[Изображение доступно] Какова польза протонной терапии? Почему она такая дорогая?

---

Что такое аппарат протонной терапии?

Аппарат протонной терапии(Аппарат протонной терапии) — это тип аппарата, который использует...Протонный пучокПротонный пучок — это передовой медицинский аппарат для лучевой терапии. Он относится к классу корпускулярной терапии, которая точно воздействует на опухолевые клетки и уничтожает их, ускоряя протоны до высокоэнергетического состояния, обеспечивая при этом максимальную защиту окружающих здоровых тканей.

Упрощённая схема структуры протона и кварка. Цвет каждого отдельного кварка можно задать произвольно, но для получения белого цвета необходимо использовать и смешать три разных цвета.

«Аппарат протонной терапии» — это не просто аппарат, а чрезвычайно сложная, масштабная и высокотехнологичная система. Он сочетает в себе передовые технологии из области физики, инженерии, информатики и медицины, а его основная цель — использовать высокоэнергетические протонные пучки для точного уничтожения раковых клеток с максимальной защитой окружающих здоровых тканей.

Чтобы понять принцип работы аппаратов протонной терапии, нам следует начать с самого простого устройства —протон«Давайте начнем говорить».

Примечание: в материковом Китае это называется терапией пучком частиц.

---

От атомов до протонов: фундаментальные физические концепции

Всё в мире состоит из атомов. В центре атома находится...Протон иНейтрон СоставАтомное ядроВнешний периметр имеетЭлектрон Окружён. Протон несёт положительный заряд в одну единицу и имеет массу примерно в 1836 раз больше массы электрона, что делает его одним из основных источников массы в материи.

В медицинских целях мы отрываем электрон от атома водорода (простейшего атома, содержащего только один протон и один электрон), чтобы получить положительно заряженные протоны. Эти протоны, пройдя сложную систему ускорения и получив чрезвычайно высокую энергию, становятся мощным оружием против рака.

Пик Брэгга: Физическая основа протонной терапии

Самое фундаментальное различие между протонной терапией и традиционной фотонной (рентгеновской) лучевой терапией заключается в способе высвобождения энергии. Это различие можно объяснить следующим ключевым явлением:Пражский пик(Пик Брэгга).

Диаграммы распределения энерговыделения в тканях фотонов однократной дозы (зеленый), скорректированных протонных пучков (синий) и чистых протонных пучков (красный).

• Традиционная фотонная лучевая терапия (рентгеновское или гамма-излучение):
  При попадании фотонного пучка в тело человека его энергия постепенно уменьшается по мере проникновения в ткани (экспоненциальное затухание). Максимальная доза обычно распределяется на глубине 1-2 сантиметра под кожей. Это означает, что для того, чтобы доза достигла глубоко расположенной опухоли, здоровые ткани вдоль пути (точка входа) и ткани за опухолью (точка выхода) получат значительную дозу, что приводит к нежелательным повреждениям и побочным эффектам.
• Протонная терапия (протонный пучок):
  Протонные пучки обладают совершенно иными характеристиками. Заряженные протонные частицы, проходя через ткань, сталкиваются с электронами в атомах, постепенно теряя энергию. Однако этот процесс потери энергии нелинейный. В процессе прохождения пучка…Первоначально потери энергии минимальны, а дозировка остается на относительно низком уровне..
  Когда скорость протонов замедляется до определенной степени, вероятность их взаимодействия с веществом резко возрастает.В очень узком диапазоне глубин подавляющее большинство энергии высвобождается мгновенно.Это создаёт пик дозы, который резко нарастает, а затем резко падает; это известно как «пик Брэгга». Глубину пика можно точно контролировать, регулируя начальную энергию протонов, обеспечивая точное попадание облучения в опухоль.
  После пика доза падает до нуля почти мгновенно, что означаетТкань за опухолью практически не получает дозу облучения..

Пик Брэгга:
Протон высвобождает максимальную энергию в конце своего пробега, после чего доза резко падает до нуля, и «исходящая доза» отсутствует.

Пояснение к диаграмме:

1. Традиционная кривая высокоэнергетического рентгеновского излучения (пучка фотонов) (красная пунктирная линия):
   • характеристикаДоза достигает максимальной величины у поверхности кожи и постепенно уменьшается с глубиной после проникновения в организм.
   • недостатокЗдоровая ткань за опухолью получает значительную «исходящую дозу» радиации, в то время как ткань перед опухолью получает более высокую дозу, чем сама опухоль.
2. Кривая пучка протонов одной энергии (сплошная синяя линия) – пик Брэгга:
   • характеристикаПротонный пучок выделяет небольшое количество энергии на ранних стадиях проникновения в организм человека и высвобождает практически всю свою энергию мгновенно, когда достигает определенной глубины (т. е. конца своего диапазона), образуя острый пик дозы (пик Брэгга), после чего доза резко падает практически до нуля.
   • преимущество:Почти нет выбросной дозыТкань за опухолью хорошо защищена.
   • испытаниеОдиночный пик подходит только для очень маленьких опухолей.
3. Кривая протонного пучка SOBP (сплошная зеленая линия) – расширенный пик Брэгга:
   • технологияРегулируя энергию протонов и накладывая несколько пиков Брэгга разной глубины, формируется широкая, однородная высокодозная платформа, достаточная для полного покрытия всего объема опухоли.
   • Клиническое применениеЭтот метод используется в реальном лечении. Как показано на изображении, он позволяет точно концентрировать высокие дозы в области опухоли (зелёная область), значительно уменьшая область перед опухолью и...Особенно сзадиДоза, полученная здоровыми тканями.

