[Зображення доступне] Яке застосування протонної терапії? Чому вона така дорога?

---

Що таке апарат протонної терапії?

Апарат протонної терапії(Апарат протонної терапії) – це тип апарату, який використовує...Протонний пучокПротонний промінь – це передовий медичний пристрій для променевої терапії. Він належить до категорії частинкової терапії, яка точно впливає на ракові клітини та знищує їх, прискорюючи протони до високоенергетичного стану, одночасно максимізуючи захист навколишніх здорових тканин.

Спрощена діаграма структури протон-кварк. Колір кожного окремого кварка можна встановити довільно, але для утворення білого необхідно використовувати та змішувати три різні кольори.

«Апарат протонної терапії» — це не окремий апарат, а надзвичайно складна, масштабна та витончена система. Вона поєднує передові технології з фізики, інженерії, інформатики та медицини, а її основною метою є використання високоенергетичних протонних пучків для точного знищення ракових клітин, одночасно максимізуючи захист навколишніх здорових тканин.

Щоб зрозуміти апарати для протонної терапії, нам потрібно почати з найпростішого пристрою...протон«Почнемо розмову».

Примітка: У материковому Китаї це називається терапією променем частинок.

---

Від атомів до протонів: фундаментальні фізичні концепції

Все у світі складається з атомів. У центрі атома знаходиться...Протон іНейтрон СкладАтомне ядроЗовнішній периметр маєЕлектрон Оточений. Протон несе позитивний заряд в одну одиницю та має масу приблизно в 1836 разів більшу, ніж у електрона, що робить його одним з основних джерел маси в речовині.

У медичних застосуваннях ми відокремлюємо електрон від атома водню (найпростішого атома, що містить лише один протон і один електрон), щоб отримати позитивно заряджені протони. Ці протони, після прискорення через складну систему та надання їм надзвичайно високої енергії, стають потужною зброєю проти раку.

Пік Брегга: Фізичне ядро протонної терапії

Найбільш фундаментальна відмінність між протонною терапією та традиційною фотонною (рентгенівською) променевою терапією полягає у способі вивільнення енергії. Цю різницю можна пояснити ключовим явищем:Празький пік(Пік Брегга).

Діаграма розподілу вивільнення енергії фотонів одноразової дози (зелений), скоригованих протонних пучків (синій) та чистих протонних пучків (червоний) у тканинах

• Традиційна фотонна променева терапія (рентгенівське або гамма-випромінювання):
  Коли фотонний промінь потрапляє в організм людини, його енергія поступово зменшується в міру проникнення вглиб тканини (експоненціальний спад). Найбільша доза зазвичай розподіляється на 1-2 сантиметри нижче шкіри. Це означає, що для того, щоб достатня доза досягла глибокої пухлини, здорові тканини вздовж шляху (точка входу) та тканини позаду пухлини (точка виходу) отримають значну дозу, що спричинить непотрібні пошкодження та побічні ефекти.
• Протонна терапія (протонний пучок):
  Протонні пучки демонструють зовсім інші характеристики. Заряджені протонні частинки, проходячи через тканини, стикаються з електронами в атомах на своєму шляху, поступово втрачаючи енергію. Однак цей процес втрати енергії не є лінійним. Під час проходження пучка…Спочатку втрати енергії мінімальні, а дозування залишається на відносно низькому рівні..
  Коли швидкість протонів певною мірою сповільнюється, ймовірність їхньої взаємодії з речовиною різко зростає.У дуже вузькому діапазоні глибин переважна більшість енергії вивільняється миттєво.Це створює пік дози, який різко зростає, а потім різко падає; це відомо як «пік Брегга». Глибину піку можна точно контролювати, регулюючи початкову енергію протонів, гарантуючи, що він потрапляє точно в місце розташування пухлини.
  Після піку доза майже миттєво падає до нуля, тобтоТканина позаду пухлини майже не отримує дози опромінення..

Пік Брегга:
Протон вивільняє максимальну енергію в кінці свого пробігу, після чого доза різко падає до нуля, і «вихідної дози» немає.

Пояснення до діаграми:

1. Традиційна крива високоенергетичного рентгенівського випромінювання (фотонний пучок) (червона пунктирна лінія):
   • характеристикаДоза є найвищою поблизу поверхні шкіри та поступово зменшується з глибиною після потрапляння в організм.
   • недолікЗдорова тканина позаду пухлини отримує значну кількість «вихідної дози» радіації, тоді як тканина перед пухлиною отримує вищу дозу, ніж сама пухлина.
2. Крива одноенергетичного протонного пучка (синя суцільна лінія) – пік Брегга:
   • характеристикаПротонний пучок вивільняє невелику кількість енергії на ранніх стадіях потрапляння в організм людини. Коли він досягає певної глибини (тобто кінця свого діапазону), він миттєво вивільняє майже всю свою енергію, утворюючи різкий пік дози (пік Брегга). Після цього доза різко падає майже до нуля.
   • перевага:Майже без викидної дозиТканина позаду пухлини добре захищена.
   • викликОдин пік підходить лише для дуже малих пухлин.
3. Крива протонного пучка SOBP (суцільна зелена лінія) – розширений пік Брегга:
   • технологіяШляхом регулювання енергії протонів та накладання кількох піків Брегга різної глибини формується широка, однорідна платформа високої дози, якої достатньо для повного покриття всього об'єму пухлини.
   • Клінічне застосуванняЦе метод, який використовується в реальному лікуванні. Як показано на зображенні, він дозволяє точно концентрувати високі дози в області пухлини (затінена зеленим), водночас значно зменшуючи площу перед пухлиною та...Особливо задня частинаДоза, отримана здоровими тканинами.

