二零零八年一月七日

加速质子治疗的使用
丹·哈维
郑重声明
第20卷第1页

这种抗癌技术既昂贵又笨重，在大型研究机构之外还没有得到广泛应用。然而，现在有一个协调一致的努力，使质子治疗的护理的最前沿。

质子束治疗被广泛认为是一种有价值的癌症治疗选择，使临床医生能够增加辐射剂量，同时减少有害的副作用。它无创无痛，每次只需15到30分钟，不需要住院过夜。

不幸的是，高价阻碍了它的广泛使用。购买产生和加速质子束所需的设备，以及建造一个足够大的设施来容纳这种复杂的技术，可能需要花费超过1亿美元。一般来说，一个设施包括一个回旋加速器、巨大的磁铁、三到四个治疗室和三层楼高、重量超过100吨的龙门架。

因此，质子治疗一直局限于较大的研究机构。然而，加州洛马林达大学医学中心的质子治疗中心表明，质子治疗可以在医院环境中成功实施。“这是第一个高通量的临床质子治疗设备，”斯图尔特·克莱因说，MHA，杰克逊维尔佛罗里达大学质子治疗研究所的执行主任。

现在，预计最近的发展可以提高质子治疗在更多医院和癌症中心的可行性。这些发展包括创新的商业模式，以及减少技术规模、必要设施和相关成本的进步。

质子治疗优势
质子治疗将高度聚焦的光束对准癌性肿瘤，精确度极高。顾名思义，它与其他放射疗法不同，用质子而不是光子来攻击肿瘤。质子的质量使得放射治疗师基本上可以阻止质子在肿瘤中释放几乎所有的能量，不像光子那样穿过肿瘤，从病人的另一边出来。这提供了一个独特的优势:它为临床医生提供了致命的辐射束，将大部分能量储存在他们想要的地方，减少了对目标肿瘤周围健康组织的损害。

因此，质子治疗是一种医疗保险批准的治疗方式，非常适合治疗靠近关键结构的肿瘤。目前，它被用于治疗前列腺癌、眼癌、脑癌、头颈癌、脊柱癌、乳腺癌和食道癌。此外，由于质子治疗可以最大限度地减少长期组织损伤，因此它在治疗儿科患者时特别有用。

除了佛罗里达州和加利福尼亚州的质子治疗中心外，美国还有另外三个质子治疗中心:波士顿马萨诸塞州总医院的东北质子中心(附属于哈佛医学院)、休斯顿的德克萨斯大学安德森癌症中心和布卢明顿印第安纳大学的中西部质子放疗研究所。

解决成本
佛罗里达质子治疗研究所的历史说明了建立质子治疗设施的复杂性，并有助于解释为什么只建立了少数几个地点。

佛罗里达州的工厂最初是在1998年设想的，但直到2003年才开始建设。首例患者于2006年8月接受治疗。克莱因说:“很明显，它花了很多年才开花结果，其中很大一部分与融资有关。”“质子治疗项目在设备购买和设施建设方面是资本密集型的，但成本也涉及到项目启动所需的高水平专业知识，包括临床和物理方面。”

显然，成本必须是合理的，这可以通过质子治疗实质性临床益处的强有力的沟通来实现。克莱因说:“对一些病人来说，根本没有其他治疗选择。”“他们的癌症无法手术，也无法用传统的放射疗法治疗。”

一旦合理，费用通常通过公共和/或私营部门的资金来处理。克莱因报告说，佛罗里达质子治疗研究所的建设最初需要州政府的资助。“但大部分资金是通过出售市政债券筹集的，以及杰克逊维尔市的一些直接财政参与，”他补充说。

但克莱因指出，已经有新的途径可以帮助解决成本问题。他说:“最近，营利性企业已经成立，在全国各地推出了更多项目。”