---

Что такое протон?

Протон — фундаментальная частица в атомном ядре, несущая положительный заряд в одну единицу (+1e), равный по величине, но противоположный по полярности отрицательному заряду электрона. Масса протона составляет приблизительно 1,6726 × 10⁻²⁷ кг, что в 1836 раз больше массы электрона. В атомном ядре протоны и нейтроны вместе образуют нуклоны, прочно связанные между собой сильным ядерным взаимодействием.

Структура и свойства:

• Модель кваркаСогласно Стандартной модели физики элементарных частиц, протон — это составная частица, состоящая из трех кварков: двух верхних кварков и одного нижнего кварка, связанных вместе силой сильного взаимодействия, передаваемой через глюоны.
• стабильностьПротон — стабильная частица, и его распад до сих пор не наблюдался экспериментально. Это может быть связано с предсказаниями Великого объединения, но требует дальнейшей проверки.
• Электромагнитные свойстваПротоны имеют положительный заряд, поэтому они подвержены воздействию сил в электрических и магнитных полях. Это свойство нашло применение во многих областях науки и техники, таких как протонная лучевая терапия и ускорители частиц.

Исторические открытия:

• В 1917 году Эрнест Резерфорд впервые экспериментально подтвердил существование протона. Он бомбардировал ядро азота альфа-частицами и наблюдал освобождение ядер водорода (то есть протонов), тем самым подтвердив, что протон является фундаментальным компонентом атомного ядра.
• После 1950-х годов, с предложением кварковой модели, внутренняя структура протона была постепенно раскрыта.

Клиническое применениеОдиночный пик Брэгга очень острый и может покрыть лишь небольшую область опухоли. Поэтому в ходе лечения специалисты суммируют пучки протонов разных энергий для формирования расширенного пика Брэгга (SOBP), который может полностью покрыть весь объём опухоли, сохраняя при этом огромное преимущество «низкой входной дозы и практически нулевой выходной дозы».

---

Почему протоны так важны?

Важность протона обусловлена его уникальными физическими свойствами и широким спектром потенциальных применений:

Медицинская революция:

• Протонная терапия предлагает онкологическим больным высокоточный метод лечения с минимальными побочными эффектами и особенно эффективна у детей и при опухолях в чувствительных органах. Клинические данные показывают, что протонная терапия может снизить повреждение окружающих тканей более чем на 301 ТП3Т.

Космология и основа жизни:

• Протоны – основной компонент барионной материи во Вселенной. Видимая материя Вселенной выше 901 TP3T состоит из протонов. Они служат топливом для ядерного синтеза в звёздах (таких как Солнце), а также основой таких элементов, как водород, углерод и азот в живых организмах.
• Кислотность или щелочность молекул воды (H₂O) и органических соединений связана с миграцией протонов (определяемой pH).

Движущая сила науки и техники:

• Исследования протонов стимулировали разработку крупных научных и технологических установок, таких как ускорители частиц и ядерные реакторы, и способствовали развитию современной физики.
• В медицине протонная терапия представляет собой передовую технологию лучевой терапии, предоставляя онкологическим больным более эффективный вариант лечения.

Ключ к энергии и окружающей среде:

• Если энергия ядерного синтеза будет коммерциализирована, это полностью решит энергетический кризис человечества, и протоны являются ядром этого процесса.
• Технология топливных элементов с протонообменной мембраной помогает сократить выбросы парниковых газов и способствует достижению целей углеродной нейтральности.

---

Историческое развитие

Концепция протонной терапии не нова. История её развития такова:

С начала 21 векаС развитием технологий (особенно с широким внедрением технологии сканирования Pen-Beam) и переоценкой экономической эффективности, во всем мире наблюдается резкий рост строительства центров протонной терапии. По состоянию на 2023 год в мире функционировало более 100 центров протонной терапии, в основном в США, Японии, Европе и Китае. На Тайване также имеется несколько медицинских центров, оснащенных оборудованием для протонной терапии.

1946:физикРоберт Р. Уилсон Во-первых, был предложен потенциал использования протонных пучков в медицинских целях и подчеркнуты превосходные характеристики пика Брэгга.

1954В Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли при Калифорнийском университете провели первую в мире протонную терапию для подавления функции гипофиза и лечения метастатического рака молочной железы.

1960-е-1980-е годыЛечение в основном фокусируется наУскоритель в физической лабораторииПроцедура проводится на верхней части глаза, в первую очередь направлена на доброкачественные новообразования вблизи критических органов (такие как артериовенозные мальформации, опухоли гипофиза и т. д.), а также на небольшие раковые опухоли глаза (такие как меланома).

1990:СШАМедицинский центр Университета Лома Линда ЗавершенныйПервая в мире больница, посвященнаяСоздание центра протонной терапии знаменует собой официальный выход протонной терапии из лабораторий в клинические больницы.