---

Що таке протон?

Протон — це фундаментальна частинка в атомному ядрі, що несе позитивний заряд в одну одиницю (+1e), що дорівнює за величиною, але протилежно полярності негативному заряду електрона. Маса протона становить приблизно 1,6726 × 10⁻²⁷ кг, що в 1836 разів більше маси електрона. В атомному ядрі протони та нейтрони разом утворюють нуклони, міцно зв'язані між собою сильною ядерною силою.

Структура та властивості:

• Модель кваркаЗгідно зі Стандартною моделлю фізики елементарних частинок, протон — це складена частинка, що складається з трьох кварків: двох верхніх кварків та одного нижнього кварка, пов'язаних між собою сильною силою взаємодії, що передається через глюони.
• стабільністьПротон є стабільною частинкою, і розпад протона досі не спостерігався в експериментах. Це може бути пов'язано з передбаченнями Теорії Великого Об'єднання, але все ще потрібна подальша перевірка.
• Електромагнітні властивостіПротони позитивно заряджені, тому вони піддаються впливу сил електричних та магнітних полів. Ця властивість застосовується в багатьох наукових і технологічних галузях, таких як протонна променева терапія та прискорювачі частинок.

Історичні відкриття:

• У 1917 році Ернест Резерфорд вперше експериментально підтвердив існування протона. Він використав альфа-частинки для бомбардування ядра азоту та спостерігав вивільнення ядер водню (тобто протонів), тим самим підтвердивши, що протон є фундаментальним компонентом атомного ядра.
• Після 1950-х років, з пропозицією кваркової моделі, внутрішня структура протона поступово розкривалася.

Клінічне застосуванняОдин пік Брегга дуже гострий і може охопити лише невелику ділянку пухлини. Тому під час фактичного лікування техніки об'єднують протонні пучки різної енергії, формуючи розширений пік Брегга (РПБ), який може повністю охопити весь об'єм пухлини, зберігаючи при цьому величезну перевагу «низької вхідної дози та майже нульової вихідної дози».

---

Чому протони такі важливі?

Важливість протона випливає з його унікальних фізичних властивостей та широкого спектру потенційних застосувань:

Медична революція:

• Протонна терапія пропонує онкологічним пацієнтам високоточний варіант лікування з низьким рівнем побічних ефектів і особливо ефективна для дітей та пухлин у чутливих органах. Клінічні дані показують, що протонна терапія може зменшити пошкодження навколишніх тканин більш ніж на 301 TP3T.

Космологія та основи життя:

• Протони є основним компонентом баріонної матерії у Всесвіті. Видима матерія вище 901 TP3T у Всесвіті складається з протонів. Вони є паливом для ядерного синтезу в зірках (таких як Сонце), а також є основою таких елементів, як водень, вуглець та азот, у живих організмах.
• Кислотність або лужність молекул води (H₂O) та органічних сполук пов'язані з міграцією протонів (що визначається pH).

Рушійна сила науки і техніки:

• Дослідження протонів стимулювали розвиток великих наукових і технологічних установок, таких як прискорювачі частинок і ядерні реактори, і сприяли розвитку сучасної фізики.
• У медицині протонна терапія є передовим методом променевої терапії, надаючи онкологічним пацієнтам більш ефективний варіант лікування.

Ключ до енергії та довкілля:

• Якщо енергію ядерного синтезу буде комерціалізовано, це повністю вирішить енергетичну кризу людства, а протони є основою цього процесу.
• Технологія паливних елементів з протонно-обмінною мембраною допомагає зменшити викиди парникових газів та сприяє досягненню цілей вуглецевої нейтральності.

---

Історичний розвиток

Концепція протонної терапії не нова. Історія її розвитку така:

З початку 21 століттяЗ розвитком технологій (особливо широким впровадженням технології сканування пір'ячим променем) та переоцінкою економічної ефективності спостерігається глобальний сплеск будівництва центрів протонної терапії. Станом на 2023 рік у світі працювало понад 100 центрів протонної терапії, переважно розташованих у Сполучених Штатах, Японії, Європі та Китаї. Наразі на Тайвані також є кілька медичних центрів, оснащених установами протонної терапії.

1946 рікфізикРоберт Р. Вілсон Спочатку було запропоновано потенціал протонних пучків у медичних застосуваннях, а також підкреслено чудові характеристики піку Брегга.

1954 рікНаціональна лабораторія Каліфорнійського університету імені Лоуренса в Берклі провела першу у світі протонну терапію для пригнічення функції гіпофіза та лікування метастатичного раку молочної залози.

1960-ті-1980-ті рокиЛікування в основному зосереджено наПрискорювач у фізичній лабораторіїПроцедура виконується на верхній частині ока, в першу чергу спрямована на доброякісні ураження поблизу критичних органів (такі як артеріовенозні мальформації, пухлини гіпофіза тощо) та дрібномасштабні ракові утворення ока (такі як меланома).

1990 рікСШАМедичний центр Університету Лома-Лінда ЗавершеноПерша у світі лікарня, відкритаСтворення центру протонної терапії знаменує офіційний перехід протонної терапії з лабораторії до клінічних лікарень.