交钥匙解决方案提供商
总部位于印第安纳州布卢明顿的解决方案提供商“采购治疗中心”就是这样一家营利性公司。成立于2005年，以提高质子治疗的可用性为使命，为质子治疗设施的设计、建造、运营和维护提供全套解决方案。此外，它还通过投资自己的资源来帮助融资和降低成本。该公司首席执行官兼董事哈德利•福特(Hadley Ford)表示:“我们不仅安排了所有的融资，而且还把自己的钱投入了这个项目。”

当然，这需要权衡。“我们拥有多数股权，”福特解释道。“但如果客户对持有少数股权感到满意，我们明天就可以让他们脱离困境。”

采购通过其交钥匙解决方案，提供诊断、治疗计划、设施管理和成像集成系统和软件的标准化模型，实现了这个快速项目启动。“我们监督所有的建设、实施和设备安装，”福特说。通过这种方式，我们可以节省几个月的规划和调试时间。”

采购的解决方案降低了资本和运营成本。福特说:“我们优化的建筑设计比典型的质子治疗设施占地面积小得多，由于我们的专有技术以及我们与设备供应商的关系，我们的设备成本降低了20%到40%。”

通过将旋转龙门的数量减少到一个单元，可以减少占地面积。标准的采购设施包括:

•230- 250兆电子伏、固定能量、同步回旋加速器，提供连续的质子束;

•4间治疗室(双斜梁治疗室2间、固定横梁治疗室1间、龙门治疗室1间);和

•治疗控制系统，提供控制和监控设备的接口，以提供安全有效的治疗。

治疗室配备先进的倾斜光束线和机器人定位设备，与肿瘤信息系统和患者对齐软件完全集成，以确保快速和精确的患者定位，验证和治疗，达到极高的准确性，以及安全性和舒适性。

该公司由印第安纳大学粒子物理学先驱约翰·m·卡梅伦博士创立，他在中西部质子放疗研究所的创建中发挥了重要作用。卡梅隆和他的团队参与了美国正在运营或正在建设的七个质子治疗中心中的五个的开发。采购公司参与了俄克拉荷马城的一个项目，在那里它与当地的放射肿瘤学家和一个医疗保健系统合作，建立该州第一个质子治疗中心，计划于2009年开放。此外，在伊利诺伊州，该公司正在与当地的放射肿瘤学家和中央杜佩奇医院合作，建立该州的第一个质子治疗中心，计划于2010年首次亮相。

该公司认识到需要增加质子治疗的可用性。正如它所指出的那样，250,000名美国癌症患者可以从这种治疗中受益，但目前在美国的五个质子治疗中心只有3,000个治疗名额。该公司通过在美国建立质子治疗中心网络来实现其使命。从本质上讲，该公司确定并与社区中有需要和领导的医生团体和医院建立伙伴关系。

福特说:“由于质子治疗项目是一个非常复杂、昂贵和漫长的项目，社区医院和医生团体没有足够的资金自行进入这个项目。”“相反，像安德森医学博士这样的主要学术中心有资源、专业知识、时间和耐心来做这件事。”

紧凑的技术
随着创新的商业方法，新技术的进步也应该通过减少技术元素的大小，使质子治疗更容易获得，更便宜。这一点在西雅图很明显，在那里，瑞典癌症研究所(SCI)正在开发一个质子治疗设施——太平洋西北地区的第一个质子治疗设施，由于在癌症中心使用了一个紧凑的质子治疗系统，该设施的建设“只需要”2200万美元。

由马萨诸塞州利特尔顿的斯蒂尔河系统公司开发。该系统是与麻省理工学院等离子体科学与聚变中心的科学家合作开发的，通过应用超冷、超导、高场磁铁，设计成可以容纳更小的空间。“通过使用这样的磁铁，他们已经能够缩小回旋加速器的尺寸，并将其安装在一个龙门架上，”阿尔伯特·b·爱因斯坦博士说，他是SCI的执行董事。“因此，回旋加速器实际上是在病人周围旋转，因为它发出质子束。”