---

Значительная веха в развитии протонной терапии

Временной интервал	Важные вехи
1946	Роберт Уилсон впервые предложил идею использования характеристик пика Брэгга протонных пучков для радиотерапии в журнале Radiology.
1954	Радиационная лаборатория Калифорнийского университета в Беркли (LBNL) провела первое в мире клиническое применение протонной терапии, облучив гипофиз пациентки с запущенным раком молочной железы.
1961	Гарвардская циклотронная лаборатория (HCL) начала лечить случаи, схожие с теми, что были в Беркли, и в последующие десятилетия стала крупным центром исследований протонной терапии.
1970-е годы	Япония (Национальный институт радиологических наук, NIRS) и Советский Союз (Объединенный институт ядерных исследований в Дубне) последовательно начали клинические исследования протонной терапии.
1988	Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) одобрило протонную терапию в качестве метода лечения.
1990	Медицинский центр Университета Лома Линда (LLUMC) в США открыл первый в мире специализированный центр протонной терапии в больнице, что ознаменовало переход протонной терапии из лабораторных условий в больничную среду.
2000-е	Сканирование карандашным лучомЭта технология является зрелой и широко применяется, позволяя проводить протонную терапию с модуляцией интенсивности, что значительно повышает точность лечения. Показания к применению расширились и теперь включают рак предстательной железы, детские опухоли и другие заболевания.
с 2010-х по настоящее время	Компактный аппарат протонной терапииПоявление таких систем, как однокомнатные, значительно снизило стоимость строительства и потребность в пространстве. Число центров протонной терапии во всем мире стремительно растет и в настоящее время превышает 100.

---

Зачем нужна протонная терапия?

Основная причина инвестирования таких огромных ресурсов в разработку протонной терапии заключается в том, что мы надеемся преодолеть присущие традиционной радиотерапии ограничения и добиться более высокого терапевтического индекса, то есть максимизировать вероятность контроля опухоли (TCP) и при этом минимизировать вероятность осложнений со стороны нормальных тканей (NTCP).

Проблемы и ограничения традиционной лучевой терапии

Традиционная фотонная радиотерапия (например, радиотерапия с модулированной интенсивностью (IMRT) и радиотерапия с объемной дуговой модуляцией (VMAT)) технически очень продвинута, но ее физические характеристики указывают на то, что у нее есть некоторые неизбежные недостатки:

1. Высокая доза для приема внутрьДля лечения глубоких опухолей необходимо подвергать кожу и поверхностные ткани воздействию высоких доз, что может привести к дерматиту, боли, фиброзу и т. д.
2. Экспортная дозаФотоны могут проникать в тело человека, и здоровые ткани за опухолью неизбежно будут облучены. Это особенно проблематично при лечении областей, заполненных жизненно важными органами, таких как голова и шея, грудная полость и таз.
3. Высокая интегрированная дозаПоскольку доза высвобождается по пути, весь организм получает...Общая доза облученияИнтегральная доза относительно высока. Хотя доза в одной точке невелика, облучение большой площади малыми дозами может увеличить риск развития вторичных опухолей в долгосрочной перспективе, особенно у детей и молодых пациентов.
4. Беспомощны против некоторых опухолейНекоторые опухоли расположены вблизи критически важных органов, чрезвычайно чувствительных к радиации (таких как ствол мозга, зрительный нерв, спинной мозг и сердце). Традиционная лучевая терапия не может эффективно исключить эти ткани, что приводит к невозможности доставить радикальную дозу к опухоли.

---

Соответствующее лечение заболеваний

---

Физические и биологические преимущества протонной терапии

Появление протонной терапии было обусловлено именно необходимостью решения упомянутых выше проблем:

1. Превосходное распределение дозы (физическое преимущество):
   Используя характеристики пика Брэгга, протонная терапия позволяет добиться «идеальной конформации» (превосходной конформации) формы опухоли путем размещения области высокой дозы и, таким образом:
   • Значительно уменьшить входную дозуНормальные ткани вдоль пути поражения получают меньшие повреждения.
   • Почти нулевая выходная дозаТкань за опухолью практически идеально защищена.
   • Значительно снизить общую интегрированную дозуОбычно он позволяет снизить общую дозу облучения на 50–60 % по сравнению с самой современной фотонной радиотерапией.
2. Допустимое увеличение дозы (клинические преимущества):
   Поскольку окружающая нормальная ткань лучше защищена, врачМожно безопасно увеличить дозу облучения опухоли.Это критически важно для некоторых опухолей, менее чувствительных к радиации. Более высокие дозы облучения приводят к более высоким показателям уничтожения опухоли и локального контроля.
3. Уменьшить краткосрочные и долгосрочные побочные эффекты (польза для пациента):
   Улучшенное распределение дозы напрямую влияет на уменьшение побочных эффектов. У пациентов обычно наблюдаются менее выраженные острые реакции во время лечения (такие как мукозит, кожные реакции, тошнота и утомляемость), что приводит к повышению качества жизни. Что ещё важнее, препарат значительно снижает риск некоторых необратимых долгосрочных последствий, таких как:
   • ребенокОна оказывает меньшее влияние на развивающиеся ткани и органы (такие как мозг, кости и железы), а также на когнитивные функции, значительно снижая риск задержки роста, эндокринных нарушений и нейрокогнитивных нарушений. Кроме того, она значительно снижает риск развития второго первичного рака, вызванного радиацией.
   • Все пациентыОн может защитить жизненно важные органы, например, уменьшить повреждение сердца, вызванное лучевой терапией при раке легких, а также уменьшить такие симптомы, как сухость во рту, затрудненное глотание и потеря слуха, вызванные лучевой терапией при раке головы и шеи.
4. Пионерские новые направления лечения:
   Для некоторых опухолей, которые ранее считались «зонами, запрещёнными для облучения» или имели неудовлетворительные результаты лечения, протонная терапия открывает новые возможности лечения. Например, рак печени, центрально расположенный рак лёгких, рак глаз вблизи зрительного нерва и паравертебральные саркомы теперь можно лечить протонной терапией, и шансы на излечение выше.