---

Значна віха в розвитку протонної терапії

Період часу	Важливі віхи
1946 рік	Роберт Вілсон вперше запропонував ідею використання характеристик піків Брегга протонних пучків для променевої терапії в журналі Radiology.
1954 рік	Радіаційна лабораторія Каліфорнійського університету в Берклі (LBNL) провела перше у світі клінічне застосування протонної терапії, опромінюючи гіпофіз пацієнтки з запущеним раком молочної залози.
1961 рік	Гарвардська циклотронна лабораторія (HCL) почала лікувати випадки, подібні до тих, що були в Берклі, і стала головним центром досліджень протонної терапії в наступні десятиліття.
1970-ті роки	Японія (Національний інститут радіологічних наук, NIRS) та Радянський Союз (Дубенський об'єднаний інститут ядерних досліджень) послідовно розпочали клінічні дослідження протонної терапії.
1988 рік	Управління з контролю за продуктами харчування та лікарськими засобами США (FDA) схвалило протонну терапію як медичний метод лікування.
1990 рік	Медичний центр Університету Лома-Лінда (LLUMC) у Сполучених Штатах відкрив перший у світі спеціалізований центр протонної терапії в лікарні, що ознаменує перехід протонної терапії з лабораторії до лікарняного середовища.
2000-ті роки	Сканування олівцевим променемЦя технологія є зрілою та широко використовується, що дозволяє проводити протонну терапію з модульованою інтенсивністю, що значно підвищує точність лікування. Показання розширилися та включають рак простати, пухлини дитячого віку тощо.
З 2010-х років до теперішнього часу	Компактний апарат для протонної терапіїПоява таких систем, як протонна терапія в одній палаті, значно знизила витрати на будівництво та потреби в просторі. Кількість центрів протонної терапії у світі швидко зросла, перевищивши 100.

---

Навіщо потрібна протонова терапія?

Фундаментальна причина інвестування таких величезних ресурсів у розробку протонної терапії полягає в тому, що ми сподіваємося подолати притаманні обмеження традиційної променевої терапії та досягти вищого терапевтичного індексу, тобто максимізувати ймовірність контролю пухлини (TCP), мінімізуючи ймовірність ускладнень з боку нормальних тканин (NTCP).

Проблеми та обмеження традиційної променевої терапії

Традиційна фотонна променева терапія (така як променева терапія з модульованою інтенсивністю (IMRT) та об'ємна дугово-модульована променева терапія (VMAT)) є технічно дуже просунутою, але її фізичні характеристики диктують їй деякі неминучі недоліки:

1. Висока доза для вживанняДля лікування глибоких пухлин шкіра та поверхневі тканини повинні піддаватися високим дозам опромінення, що може призвести до дерматиту, болю, фіброзу тощо.
2. Експортна дозаФотони можуть проникати в організм людини, і здорові тканини позаду пухлини неминуче будуть опромінені. Це особливо проблематично під час лікування ділянок, заповнених життєво важливими органами, таких як голова та шия, грудна порожнина та таз.
3. Висока інтегрована дозаОскільки доза вивільняється по дорозі, весь організм отримує...Загальна доза опроміненняІнтегральна доза є відносно високою. Хоча доза в одній точці не є високою, опромінення великої площі низькими дозами може збільшити ризик розвитку вторинних ракових захворювань у довгостроковій перспективі, особливо у дітей та молодих пацієнтів.
4. Безпорадний проти певних пухлинДеякі пухлини розташовані поблизу критично чутливих органів, надзвичайно чутливих до радіації (таких як стовбур мозку, зоровий нерв, спинний мозок і серце). Традиційна променева терапія не може ефективно уникнути впливу цих тканин, що призводить до неможливості доставки радикальної дози до пухлини.

---

Правильне лікування захворювань

---

Фізичні та біологічні переваги протонної терапії

Поява протонної терапії була спрямована саме на вирішення вищезазначених проблем:

1. Кращий розподіл дози (фізична перевага):
   Використовуючи характеристики піку Брегга, протонна терапія може досягти «ідеальної конформації» (відмінної конформації) форми пухлини шляхом розміщення області з високою дозою, і таким чином:
   • Значно зменшити вхідну дозуЗвичайні тканини вздовж шляху зазнають менших пошкоджень.
   • Майже нульова вихідна дозаТканина позаду пухлини майже ідеально захищена.
   • Значно зменшити загальну інтегровану дозуЗазвичай це може зменшити загальну дозу опромінення на 50-60 % порівняно з найсучаснішою фотонною променевою терапією.
2. Допустиме збільшення дози (клінічні переваги):
   Оскільки навколишні нормальні тканини краще захищені, лікарМожливе безпечне збільшення дози опромінення пухлини.Це має вирішальне значення для деяких пухлин, які менш чутливі до радіації. Вищі дози означають вищі показники знищення пухлини та рівень локального контролю.
3. Зменшення короткострокових та довгострокових побічних ефектів (користь для пацієнта):
   Покращений розподіл дози безпосередньо призводить до меншої кількості побічних ефектів. Під час лікування пацієнти зазвичай відчувають легші гострі реакції (такі як мукозит, шкірні реакції, нудота та втома), що призводить до підвищення якості життя. Що ще важливіше, це значно зменшує деякі незворотні довгострокові наслідки, такі як:
   • дитинаВін має менший вплив на розвиток тканин та органів (таких як мозок, кістки та залози) та когнітивних функцій, значно знижуючи ризик затримки росту, ендокринних розладів та нейрокогнітивного дефіциту. Водночас він значно знижує ризик розвитку повторного первинного раку, викликаного радіацією.
   • Усі пацієнтиВін може захищати життєво важливі органи, наприклад, зменшуючи пошкодження серця, спричинені променевою терапією раку легенів, та зменшуючи такі симптоми, як сухість у роті, утруднене ковтання та втрата слуху, спричинені променевою терапією раку голови та шиї.
4. Новаторство в нових напрямках лікування:
   Для деяких пухлин, які раніше вважалися «забороненими для опромінення зонами» або мали погані результати лікування, протонна терапія пропонує нові варіанти лікування. Наприклад, рак печінки, центрально розташований рак легенів, рак ока поблизу зорового нерва та паравертебральні саркоми тепер можна лікувати протонною терапією та мати більше шансів на вилікування.

