安德森癌癥中心：治療過程中的生物損傷

在評價(jià)生物學(xué)終點(diǎn)時(shí)，必須對束流質(zhì)量進(jìn)行評估。此時(shí)常用人體組織中的電離活動(dòng)強(qiáng)度，即線性能量傳遞（LET），來評價(jià)放射治療過程的生物損傷。雖然LET無法完全解釋所有的生物學(xué)差異，但在臨床治療中一般認(rèn)為，隨著LET的增加，相對生物學(xué)效應(yīng)（RBE）也會(huì)增強(qiáng)。與質(zhì)子束和光子束相比，碳離子束等重離子束的能量損失更大，稱為高LET射線。與任何深度都具有較高LET的中子束相反，碳離子束進(jìn)人人體后，LET是逐漸增加的，在峰區(qū)達(dá)到高值。

安德森癌癥中心轉(zhuǎn)診機(jī)構(gòu)愛諾美康介紹到，從治療角度看，該特性極為有利，因?yàn)樘茧x子束越接近腫瘤，其生物學(xué)效應(yīng)也會(huì)越強(qiáng)。使用被動(dòng)束流散射系統(tǒng)時(shí)，可通過使用不同的脊形過濾器來調(diào)整物理劑量分布，以實(shí)現(xiàn)均一的細(xì)胞殺傷效應(yīng)或通過S0BP形成等效效果；主動(dòng)束流掃描技術(shù)則采用生物學(xué)模型制訂治療方案，從而能在任意形狀靶區(qū)中實(shí)現(xiàn)均一的生物效應(yīng)。

碳離子的散射比質(zhì)子小，離子束半影（側(cè)面邊緣的清晰度）也會(huì)對劑量分布產(chǎn)生影響，它由庫侖散射決定，并隨著粒子質(zhì)量的增加而變小。另外，碳離子發(fā)生核相互作用，初級束流的部分劑量進(jìn)人原子序數(shù)較低的粒子，在峰頂之后產(chǎn)生劑量衰減（碎片尾巴）。由于這個(gè)尾部僅含有低原子序數(shù)的碎片，因此產(chǎn)生的生物效應(yīng)較小。

將碳離子束與質(zhì)子束的劑量分布進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)碳離子束靶區(qū)周圍的側(cè)向劑量下降速度比質(zhì)子束快。與光子相比，質(zhì)子和碳離子都還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即產(chǎn)生發(fā)射正電子的原子核，使用攝像系統(tǒng)即可進(jìn)行現(xiàn)場觀測，也可以離線進(jìn)行觀測。這種原子核的檢測及重現(xiàn)的特點(diǎn)可以用來進(jìn)行質(zhì)量控制。安德森癌癥中心轉(zhuǎn)診機(jī)構(gòu)愛諾美康介紹到，改善治療增益比，盡管與質(zhì)子和光子束相比，碳離子束的相對生物學(xué)效應(yīng)較好，但是臨床上更加關(guān)注照射后，腫瘤與正常組織是否存在組織修復(fù)的差異，以提高治療增益比。

在這方面，碳離子束被認(rèn)為同時(shí)具有佳的物理劑量與生物劑量分布。使用碳離子具有許多生物學(xué)優(yōu)勢，例如，提高RBE、降低氧增比（0ER）、抑制放射損傷的修復(fù)以及降低輻射敏感度的細(xì)胞周期依賴性等。與質(zhì)子束及光子束相比，上述特點(diǎn)以及逐步改善的劑量適形性，可能對提高碳離子束的治療比（therapeuticratio）起重要作用。因此，碳離子放療有可能對光子照射抗拒的局部晚期腫瘤，以及重要組織附近的腫瘤產(chǎn)生顯著的療效。

使用各種離子不同的S0BP進(jìn)行照射之后，對采用單次劑量和分次劑量，照射空腸隱窩細(xì)胞的RBE值進(jìn)行了研究。安德森癌癥中心轉(zhuǎn)診機(jī)構(gòu)愛諾美康介紹到，他們發(fā)現(xiàn)，離子電荷（以及質(zhì)量）增加時(shí)，離子的療效也將增強(qiáng)。隨著離子質(zhì)量的增加，首先觀察到峰值區(qū)內(nèi)的RBE增強(qiáng)，然后擴(kuò)展到坪區(qū)。對不同離子進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)碳離子的RBE的峰坪比大，使用其他離子對小白鼠進(jìn)行放射后的早期皮膚反應(yīng)，也可證明這一特點(diǎn)。因此碳離子有可能對光子束照射抗拒的深部腫瘤產(chǎn)生顯著療效。Battermarr在快中子照射后，對RBE值與肺轉(zhuǎn)移的體積倍増時(shí)間之間的聯(lián)系進(jìn)行了研究。

安德森癌癥中心轉(zhuǎn)診機(jī)構(gòu)愛諾美康介紹到，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，中子束的RBE隨著體積倍增時(shí)間的延長而增加；對涎腺腫瘤、前列腺癌以及骨與軟組織肉瘤等，生長緩慢的腫瘤時(shí)具有更高的RBE。在治療涎腺腫瘤時(shí)，中子束的分次放射治療RBE約為8.0，而大部分正常組織的后期損傷則為3.0~3.5。Lammore對采取快中子治療療效顯著的腫瘤類型，和臨床情況進(jìn)行了總結(jié)，RBE與中子相似的碳離子療法也具有這些優(yōu)勢。