---

Состав системы аппарата протонной терапии

Полная система протонной терапии в основном состоит из следующих основных компонентов:

1. Источник ионов:
   Это отправная точка всей системы. Обычно всё начинается с водорода, который ионизируется с помощью электрического поля или микроволн, образуя положительно заряженные ионы водорода (то есть протоны).
2. Ускоритель частиц:
   Это сердце системы, отвечающее за ускорение протонов до скорости света (примерно 601 TP3T), что требует энергии примерно 70–250 МэВ. Подавляющее большинство современных центров протонной терапии используют эту систему.Циклотрон илиСинхротрон.
   • циклотронОн имеет относительно компактные размеры и способен генерировать непрерывный и стабильный протонный пучок. Его преимуществами являются стабильная работа и относительно простое обслуживание.
   • СинхротронОбычно он больше по объему, ускоряет протоны в «кластерах» и может более гибко генерировать протонные пучки разных энергий, но система более сложная.
3. Система отбора энергии (ESS)(В основном используется в циклотронах):
   Протоны, генерируемые циклотроном, имеют фиксированную энергию. Для лечения опухолей разной глубины необходима система отбора энергии, состоящая из клиновидных материалов, которая уменьшает энергию протонов, тем самым точно контролируя глубину пика Брэгга.
4. Система транспортировки луча:
   Это сеть трубок в условиях высокого вакуума, состоящая из электромагнитов (отклоняющих и квадрупольных магнитов). Она действует как «магистраль», точно направляя протонные пучки от ускорителя к различным процедурным кабинетам.
5. Процедурный кабинет и система доставки луча:
   В конечном итоге, здесь для лечения пациентов используется протонный пучок. В основном, используются два метода:
   • РассеиваниеЭтот метод использует рассеивающую фольгу для рассеивания узкого пучка протонов, расширяя его до более широкого, чтобы охватить опухоль. Это более ранний и простой метод, но он приводит к большему нейтронному загрязнению и обеспечивает несколько меньшую защиту окружающих здоровых тканей по сравнению со сканированием.
   • СканированиеЭто основная технология сегодня, особенноСканирование карандашным лучом (PBS)Протонный пучок имеет форму очень тонкого «кончика ручки» и направляется на целевую область опухоли с помощью точно контролируемого магнитного поля.Послойное сканирование точечной матрицы(Сначала перемещайтесь влево и вправо, затем вверх и вниз, а затем отрегулируйте энергию, чтобы изменить глубину.) Технология PBS позволяет добиться этого.Протонная терапия с модулированной интенсивностью (IMPT)Это означает, что он может не только контролировать распределение дозы в трёхмерном пространстве, но и доставлять разные дозы в разные области одной и той же опухоли. Это самый передовой и точный вид лучевой терапии, который можно назвать «скульптурной» лучевой терапией.
6. Лучевая терапия под визуальным контролем (IGRT):
   Лечебная кушетка оснащена высокоточным компьютерным томографом (КТ) или рентгеновским аппаратом. Перед каждым сеансом лечения проводится сканирование в реальном времени, результаты которого сравниваются с изображениями, указанными в плане лечения. Затем положение пациента корректируется для обеспечения точного наведения протонного пучка на опухоль с точностью до миллиметра. Это ключевой фактор для достижения точности лечения.
7. Система планирования лечения (TPS):
   Это мощная компьютерная система. Врачи и физики вводят данные КТ, МРТ и других изображений пациента, чтобы совместно определить степень распространения опухоли и жизненно важные органы, нуждающиеся в защите. Затем физик использует сложные алгоритмы для расчета оптимальной энергии протонного пучка, угла и траектории сканирования, чтобы создать персонализированный план лечения.
8. Системы управления и безопасности:
   Весь объект контролируется центральной диспетчерской для обеспечения точности всех параметров и оснащен многочисленными устройствами защитной блокировки, гарантирующими абсолютную безопасность пациентов и персонала.

---

Почему протонная терапия такая дорогая?

Протонная терапия является чрезвычайно дорогой (один сеанс лечения стоит несколько тысяч долларов США, а полный курс лечения может стоить от 100 000 до 500 000 долларов США), в основном по следующим причинам:

1. Высокие затраты на оборудование:
   Аппараты протонной терапии используют передовые технологии физики частиц, а стоимость производства и установки ускорителя, системы доставки пучка и вращающегося гентри чрезвычайно высока (примерно 80–200 миллионов долларов за единицу). Для сравнения, традиционное оборудование для лучевой терапии (например, линейные ускорители) стоит всего 2–5 миллионов долларов.
2. Расходы на инфраструктуру и обслуживание:
   Центры протонной терапии требуют специализированных зданий (например, со слоями радиационной защиты), а для текущего обслуживания требуется команда профессиональных физиков и инженеров, а ежегодные расходы на обслуживание достигают миллионов долларов.
3. Требования к технологиям и человеческим ресурсам:
   Планирование лечения требует привлечения многопрофильной команды (радиоонкологов, медицинских физиков, дозиметристов и т. д.), а технология модуляции протонного пучка сложна, а затраты на обучение высоки.
4. Расходы на исследования, разработки и сертификацию:
   Исследования и разработки новых технологий (например, сканирование карандашным лучом) требуют огромных инвестиций, а строгие процедуры утверждения регулирующими органами в сфере здравоохранения в разных странах еще больше увеличивают расходы.
5. Ограниченный размер рынка:
   По состоянию на 2023 год в мире насчитывалось всего около 100 центров протонной терапии, которые не имели возможности экономить за счет масштаба и распределять затраты.