---

Склад системи апарату протонної терапії

Повна система протонної терапії складається переважно з таких основних компонентів:

1. Джерело іонів:
   Це відправна точка всієї системи. Зазвичай вона починається з газоподібного водню, який іонізується за допомогою електричного поля або мікрохвиль для утворення позитивно заряджених іонів водню (тобто протонів).
2. Прискорювач частинок:
   Це серце системи, що відповідає за прискорення протонів приблизно до 601 TP3T (що вимагає приблизно 70-250 МеВ) енергії (швидкість світла). Переважна більшість сучасних центрів протонної терапії використовують цю систему.Циклотрон абоСинхротрон.
   • циклотронВін має відносно компактний розмір і може генерувати безперервний і стабільний протонний пучок. Його перевагами є стабільна робота та відносно просте обслуговування.
   • СинхротронЗазвичай він більший за об'ємом, прискорює протони в "кластерах" і може гнучкіше генерувати протонні пучки різної енергії, але система є складнішою.
3. Система вибору енергії (ESS)(В основному використовується в циклотронах):
   Протони, що виробляються циклотроном, мають фіксовану енергію. Для лікування пухлин на різній глибині потрібна система відбору енергії, що складається з клиноподібних матеріалів, щоб зменшити енергію протонів, тим самим точно контролюючи глибину піку Брегга.
4. Система транспортування балок:
   Це мережа трубок у середовищі високого вакууму, що складається з електромагнітів (відхиляючих магнітів та квадрупольних магнітів). Вона діє як «магістраль», точно спрямовуючи протонні пучки від прискорювача до різних процедурних кабінетів.
5. Кімната для процедур та система доставки променя:
   Протонний пучок зрештою використовується тут для лікування пацієнтів. Він в основному включає два методи:
   • РозсіюванняЦя методика використовує розсіювальну фольгу для розсіювання вузького протонного пучка, розширюючи його до ширшого пучка для покриття пухлини. Це ранній та простіший метод, але він призводить до більшого нейтронного забруднення та пропонує дещо менший захист для навколишніх нормальних тканин порівняно з методами сканування.
   • СкануванняЦе найпопулярніша технологія сьогодні, особливоСканування променем олівця (PBS)Протонний пучок утримується у надзвичайно тонкій формі «кінчика ручки» та спрямовується на цільову ділянку пухлини за допомогою точно контрольованого магнітного поля.Пошарове матричне сканування(Спочатку рухайтеся ліворуч і праворуч, потім вгору і вниз, і нарешті відрегулюйте енергію, щоб змінити глибину). Технологія PBS може цього досягти.Інтенсивно-модульована протонна терапія (IMPT)Це означає, що він може не лише контролювати розподіл дози у тривимірному просторі, але й доставляти різні дози в різні ділянки в межах однієї пухлини. Це найсучасніша та найточніша форма променевої терапії, яку можна описати як «скульптурну» променеву терапію.
6. Променева терапія під візуальним контролем (IGRT):
   Лікувальне ліжко оснащене високоточною комп'ютерною томографією (КТ) або рентгенівською системою візуалізації. Перед кожним лікуванням виконується сканування в режимі реального часу, яке порівнюється із зображеннями в плані лікування. Потім положення пацієнта точно налаштовується, щоб забезпечити точне спрямовання протонного пучка на пухлину з похибкою, що контролюється в межах міліметрів. Це ключова гарантія досягнення прецизійного лікування.
7. Система планування лікування (TPS):
   Це потужна комп'ютерна програмна система. Лікарі та фізики вводять дані КТ, МРТ та інші зображення пацієнта, щоб спільно визначити поширеність пухлини та життєво важливі органи, які потребують захисту. Потім фізик використовує складні алгоритми для розрахунку оптимальної енергії, кута та шляху сканування протонного пучка, щоб створити високоперсоналізований план лікування.
8. Системи управління та безпеки:
   Весь заклад контролюється центральною диспетчерською, щоб забезпечити точність усіх параметрів, і оснащений кількома блокувальними пристроями безпеки, щоб гарантувати абсолютну безпеку пацієнтів та персоналу.

---

Чому протонова терапія така дорога?

Протонна терапія є надзвичайно дорогою (одноразова процедура коштує кілька тисяч доларів США, а повний курс лікування може коштувати від 100 000 до 500 000 доларів США), головним чином з таких причин:

1. Високі витрати на обладнання:
   Апарати для протонної терапії використовують передові технології фізики елементарних частинок, а витрати на виробництво та встановлення прискорювача, системи доставки променя та обертового гантрі надзвичайно високі (приблизно 80-200 мільйонів доларів за одиницю). Натомість традиційне обладнання для променевої терапії (таке як лінійні прискорювачі) коштує лише 2-5 мільйонів доларів.
2. Витрати на інфраструктуру та технічне обслуговування:
   Центри протонної терапії потребують спеціалізованих будівель (таких як шари радіаційного захисту), а планове обслуговування вимагає команди професійних фізиків та інженерів, причому щорічні витрати на обслуговування сягають мільйонів доларів.
3. Вимоги до технологій та людських ресурсів:
   Планування лікування вимагає міждисциплінарної команди (радіаційних онкологів, медичних фізиків, дозиметристів тощо), а технологія модуляції протонного пучка є складною, а витрати на навчання високі.
4. Витрати на дослідження, розробки та сертифікацію:
   Дослідження та розробка нових технологій (таких як сканування олівцевим променем) вимагають величезних інвестицій, а суворі процедури затвердження медичними регуляторами в різних країнах ще більше збільшують витрати.
5. Обмежений розмір ринку:
   Станом на 2023 рік у світі існувало лише близько 100 центрів протонної терапії, яким бракувало економії за рахунок масштабу та можливості розподілити витрати.

