C-ion RT использует частицы более массивные, чем протоны или нейтроны. [ 15 ] Углеродная лучевая терапия все больше привлекает научное внимание, поскольку технологические варианты ее проведения улучшились, а клинические исследования продемонстрировали ее преимущества в лечении многих видов рака, таких как рак предстательной железы, головы и шеи, легких и печени, саркомы костей и мягких тканей, местно-рецидивирующий рак прямой кишки, и рак поджелудочной железы, включая местно-распространенное заболевание. Он также имеет явные преимущества в лечении трудноизлечимых гипоксических и радиорезистентных раковых заболеваний, одновременно открывая возможности для существенно гипофракционированного лечения нормальных и радиочувствительных заболеваний.
К середине 2017 года более 15 000 пациентов прошли лечение по всему миру в более чем 8 операционных центрах. Япония была заметным лидером в этой области. В настоящее время действуют пять установок лучевой терапии тяжелыми ионами, и в ближайшем будущем планируется построить еще несколько установок. В Германии этот вид лечения доступен в Гейдельбергском центре ионно-лучевой терапии (HIT) и в Марбургском центре ионно-лучевой терапии (MIT). В Италии такое лечение проводит Национальный центр онкологической адронтерапии (CNAO). В 2017 году Австрия откроет центр CIRT, а вскоре откроются центры в Южной Корее, Тайване и Китае. В настоящее время в Соединенных Штатах не работает ни один объект CIRT, но некоторые из них находятся на разных стадиях разработки. [ 16 ]
Биологические преимущества лучевой терапии тяжелыми ионами
[ редактировать ]С точки зрения радиационной биологии, существует немало оснований поддерживать использование пучков тяжелых ионов для лечения онкологических больных. Все методы лучевой терапии протонами и другими тяжелыми ионами демонстрируют определенный пик Брэгга в организме, поэтому они доставляют максимальную смертельную дозу в опухоль или рядом с ней. Это сводит к минимуму вредное излучение для окружающих нормальных тканей. Однако ионы углерода тяжелее протонов и поэтому обеспечивают более высокую относительную биологическую эффективность (ОБЭ), которая увеличивается с глубиной и достигает максимума в конце дальности действия луча. Таким образом, ОБЭ пучка ионов углерода увеличивается по мере продвижения ионов глубже в область расположения опухоли. [ 17 ] CIRT обеспечивает самую высокую линейную передачу энергии (LET) среди всех доступных в настоящее время форм клинического излучения. [ 18 ] Такая доставка высокой энергии к опухоли приводит к множеству двухцепочечных разрывов ДНК, которые опухоли очень трудно восстановить. Обычное облучение вызывает в основном одноцепочечные разрывы ДНК, которые могут позволить многим опухолевым клеткам выжить. Более высокая общая клеточная смертность, вызванная CIRT, также может обеспечить более четкую сигнатуру антигена для стимуляции иммунной системы пациента. [ 19 ] [ 20 ]
Частичная терапия движущихся целей
[ редактировать ]Точность терапии частицами опухолей, расположенных в грудной и брюшной областях, сильно зависит от движения мишени. Смягчение его негативного влияния требует передовых методов мониторинга положения опухоли (например, флюороскопическая визуализация имплантированных рентгеноконтрастных реперных маркеров или электромагнитное обнаружение вставленных транспондеров) и облучения (стробирование, повторное сканирование, стробированное повторное сканирование и отслеживание опухоли). [ 21 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Мацумото, Ю.; Фукумицу, Н.; Исикава, Х.; Накаи, К.; Сакураи, Х. (2021). «Критический обзор лучевой терапии: от лучевой терапии частиц (протонов, углерода и БНЗТ) до ее пределов» . Журнал персонализированной медицины . 11 (8): 825. дои : 10.3390/jpm11080825 . ПМК 8399040 . ПМИД 34442469 .
- ^ Ву, Чон-Кван; Лю, Донг (28 февраля 2020 г.). «Исследование мюонной терапии». Новая физика: SAE Mulli . 70 (2): 148–152. дои : 10.3938/NPSM.70.148 .
- ^ Ян, Гуанлян; Кларксон, Тони; Гарднер, Саймон; Ирландия, Дэвид; Кайзер, Ральф; Махон, Дэвид; Джебали, Рэмси Эл; Ширер, Крейг; Райан, Мэтью (28 января 2019 г.). «Новые методы визуализации мюонов» . Философские труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 377 (2137): 20180062. Бибкод : 2019RSPTA.37780062Y . дои : 10.1098/rsta.2018.0062 . ПМК 6335303 . ПМИД 30530538 .
- ^ Амальди У, Крафт Г (2005). «Лучевая терапия пучками ионов углерода». Отчеты о прогрессе в физике . 68 (8): 1861–1882. Бибкод : 2005РПФ...68.1861А . дои : 10.1088/0034-4885/68/8/R04 .