Сравнение стоимости различных видов лучевой терапии (на примере США)

Тип лечения	Стоимость сеанса лечения (долл. США)	Стоимость полного лечения (долл. США)
Традиционная фотонная лучевая терапия	$500 – $1,000	$10,000 – $30,000
Протонная терапия	$1,000 – $2,500	$30,000 – $150,000
Терапия тяжелыми ионами (ионами углерода)	$1,500 – $3,000	$50,000 – $200,000

Примечание:

1. Разница в стоимости огромна.Фактические расходы значительно варьируются в зависимости от страны, региона, медицинского учреждения, типа опухоли, продолжительности лечения и страхового полиса. В таблице представлен общий диапазон.
2. Полный курс леченияОбычно это относится к полному циклу лечения, который может длиться несколько недель и включать 20–40 процедур.
3. Структура затратВ стоимость входит не только само лечение, но и затраты на предварительное планирование лечения (такое как КТ-симуляция и планирование дозировки), а также навигация по изображениям во время лечения.
4. Углеродно-ионная терапияОн относится к терапии тяжёлыми ионами, которая более совершенна, чем протонная терапия. Стоимость строительства и эксплуатации чрезвычайно высока, а число центров по её применению в мире ещё меньше, поэтому её стоимость, как правило, самая высокая.

Протонная терапия в основном используется для лечения рака и особенно подходит в следующих ситуациях:

Локальный контроль солидных опухолей:

• Опухоли центральной нервной системыПри таких заболеваниях, как глиомы, хордомы и аденомы гипофиза, протонные пучки позволяют избежать повреждения чувствительных нервных тканей.
• Опухоли головы и шеиОн уменьшает повреждение слюнных желез, зрительного нерва и ствола мозга, а также снижает риск ксеростомии и потери зрения.
• Детская онкологияТкани детского организма чувствительны к радиации, а протонная терапия может снизить долгосрочные побочные эффекты, такие как задержка роста и вторичные раковые заболевания.
• рак предстательной железыТочное облучение предстательной железы защищает прямую кишку и мочевой пузырь, снижая риск недержания мочи и сексуальной дисфункции.
• опухоль глаза(например, меланома сосудистой оболочки глаза): протонные пучки могут быть точно направлены на заднюю часть глазного яблока, что позволяет избежать удаления глазного яблока.

Повторное облучение рецидивирующих опухолей:
У пациентов, у которых произошел рецидив после традиционной лучевой терапии, протонная терапия может повторно воздействовать на опухоль, избегая при этом повреждения здоровых тканей.

Опухоли вблизи критических органов:
При опухолях, расположенных вблизи позвоночника, раке печени и раке легких, протонные пучки могут обойти важные структуры, такие как сердце, легкие и спинной мозг.

Глобальное распределение показаний к протонной терапии (данные за 2023 год)

Показания	Процент (%)
рак предстательной железы	25%
Опухоли головы и шеи	20%
Опухоли центральной нервной системы	18%
Детская онкология	15%
рак легких	10%
Другое (например, рак печени и т. д.)	12%

---

Есть ли недостатки?

Несмотря на свои непревзойденные физические преимущества, протонная терапия ни в коем случае не является панацеей. Она имеет ряд существенных недостатков, ограничений и сложностей. Чёткое понимание её недостатков крайне важно при рассмотрении возможности использования протонной терапии.

Экономические издержки чрезвычайно высоки.

Это самый существенный и прямой недостаток протонной терапии.

• Стоимость строительстваСтроительство центра протонной терапии — масштабное мероприятие. Стоимость только закупки оборудования может достигать десятков, а то и сотен миллионов долларов США. Если добавить сюда расходы на специальные здания, защиту, монтаж и ввод в эксплуатацию, общие инвестиции могут легко достичь миллиардов новых тайваньских долларов. Это значительно превышает возможности обычных медицинских учреждений.
• Расходы на эксплуатацию и техническое обслуживаниеСистема потребляет огромное количество энергии и требует для своего обслуживания большой команды специалистов (медицинских физиков, инженеров, техников и врачей). Расходы на ежедневное обслуживание и замену деталей чрезвычайно высоки.
• Расходы на лечениеВысокие затраты в конечном итоге будут переложены на расходы на лечение. Стоимость курса протонной терапии обычно в [сумма отсутствует] раз превышает стоимость традиционной современной фотонной радиотерапии (например, IMRT).в 2-3 раза или даже вышеЭто создает тяжелую нагрузку на отдельных пациентов, систему страхования и ресурсы социального здравоохранения.

Это поднимает глубочайший вопрос медицинской этики и экономики: принесут ли столь огромные инвестиции дополнительную клиническую пользу, соответствующую затратам? Это необходимо проверить посредством дополнительных исследований по анализу экономической эффективности.