Порівняння вартості різних видів променевої терапії (на прикладі Сполучених Штатів)

Тип лікування	Вартість одного сеансу лікування (дол. США)	Вартість повного лікування (дол. США)
Традиційна фотонна променева терапія	$500 – $1,000	$10,000 – $30,000
Протонна терапія	$1,000 – $2,500	$30,000 – $150,000
Терапія важкими іонами (іони вуглецю)	$1,500 – $3,000	$50,000 – $200,000

Примітка:

1. Різниця у вартості величезнаФактична вартість значно варіюється залежно від країни, регіону, медичного закладу, типу пухлини, тривалості лікування та страхового поліса. У цій таблиці наведено загальний діапазон.
2. Повний курс лікуванняЗазвичай це стосується повного циклу лікування, який може тривати кілька тижнів і включати 20-40 процедур.
3. Структура витратВартість включає не лише саме лікування, але й витрати на планування перед лікуванням (наприклад, КТ-симуляція та планування дозування) та навігацію за зображеннями під час лікування.
4. Терапія іонами вуглецюВін належить до терапії важкими іонами, яка є більш просунутою, ніж протонна терапія. Він має надзвичайно високі витрати на будівництво та експлуатацію, а у світі ще менше центрів, тому вартість зазвичай найвища.

Протонна терапія в основному використовується для лікування раку та особливо підходить для таких ситуацій:

Місцевий контроль солідних пухлин:

• Пухлини центральної нервової системиПри таких станах, як гліоми, хордоми та аденоми гіпофіза, протонні пучки можуть уникнути пошкодження чутливих нервових тканин.
• Пухлини голови та шиїЦе зменшує пошкодження слинних залоз, зорового нерва та стовбура мозку, а також знижує ризик ксеростомії та втрати зору.
• Дитяча онкологіяТканини дітей чутливі до радіації, а протонна терапія може зменшити довгострокові побічні ефекти, такі як затримка росту та вторинні ракові захворювання.
• Рак простатиТочне опромінення простати захищає пряму кишку та сечовий міхур, зменшуючи ризик нетримання сечі та сексуальної дисфункції.
• пухлина ока(наприклад, меланома хоріоїдеї): Протонні пучки можуть точно впливати на задню частину очного яблука, уникаючи його видалення.

Повторне опромінення рецидивуючих пухлин:
Для пацієнтів, у яких стався рецидив після отримання звичайної променевої терапії, протонна терапія може перенаправити пухлину, уникаючи пошкодження здорових тканин.

Пухлини поблизу критично важливих органів:
Для пухлин, таких як ті, що розташовані поблизу хребта, рак печінки та рак легень, протонні пучки можуть уникнути важливих структур, таких як серце, легені та спинний мозок.

Глобальний розподіл показань до протонної терапії (дані за 2023 рік)

Показання	Відсоток (%)
Рак простати	25%
Пухлини голови та шиї	20%
Пухлини центральної нервової системи	18%
Дитяча онкологія	15%
рак легень	10%
Інші (наприклад, рак печінки тощо)	12%

---

Чи є якісь недоліки?

Незважаючи на свої неперевершені фізичні переваги, протонна терапія аж ніяк не є панацеєю. Вона має низку суттєвих недоліків, обмежень та проблем. Чітке розуміння її недоліків є важливим при розгляді протонної терапії.

Економічна ціна надзвичайно висока.

Це найсуттєвіший і прямий недолік протонної терапії.

• Витрати на будівництвоБудівництво центру протонної терапії – це масштабне підприємство. Вартість лише придбання обладнання може сягати десятків або навіть сотень мільйонів доларів США. Якщо додати витрати на спеціальні будівлі, екранування, монтаж та введення в експлуатацію, загальні інвестиції можуть легко сягнути мільярдів нових тайванських доларів. Це далеко за межами можливостей звичайних медичних закладів.
• Експлуатаційні витрати та витрати на технічне обслуговуванняСистема споживає величезну кількість енергії та вимагає великої команди професіоналів (медичних фізиків, інженерів, техніків та лікарів) для її обслуговування. Витрати на її щоденне обслуговування та заміну деталей надзвичайно високі.
• Витрати на лікуванняВисокі витрати зрештою будуть перекладені на витрати на лікування. Вартість курсу протонної терапії зазвичай у [відсутня сума] разів вища, ніж у традиційної передової фотонної променевої терапії (наприклад, IMRT).У 2-3 рази або навіть більшеЦе створює важкий тягар для окремих пацієнтів, системи страхування та ресурсів соціальної охорони здоров'я.

Це піднімає глибоке питання медичної етики та економіки: чи принесуть такі величезні інвестиції додаткові клінічні переваги, які відповідають витратам? Це необхідно перевірити за допомогою додаткових досліджень аналізу економічної ефективності.