从本质上讲，它是一个单vault，单回旋加速器，单治疗室版本的质子治疗，爱因斯坦描述道。“因此，它的成本要低得多，”他补充道。

与前几代质子治疗通常需要55,000平方英尺相比，Clinatron 250的实施设计需要不到2,700平方英尺。爱因斯坦指出:“大型质子治疗设备基本上包括一个在室温下运行的回旋加速器，这需要一个大房间，以及四个与回旋加速器室相连的治疗拱顶。”

SCI认为很难证明传统安排的成本是合理的。“很难确定你是否有足够的病人来产生投资回报，”爱因斯坦解释说。“因此，我们考虑了替代方案，并决定采用Still River技术。我们认为，从财务角度来看，我们可以得到足够的病人来支持这种设施。”

SCI正在寻找有兴趣合作使用该技术的当地医疗服务提供者和其他组织。“虽然该系统可以在较小的设施中进行质子治疗，但它仍然不便宜。毕竟，这可是2200万美元啊。你需要足够的病人吞吐量来达到收支平衡。我们认为合作伙伴关系将帮助我们确定最合适的患者，”爱因斯坦说。

斯蒂尔河系统公司正在努力获得FDA的销售许可，并希望在2008年秋天在圣路易斯的巴恩斯犹太医院开设第一个设备。该系统最终将包括回旋加速器、质子束输送系统、带有吊坠控制的治疗床、放射照相患者定位系统、质子束治疗计划以及与治疗记录和验证系统的链接。

质子治疗技术已经存在了50多年。但现在，由于金融选择的增加和新技术的出现，它已经迅速加速进入了一个激动人心的时期。在未来10年内，它应该会成为治疗癌症患者的一种更广泛的方法。

丹·哈维是特拉华州威尔明顿市的自由撰稿人。

质子治疗小型化
如果一切顺利，质子治疗技术和成本可以进一步降低，该系统设计基于一种称为介电壁加速器(DWA)的小型设备，它本质上是质子治疗的小型化。

DWA目前正在加利福尼亚的劳伦斯利弗莫尔国家实验室作为原型建造，它可以在1米内将质子加速到1亿电子伏特。一个2米长的DWA可以放入传统的放射治疗室，并可能提供足够高能量的质子来治疗所有肿瘤，包括埋在体内深处的肿瘤。

“利弗莫尔的研究人员为了防御目的发明了这项技术，”威斯康星大学教授、TomoTherapy公司联合创始人托马斯·麦基博士解释说。这家总部位于美国的公司将独家授权利弗莫尔的技术。“最初，它是为加速电子而设计的，但研究人员意识到他们可以用它来制造质子，并有可能使这项技术小型化。”

DWA是一个空心管，其壁由有效绝缘体组成。当空气被抽走以产生真空时，电子管可以承受在短距离内以高能加速质子所必需的高电场等级。然而，Mackie指出，它仍处于研究阶段，临床试验至少需要五年的时间。“他们还没有加速任何质子，但详细的模拟表明它会起作用，”他报告说。

麦基说，要使其可行，必须克服两个障碍。“首先，你需要一个每米100兆伏的高梯度绝缘体。其次，你必须创造一个向下移动绝缘体的电场。”

他解释说，这是通过连续发射一系列blumleins来实现的。“blumlein是一种存储设备，就像一个长线性电容器，当它按顺序接通时，介电壁上就会产生一个电场，开始加速质子。此外，为了保持在质子前面，你需要以与质子相同的速度将电场沿壁移动。”

因此，开关技术需要快速和准确。为了满足这一需求，利弗莫尔正在开发一种用激光发射的光开关，从而实现更精确的测序。

麦基说:“如果它成功了，你就可以拥有一个只有几米长的直线加速器，它可以把质子加速到有足够能量进行质子治疗的程度。”“它还可以让你把加速器直接放在束流线上。”

除了体积更小之外，基于dwa的质子治疗系统还有另一个显著的好处:它可以改变质子能量和质子束强度，这两个变量在现有的质子治疗设施中无法同时调整。

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