Технологическая сложность и неопределенность

1. Более чувствительны к движению органов и ошибкам установки:
   Распределение дозы протонного пучка очень крутое, что является одновременно и преимуществом, и недостатком. Если опухоль...дышать(например, рак легких, рак печени)Перистальтика кишечникаилиПереполнение мочевого пузыряИз-за изменений и смещений первоначально тщательно рассчитанная зона высокой дозы может отклониться от опухоли, и в то же время она может случайно облучить здоровую ткань, находящуюся рядом с ней.
   Таким образом, протонная терапия эффективна дляНавигация на основе изображений (IGRT) иСпортивный менеджментТребования к таким методам, как дыхательная синхронизация и трекинг, гораздо выше, чем к фотонной терапии. Любая незначительная ошибка может привести к неудаче лечения или серьёзным побочным эффектам.
2. Неопределенность диапазона:
   Это представляет собой уникальную физическую проблему в протонной терапии. Расчёт расстояния, проходимого протоном в ткани (дальность), основан на оценке плотности ткани, преобразованной из данных КТ, полученных при планировании лечения, в относительную тормозную способность. Однако этот пересчёт может быть погрешным. Кроме того, количество протонов в организме пациента во время лечения...анатомические изменения(Например, потеря веса, уменьшение или увеличение опухоли, отек или атрофия тканей) — все это может изменить плотность ткани, тем самым влияя на фактический диапазон протонов.
   Если фактический пробег протонов больше запланированного, пик Брэгга окажется ниже ожидаемого, что повреждает критические органы за опухолью; если пробег короче, доза за опухолью может быть недостаточной. При планировании физики должны учитывать эту неопределенность, что в некоторой степени снижает точность протонной терапии.

Размер и доступность оборудования

• Большой следОдин циклотрон или синхротрон может весить сотни тонн, требуя огромных процедурных кабинетов и экранированных пространств. Огромные размеры всего центра препятствуют его широкому внедрению.
• Низкая доступностьИз-за ограничений по стоимости и масштабу число центров протонной терапии ограничено, обычно их всего несколько в одной стране или регионе. Это означает, что большинству пациентов приходится преодолевать большие расстояния или даже преодолевать большие расстояния для лечения, что влечет за собой дополнительные временные и финансовые затраты, а также физические и психологические нагрузки.

Накопление клинических данных еще требует времени.

Хотя физические преимущества протонной терапии неоспоримы, ее главное...Клинические результаты(Такие эффекты, как долгосрочная выживаемость и степень улучшения качества жизни) необходимо подтвердить посредством крупномасштабных долгосрочных рандомизированных контролируемых исследований (РКИ).

• Отсутствие доказательств уровня 1По сравнению с фотонной радиотерапией, которая имеет многолетний опыт применения, протонная терапия по-прежнему не обладает самым высоким уровнем доказательной медицины при лечении некоторых видов рака. Значительная часть данных, подтверждающих её преимущества, получена из ретроспективных или одногрупповых исследований.
• Продолжающиеся исследованияВ настоящее время по всему миру проводятся многочисленные клинические испытания, сравнивающие эффективность протонной и фотонной терапии. Хотя многие результаты показывают, что протонная терапия имеет значительное преимущество в снижении побочных эффектов, доказательства улучшения общей выживаемости не столь убедительны, как доказательства положительного влияния на физическое состояние. Это также одна из причин, по которой страховые компании иногда отказываются выплачивать компенсации.

Не применимо ко всем видам рака

Протонная терапия не является лучшим вариантом для всех видов рака.

• Ограниченная эффективность против распространенного метастатического ракаПри запущенном раке с множественными метастазами по всему телу лечение в основном включает системную медикаментозную терапию (химиотерапию, таргетную терапию, иммунотерапию), а локальная лучевая терапия применяется только в качестве паллиативной помощи. В таких случаях применение дорогостоящей и сложной протонной терапии нецелесообразно; достаточно традиционной лучевой терапии.
• Опасения по поводу некоторых высокоинвазивных опухолейДля опухолей с крайне размытыми границами и высокой инвазивностью свойство резкого спада дозы протонных пучков фактически может стать недостатком, поскольку оно не может гарантировать охват всех потенциальных микропоражений.

Проблема нейтронного загрязнения (в основном связанная с методами рассеяния)

В усыновленииТехнология рассеиванияВ протонной терапии протоны сталкиваются с такими устройствами, как рассеивающая фольга, и производят...нейтронНейтроны — это незаряженные частицы с высокой проникающей способностью, способные вызывать низкодозное облучение всего организма. Теоретически это может немного повысить риск развития у пациента второго первичного рака в будущем. Однако:

• Технология сканирования наконечником луча (PBS)Значительно снижено нейтронное загрязнение за счет устранения рассеивающей фольги.
• Несмотря на это, еще предстоит проанализировать, являются ли риски PBS выше или ниже по сравнению с рисками вторичного рака, связанными с традиционной радиотерапией, но обычно считается, что риски технологии PBS крайне низки.

Подводя итог, можно сказать, что «недостатки» протонной терапии заключаются главным образом в её невероятно высокой стоимости, чрезвычайно высоких технических требованиях и продолжающемся накоплении клинических данных. Это мощный инструмент, требующий осторожного применения, и подходящие пациенты должны тщательно отбираться опытной междисциплинарной командой.

---

Есть ли какая-то польза?

Несмотря на перечисленные выше сложности, преимущества протонной терапии поистине революционны, и во многих конкретных клинических ситуациях её преимущества значительно перевешивают недостатки. Эти преимущества отражаются не только на физических данных, но и на ощутимом улучшении выживаемости пациентов и качества жизни.

Непревзойденные дозиметрические преимущества: краеугольный камень точечных ударов

Как упоминалось ранее, эффект пика Брэгга позволяет протонной терапии достигать распределения дозы, недостижимого в настоящее время ни одной фотонной технологией. Эта способность «точного нацеливания и немедленной остановки» лежит в основе всех последующих клинических преимуществ. Он позволяет идеально облучать опухоли неправильной формы с помощью высокодозной кривой, одновременно снижая дозу облучения близлежащих критически важных органов до крайне низкого уровня.