Технологічна складність та невизначеність

1. Більш чутливий до руху органу та помилок налаштування:
   Розподіл дози протонного пучка дуже крутий, що є одночасно перевагою та недоліком. Якщо пухлина...дихати(наприклад, рак легень, рак печінки)Кишкова перистальтикаабоПереповнення сечового міхураЧерез зміни та зміщення спочатку ретельно розрахована площа високої дози може відхилятися від пухлини, водночас випадково опромінюючи здорові тканини поруч.
   Отже, протонна терапія ефективна дляНавігація на основі зображень (IGRT) іСпортивний менеджментВимоги до таких методів, як респіраторний гейтінг та відстеження, набагато вищі, ніж до фотонної терапії. Будь-яка незначна помилка може призвести до невдалого лікування або серйозних побічних ефектів.
2. Невизначеність діапазону:
   Це створює унікальну фізичну проблему в протонній терапії. Розрахунок відстані, яку протон проходить у тканині (діапазону), базується на оцінці щільності тканини, перетвореній на відносну гальмівну силу, отриману за даними комп'ютерної томографії під час планування лікування. Однак це перетворення може мати похибки. Крім того, кількість протонів в організмі пацієнта під час лікування...анатомічні зміни(Наприклад, втрата ваги, зменшення або збільшення пухлини, набряк або атрофія тканин) – все це може змінювати щільність тканини, впливаючи таким чином на фактичний діапазон протонів.
   Якщо фактичний діапазон протонів довший, ніж запланований, пік Брегга відставатиме від очікуваного діапазону, пошкоджуючи критичні органи позаду пухлини; якщо діапазон коротший, доза позаду пухлини може бути недостатньою. Фізики повинні залишати запас міцності на випадок цієї невизначеності під час планування, що певною мірою зменшує перевагу протонної терапії в точності.

Розмір та доступність обладнання

• Великий розмірОдин циклотрон або синхротрон може важити сотні тонн, що вимагає величезних процедурних кімнат та екранованих просторів. Величезні розміри всього центру перешкоджають його широкому впровадженню.
• Низька доступністьЧерез обмеження у вартості та масштабі кількість центрів протонної терапії обмежена, зазвичай лише кілька в одній країні чи регіоні. Це означає, що більшості пацієнтів доводиться подорожувати на великі відстані або навіть за кордон для лікування, що спричиняє додатковий час, фінансові витрати, а також фізичне та психічне навантаження.

Накопичення клінічних доказів все ще потребує часу.

Хоча фізичні переваги протонної терапії незаперечні, її кінцева...Клінічні результати(Такі ефекти, як довгострокова виживаність та ступінь покращення якості життя) необхідно підтвердити за допомогою масштабних, довгострокових рандомізованих контрольованих досліджень (РКД).

• Відсутність доказів 1 рівняПорівняно з фотонною променевою терапією, яка має накопичений десятиліттями досвіду, протонна терапія все ще не має найвищого рівня доказової медицини для певних видів раку. Значна частина даних, що підтверджують її переваги, отримана з ретроспективних або одногрупових досліджень.
• Поточні дослідженняНаразі численні клінічні випробування по всьому світу порівнюють ефекти протонної та фотонної терапії. Хоча багато результатів показують, що протони мають значну перевагу у зменшенні побічних ефектів, докази покращення загальної виживаності не такі переконливі, як докази фізичної переваги. Це також одна з причин, чому страхові компанії іноді відмовляються виплачувати відшкодування.

Не застосовується до всіх видів раку

Протонна терапія не є найкращим варіантом для всіх видів раку.

• Обмежена ефективність проти поширеного метастатичного ракуДля запущеного раку, який метастазував у численні ділянки тіла, лікування переважно включає системні препарати (хіміотерапію, таргетну терапію, імунотерапію), а місцева променева терапія використовується лише для паліативної допомоги. У таких випадках використання такої дорогої та складної протонної терапії є непотрібним; достатньо звичайної променевої терапії.
• Занепокоєння щодо деяких високоінвазивних пухлинДля пухлин з надзвичайно нечіткими межами та високою інвазивністю властивість різкого падіння дози протонних пучків може фактично стати недоліком, оскільки вона не може гарантувати охоплення всіх потенційних мікроуражень.

Проблема нейтронного забруднення (головним чином пов'язана з методами розсіювання)

В процесі усиновленняТехнологія розсіюванняУ протонній терапії протони стикаються з такими пристроями, як розсіювальні фольги, для створення...нейтронНейтрони – це незаряджені частинки з сильною проникаючою здатністю, здатні викликати низькі дози радіації по всьому тілу. Теоретично це може дещо збільшити ризик розвитку у пацієнта другого первинного раку в майбутньому. Однак:

• Технологія сканування променем наконечника (PBS)Нейтронне забруднення значно зменшилося, оскільки усувається розсіювальна фольга.
• Незважаючи на це, залишається проаналізувати, чи є ризики PBS вищими чи нижчими порівняно з ризиками вторинного раку, пов'язаного з традиційною променевою терапією, але загалом вважається, що ризики технології PBS надзвичайно низькі.

Підсумовуючи, «недоліки» протонної терапії полягають головним чином у її вражаючій вартості, надзвичайно високих технічних вимогах та клінічних доказах, що все ще накопичуються. Це потужний інструмент, який вимагає ретельного використання, а відповідних пацієнтів має ретельно відбирати досвідчена багатопрофільна команда.

---

Чи є якась користь?