- ^ Якель О (2007). «Современное состояние адронной терапии». Материалы конференции AIP . 958 (1): 70–77. Бибкод : 2007AIPC..958...70J . дои : 10.1063/1.2825836 .
- ^ Мохан, Радхе; Гроссханс, Дэвид (январь 2017 г.). «Протонная терапия – настоящее и будущее» . Обзоры расширенной доставки лекарств . 109 : 26–44. дои : 10.1016/j.addr.2016.11.006 . ПМК 5303653 . ПМИД 27919760 .
- ^ фон Эссен К.Ф., Бэгшоу М.А., Буш С.Е., Смит А.Р., Клигерман М.М. (сентябрь 1987 г.). «Отдаленные результаты пионной терапии в Лос-Аламосе». Международный журнал радиационной онкологии, биологии, физики . 13 (9): 1389–98. дои : 10.1016/0360-3016(87)90235-5 . ПМИД 3114189 .
- ^ «ТРИУМФ: Терапия рака пионами» . Архивировано из оригинала 5 декабря 2008 г.
- ^ PTCOG: Кооперативная группа по терапии частицами
- ^ Джерманн М. (май 2014 г.). «Статистика терапии частицами в 2013 году» . Международный журнал терапии частиц . 1 (1): 40–43. doi : 10.14338/IJPT.14-editorial-2.1 .
- ^ Перейти обратно: а б с Крамер Д. (01.06.2015). «Углеродно-ионная терапия рака обещает быть многообещающей» . Физика сегодня . 68 (6): 24–25. Бибкод : 2015ФТ....68ф..24К . дои : 10.1063/PT.3.2812 . ISSN 0031-9228 .
- ^ Марадия, Вивек; Меер, Дэвид; Дёллинг, Рудольф; Вебер, Дэмиен К.; Ломакс, Энтони Дж.; Псорулас, Серена (октябрь 2023 г.). «Демонстрация импульсного охлаждения для повышения потенциала лечения рака с помощью протонной терапии» . Физика природы . 19 (10): 1437–1444. Бибкод : 2023NatPh..19.1437M . дои : 10.1038/s41567-023-02115-2 .
- ^ Мохамад, Усама; Сищ, Брок; Саха, Джанаприя; Помпос, Арнольд; Рахими, Асал; История, Майкл; Дэвис, Энтони; Ким, DW (9 июня 2017 г.). «Ионно-углеродная лучевая терапия: обзор клинического опыта и доклинических исследований с акцентом на повреждение/восстановление ДНК» . Раки . 9 (6): 66. дои : 10.3390/cancers9060066 . ПМЦ 5483885 . ПМИД 28598362 .
- ^ Малуфф, Тимоти Д.; Махаджан, Анита; Кришнан, Сунил; Бельтран, Крис; Сеневиратне, Данушка С.; Трифилетти, Дэниел Майкл (4 февраля 2020 г.). «Ионно-углеродная терапия: современный обзор новой технологии» . Границы онкологии . 10:82 . doi : 10.3389/fonc.2020.00082 . ПМК 7010911 . ПМИД 32117737 .
- ^ Цудзи, Хирохико (январь 2017 г.). «Обзор углеродно-ионной лучевой терапии» . Физический журнал: серия конференций . 777 (1): 012032. Бибкод : 2017JPhCS.777a2032T . дои : 10.1088/1742-6596/777/1/012032 .
- ^ Цудзи Х (2017). «Обзор углеродно-ионной лучевой терапии» . Физический журнал: серия конференций . 777 (1): 012032. Бибкод : 2017JPhCS.777a2032T . дои : 10.1088/1742-6596/777/1/012032 .
- ^ Цудзи Х, Камада Т, Шираи Т, Нода К, Цудзи Х, Карасава К, ред. (2014). Углеродно-ионная лучевая терапия: принципы, практика и планирование лечения . Спрингер. ISBN 978-4-431-54456-2 .
- ^ Андо К., Койке С., Охира С., Огиу Т., Ятагай Ф. (июнь 2005 г.). «Индукция опухоли у мышей, локально облученных ионами углерода: ретроспективный анализ» . Журнал радиационных исследований . 46 (2): 185–90. Бибкод : 2005JRadR..46..185A . дои : 10.1269/млр.46.185 . ПМИД 15988136 .
- ^ Эбнер Д.К., Камада Т. (2016). «Новая роль углеродно-ионной лучевой терапии» . Границы онкологии . 6 : 140. doi : 10.3389/fonc.2016.00140 . ПМЦ 4894867 . ПМИД 27376030 .
- ^ «Побочные эффекты лучевой терапии» . 17 мая 2019 г. [ самостоятельно опубликованный источник? ]
- ^ Кубяк Т. (октябрь 2016 г.). «Частичная терапия движущихся мишеней – стратегии мониторинга движения опухоли и облучения движущихся мишеней» . Британский журнал радиологии . 89 (1066): 20150275. doi : 10.1259/bjr.20150275 . ПМК 5124789 . ПМИД 27376637 .