Значительно снижает побочные эффекты и улучшает качество жизни

Это преимущество пациенты могут оценить напрямую. Поскольку окружающие здоровые ткани лучше защищены, токсичность лечения значительно снижается.

• Рак головы и шеи:
  • Эффективно защищает слюнные железы.Значительно уменьшить сильную сухость во ртуЧастота и выраженность сухости во рту. Сухость во рту не только доставляет дискомфорт, но и может привести к затруднению жевания и глотания, нарушению речи, недоеданию и серьёзному кариесу. Протонная терапия может значительно улучшить психосоматическое состояние пациентов в долгосрочной перспективе после лечения.
  • Он защищает вкусовые рецепторы, органы слуха и глотательные мышцы, снижая риск потери вкуса, потери слуха и затруднения глотания.
• Рак грудной полости (рак легких, рак пищевода, опухоли средостения):
  • Защитите сердце и коронарные артерииСнижает долгосрочный риск возникновения заболеваний сердца, вызванных радиацией (таких как перикардит, фиброз миокарда и ишемическая болезнь сердца).
  • Защитите свои легкиеЗначительно снижает объем и дозу облучения здоровой легочной ткани.Значительно снижает риск лучевого пневмонитаЧастота и тяжесть [заболевания]. Это имеет решающее значение для пациентов с уже имеющимися нарушениями функции лёгких (например, раком лёгких в сочетании с ХОБЛ), чтобы обеспечить им возможность успешного завершения лучевой терапии.
  • Защитите пищеводУменьшает сильную боль и затруднение глотания, вызванные лучевым эзофагитом.
• Рак органов малого таза (рак предстательной железы, рак прямой кишки, рак шейки матки):
  • Защитите мочевой пузырь и прямую кишкуЭто может снизить частоту возникновения лучевого цистита и проктита, а также предотвратить такие проблемы, как гематурия, стул с кровью, тенезмы и недержание мочи.
  • Нервы и кровеносные сосуды, связанные с защитной функциейБольным раком предстательной железы это помогает лучше сохранить сексуальную функцию.
• Системные симптомыВ связи с низкой общей интегрированной дозой пациент испытывает...Усталость, тошнота и другие системные реакцииОни обычно еще и легче.

Улучшить показатели контроля опухолей и потенциал излечения

1. Увеличение дозы:
   Для некоторых опухолей, для которых традиционная лучевая терапия не может обеспечить достаточную дозу облучения из-за ограничений дозы, накладываемых окружающими органами, протонная терапия предлагает возможность «повышения дозы». Например:
   • Хордома, хондросаркомаЭти типы опухолей, устойчивые к традиционной лучевой терапии, располагаются у основания черепа или рядом с позвоночником, вблизи спинного мозга и ствола головного мозга. Протонная терапия позволяет безопасно доставлять более высокие дозы, значительно улучшая показатели локального контроля и вероятность излечения.
   • рак печениПротонная терапия позволяет обеспечить высокоточное облучение опухолей печени высокими дозами (аналогично хирургической резекции), при этом защищая достаточное количество здоровой ткани печени, что приносит пользу пациентам с плохой компенсацией функции печени.
   • Местнораспространенный рак легкихДля преодоления резистентности опухоли можно попробовать использовать более высокие дозы.
2. Синергетический потенциал при использовании в сочетании с другими методами лечения:
   Протонную терапию можно сочетать с химиотерапией, иммунотерапией и другими методами лечения. Благодаря меньшему количеству побочных эффектов пациенты лучше переносят комбинированную терапию и не нуждаются в прерывании или снижении дозы химиотерапии из-за чрезмерной токсичности лучевой терапии, что потенциально позволяет достичь синергетического эффекта «1+1>2». Особенно в сочетании с иммунотерапией, снижение ненужного повреждения иммунных клеток (лимфоцитов) может быть более эффективным для активации системного иммунного ответа.

---

Он занимает незаменимое место в лечении онкологических заболеваний у детей.

• Развивающиеся ткани чрезвычайно чувствительны к радиации.Органы и ткани ребёнка находятся в период быстрого роста и развития. Повреждения, вызванные радиацией, могут привести к серьёзным долгосрочным последствиям, включая пороки развития, задержку роста, интеллектуальные и когнитивные нарушения, а также эндокринные нарушения (такие как задержка роста и бесплодие).
• Высокий риск вторичного ракаУ детей более высокая продолжительность жизни и более активное деление клеток, что значительно повышает риск развития вторичного первичного рака, вызванного радиацией, по сравнению со взрослыми. Протонная терапия, значительно снижая общую интегрированную дозу, может существенно снизить этот риск, обеспечивая здоровье детей на протяжении всей их долгой жизни.
• Типичные примененияДля внутричерепных опухолей (таких как медуллобластома, эпендимома, низкозлокачественная глиома), сарком головы и шеи, нейробластомы и т. д. протонная терапия стала стандартным вариантом лечения в ведущих мировых детских онкологических центрах, стремящихся к максимально нормальному будущему для детей.