Незважаючи на вищезазначені труднощі, переваги протонної терапії є революційними, і в багатьох конкретних клінічних ситуаціях її переваги значно переважають недоліки. Ці переваги відображаються не лише у фізичних даних, але й призводять до відчутного покращення виживання пацієнтів та їхньої якості життя.

Неперевершені дозиметричні переваги: основа точних ударів

Як згадувалося раніше, ефект піку Брегга дозволяє протонній терапії досягати розподілу дози, який наразі недосяжний за допомогою жодної фотонної технології. Ця здатність «точно націлюватися та негайно зупиняти опромінення» є основою всіх наступних клінічних переваг. Вона може ідеально охоплювати пухлини неправильної форми з кривою високої дози, одночасно знижуючи дозу на сусідні критичні органи до надзвичайно низьких рівнів.

Значно зменшує побічні ефекти та покращує якість життя

Це перевага, яку можуть відчути безпосередньо пацієнти. Оскільки навколишні нормальні тканини краще захищені, токсичність лікування значно знижується.

• Рак голови та шиї:
  • Ефективно захищає слинні залози.Значно зменшує сильну сухість у ротіЧастота та тяжкість сухості у роті. Сухість у роті не тільки викликає дискомфорт, але й може призвести до утрудненого жування та ковтання, порушення мовлення, недоїдання та тяжкого карієсу. Протонна терапія може значно покращити довгостроковий психосоматичний стан пацієнтів після лікування.
  • Він захищає смакові рецептори, органи слуху та м’язи ковтання, зменшуючи ризик втрати смаку, втрати слуху та утрудненого ковтання.
• Рак грудної порожнини (рак легень, рак стравоходу, пухлини середостіння):
  • Захистіть серце та коронарні артеріїЗнижує довгостроковий ризик розвитку радіаційно-індукованих серцевих захворювань (таких як перикардит, міокардіальний фіброз та ішемічна хвороба серця).
  • Захистіть свої легеніЗначно зменшує об'єм і дозу опромінення здорової тканини легень.Значно зменшує радіаційний пневмонітЧастота та тяжкість [захворювання]. Це має вирішальне значення для пацієнтів з уже існуючою поганою функцією легень (наприклад, рак легень у поєднанні з ХОЗЛ), щоб вони могли успішно завершити променеву терапію.
  • Захистіть стравохідЗменшує сильний біль та утруднене ковтання, спричинені променевим езофагітом.
• Рак органів малого тазу (рак передміхурової залози, рак прямої кишки, рак шийки матки):
  • Захистіть сечовий міхур і пряму кишкуЦе може зменшити частоту променевого циститу та проктиту, а також уникнути таких проблем, як гематурія, кривавий стілець, тенезми та нетримання сечі.
  • Нерви та кровоносні судини, пов'язані із захисною функцієюДля пацієнтів з раком простати це допомагає краще зберегти сексуальну функцію.
• Системні симптомиЧерез низьку загальну інтегровану дозу пацієнт відчуває...Втома, нудота та інші системні реакціїЗазвичай вони також легші.

Покращення контролю пухлини та потенціалу одужання

1. Ескалація дози:
   Для деяких пухлин, де звичайна променева терапія не може забезпечити достатню дозу опромінення через обмеження дози, що накладаються навколишніми органами, протонна терапія пропонує можливість «підвищення дози». Наприклад:
   • Хордома, хондросаркомаЦі типи пухлин, стійкі до звичайної променевої терапії, розташовані біля основи черепа або поруч із хребтом, близько до спинного мозку та стовбура мозку. Протонна терапія дозволяє безпечно доставляти вищі дози, значно покращуючи локальний контроль та шанси на одужання.
   • рак печінкиПротонна терапія може забезпечити високоточне опромінення пухлин печінки у високих дозах (подібно до хірургічної резекції), захищаючи при цьому достатню кількість здорової тканини печінки, що приносить користь пацієнтам з поганою компенсацією функції печінки.
   • Місцево-поширений рак легенівДля подолання резистентності пухлини можна спробувати застосувати вищі дози.
2. Синергетичний потенціал при використанні в поєднанні з іншими методами лікування:
   Протонну терапію можна поєднувати з хіміотерапією, імунотерапією та іншими методами лікування. Завдяки меншій кількості побічних ефектів, пацієнти краще переносять комбіновану терапію та не потребують переривання або зменшення хіміотерапії через надмірну токсичність променевої терапії, що потенційно дозволяє досягти синергетичного ефекту "1+1>2". Особливо при використанні в поєднанні з імунотерапією, зменшення непотрібного пошкодження імунних клітин (лімфоцитів) може бути більш корисним для активації системної імунної відповіді.

---

Він займає незамінне місце в лікуванні дитячого раку.

• Тканини, що розвиваються, надзвичайно чутливі до радіації.Органи та тканини дітей перебувають у періоді швидкого росту та розвитку. Пошкодження, спричинені радіацією, можуть призвести до серйозних довгострокових наслідків, включаючи деформації розвитку, затримку росту, інтелектуальні та когнітивні порушення, а також ендокринні розлади (такі як затримка росту та безпліддя).
• Високий ризик вторинних раківДіти мають довше життя та активніший поділ клітин, що робить їх набагато більш схильними до розвитку повторного первинного раку, викликаного радіацією, ніж дорослих. Протонна терапія, значно зменшуючи загальну інтегровану дозу, може суттєво зменшити цей ризик, забезпечуючи їхнє здоров'я протягом усього тривалого життя.
• Типові застосуванняДля внутрішньочерепних пухлин (таких як медулобластома, епендимома, низькодиференційована гліома), сарком голови та шиї, нейробластоми тощо протонна терапія стала стандартним варіантом лікування у провідних дитячих онкологічних центрах світу, прагнучи максимально нормального майбутнього для дітей.