---

Лечение ранее трудно поддающихся лечению опухолей

Для опухолей, расположенных вблизи «зоны запрета» для хирургического вмешательства и лучевой терапии, протонная терапия дает новую надежду:

• Опухоли основания черепаОн тесно связан со стволом мозга, зрительным перекрестом, гиппокампом и т. д.
• Внутриглазничная опухольНапример, в случаях увеальной меланомы протонная терапия позволяет вылечить опухоль, сохранив при этом глазное яблоко.
• Паравертебральные и интраспинальные опухолиЛечение следует проводить, избегая риска паралича.
• Центральный рак легкогоОн тесно связан с трахеей, крупными кровеносными сосудами и сердцем.

Потенциальные преимущества социально-экономической эффективности

Хотя само лечение является дорогостоящим, в долгосрочной перспективе оно может иметь социально-экономические преимущества.

• Снизить затраты на лечение осложненийМедицинские расходы на лечение тяжёлых лучевых поражений (таких как сердечно-сосудистые заболевания или вторичный рак) после лечения чрезвычайно высоки. Протонная терапия устраняет эти долгосрочные проблемы в их источнике, потенциально снижая общие расходы пациента на лечение в течение всей жизни.
• Поддержание производительностиУ пациентов наблюдаются менее выраженные побочные эффекты, и они могут быстрее вернуться к нормальной жизни и работе, что снижает потерю социальной продуктивности.

---

Протонная терапия и традиционная фотонная терапия: сравнение основных показателей

Сравнительные показатели	Традиционная фотонная терапия	Протонная терапия
Точность распределения дозы	Умеренная (значительное превышение дозы)	Высокий (с характеристиками пика Брэгга)
Объем здоровой ткани, подвергшейся облучению	Больше	Уменьшить 30-60%
Риски долгосрочных побочных эффектов у детей	Выше	Значительно уменьшено
Время одной обработки	10-20 минут	15-30 минут
Расходы на лечение	Относительно низкий	высокий

Источник данных: Консорциум по корпускулярной терапии (PTCOG), Американское общество клинической онкологии (ASCO) и Nature Reviews Clinical Oncology.
ПримечаниеПриведенная выше информация основана на последнем медицинском консенсусе по состоянию на 2023 год. Конкретные планы лечения должны оцениваться профессиональной медицинской командой.

---

Другие приложения

Протоны имеют широкий спектр применения, охватывающий фундаментальную науку, медицину, энергетику и промышленность. Ниже приведены некоторые из их основных применений:

1. Фундаментальные научные исследования:

• Физика элементарных частицБудучи фундаментальной частицей, протон является важным инструментом для изучения структуры материи и происхождения Вселенной. Например, Большой адронный коллайдер (БАК) использует столкновения протонов для исследования неизвестных явлений, таких как бозон Хиггса и тёмная материя.
• ядерная физикаПротонные пучки используются для изучения механизмов реакций атомных ядер, таких как ядерный синтез и ядерное деление.

2.Энергетический сектор:

• Энергия ядерного синтезаПротоны играют ключевую роль в реакциях ядерного синтеза (например, в реакции синтеза водорода с водородом). Проект Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР) использует реакции с участием протонов для моделирования механизма производства солнечной энергии.
• Топливный элемент с протонообменной мембраной (PEMFC)Используя принцип протонной проводимости, химическая энергия преобразуется в электрическую энергию, которую можно применять в экологически чистом транспорте и устойчивых энергетических системах.

3. Промышленные науки и материаловедение:

• Протонное травлениеВ производстве полупроводников протонные пучки используются для прецизионного травления и модификации материалов.
• Производство нейтроновПротонная бомбардировка мишени может привести к образованию нейтронов, которые можно использовать для экспериментов по рассеянию нейтронов или утилизации ядерных отходов.

---

Будущее развитие и проблемы

Для большинства распространенных видов рака традиционная фотонная радиотерапия является проверенным, эффективным и экономически выгодным основным вариантом.

• Однако для определенных групп пациентов—Особенно дети, пациенты с опухолями вблизи критических органов, пациенты, которым требуется дополнительная лучевая терапия, или пациенты, которым может быть полезно увеличение дозы—Преимущества протонной терапии огромны и незаменимы.Это может вывести соотношение риска и пользы лечения на новый уровень, перейдя от «излечения болезни» к «более эффективному лечению болезни», и в процессе достижения излечения это может значительно улучшить качество жизни пациента в будущем.

В будущем, благодаря технологическим достижениям (таким как более компактная и дешевая технология ускорителей, технология сверхскоростного облучения FLASH, планирование с использованием искусственного интеллекта и навигация по изображениям), постоянному накоплению клинических данных и постепенной оптимизации затрат, ожидается, что протонная терапия принесет пользу большему числу пациентов и в конечном итоге станет одним из незаменимых основных столпов прецизионного лечения рака.

Протонная терапия представляет собой вершину технологий лучевой терапии, предлагая онкологическим больным лучший вариант благодаря своей точности и безопасности. Однако стоимость и доступность остаются основными препятствиями. В будущем, с развитием компактных аппаратов и технологий искусственного интеллекта (таких как сверхпроводящие ускорители и планирование лечения на основе ИИ), ожидается постепенное снижение стоимости, что принесет пользу большему числу пациентов. Одновременно с этим клинические исследования должны продолжать расширять спектр показаний и подтверждать её долгосрочные преимущества посредством рандомизированных контролируемых испытаний.

Дальнейшее чтение:

• Глубокое влияние диабета на мужскую сексуальную функцию
• [Видео/видео] Означает ли низко расположенная грудь обвисание?
• [Видео доступно] Вредное воздействие молочного чая на ваше здоровье
• Какова именно функция предстательной железы у мужчин?