---

Лікування пухлин, які раніше важко піддавалися лікуванню

Для пухлин, розташованих поблизу «зони заборони» для хірургічного втручання та променевої терапії, протонна терапія пропонує нову надію:

• Пухлини основи черепаВін тісно пов'язаний зі стовбуром мозку, зоровим перехрещенням, гіпокампом тощо.
• Внутрішньоорбітальна пухлинаНаприклад, у випадках увеальної меланоми протонна терапія може вилікувати пухлину, зберігаючи при цьому очне яблуко.
• Паравертебральні та інтраспінальні пухлиниЛікування слід проводити, уникаючи ризику паралічу.
• Центральний рак легеньВін тісно пов'язаний з трахеєю, основними кровоносними судинами та серцем.

Потенційні переваги соціально-економічної ефективності

Хоча саме лікування є дорогим, воно може мати соціально-економічні переваги в довгостроковій перспективі.

• Зменшити витрати на лікування ускладненьМедичні витрати на лікування тяжких радіаційних уражень (таких як хвороби серця або вторинний рак) після лікування надзвичайно високі. Протонна терапія зменшує ці довгострокові проблеми в їх джерелі, потенційно знижуючи загальні медичні витрати пацієнта протягом усього життя.
• Підтримуйте продуктивністьПацієнти відчувають легші побічні ефекти та можуть швидше повернутися до нормального життя та роботи, зменшуючи втрату соціальної продуктивності.

---

Протонна терапія проти звичайної фотонної терапії: порівняння ключових показників

Порівняльні показники	Традиційна фотонна терапія	Протонна терапія
Точність розподілу дози	Помірний (значне перевищення дози)	Високий (з характеристиками піку Брегга)
Об'єм здорової тканини, що піддалася опроміненню	Більший	Зменшити 30-60%
Ризики довгострокових побічних ефектів у дітей	вище	Значно знижено
Час одноразового лікування	10-20 хвилин	15-30 хвилин
Витрати на лікування	Відносно низький	високий

Джерело данихКонсорціум з частинкової терапії (PTCOG), Американське товариство клінічної онкології (ASCO) та Nature Reviews Clinical Oncology.
ПриміткаВищезазначена інформація базується на останньому медичному консенсусі 2023 року. Конкретні плани лікування повинні бути оцінені професійною медичною командою.

---

Інші програми

Протони мають широкий спектр застосування, що охоплює такі галузі, як фундаментальна наука, медицина, енергетика та промисловість. Нижче наведено деякі з їхніх основних застосувань:

1. Фундаментальні наукові дослідження:

• Фізика елементарних частинокЯк фундаментальна частинка, протон є важливим інструментом для вивчення структури матерії та походження Всесвіту. Наприклад, Великий адронний колайдер (ВАК) використовує зіткнення протонів для дослідження невідомих явищ, таких як бозон Хіггса та темна матерія.
• ядерна фізикаПротонні пучки використовуються для вивчення механізмів реакцій атомних ядер, таких як ядерний синтез та ядерний поділ.

2.Енергетичний сектор:

• Ядерна енергія синтезуПротони є ключовими учасниками реакцій ядерного синтезу (таких як водень-водневий синтез). Проект Міжнародного термоядерного експериментального реактора (ITER) використовує реакції, пов'язані з протонами, для моделювання механізму виробництва сонячної енергії.
• Паливний елемент з протонно-обмінною мембраною (PEMFC)Використовуючи принцип протонної провідності, хімічна енергія перетворюється на електричну, що може бути застосовано в екологічно чистому транспорті та системах сталого розвитку енергії.

3. Промисловість та матеріалознавство:

• Травлення протонним пучкомУ виробництві напівпровідників протонні пучки використовуються для прецизійного травлення та модифікації матеріалів.
• Виробництво нейтронівБомбардування мішені протонами може призвести до утворення нейтронів, які можна використовувати для експериментів з розсіювання нейтронів або утилізації ядерних відходів.

---

Майбутній розвиток та виклики

Для більшості поширених видів раку традиційна фотонна променева терапія є зрілим, ефективним та економічно вигідним методом лікування.

• Однак для певних груп пацієнтів—Особливо діти, пацієнти з пухлинами поблизу критично важливих органів, пацієнти, які потребують подальшої променевої терапії, або пацієнти, яким може бути корисним підвищення дози —Переваги протонної терапії величезні та незамінні.Це може підняти співвідношення ризику та користі лікування на новий рівень, перетворившись з «лікування хвороби» на «краще лікування хвороби», і, прагнучи одужання, це може значною мірою зберегти якість життя пацієнта в майбутньому.

У майбутньому, завдяки технологічному прогресу (такому як більш компактна та дешевша технологія прискорювачів, технологія надшвидкого опромінення FLASH, планування та навігація по зображеннях за допомогою штучного інтелекту), постійному накопиченню клінічних доказів та поступовій оптимізації витрат, очікується, що протонна терапія принесе користь більшій кількості пацієнтів і зрештою стане одним із незамінних основних стовпів прецизійного лікування раку.

Протонна терапія є вершиною технології променевої терапії, пропонуючи онкологічним пацієнтам кращий варіант завдяки своїй точності та безпеці. Однак вартість та доступність залишаються основними перешкодами. У майбутньому, з розвитком компактних апаратів та технологій штучного інтелекту (таких як надпровідні прискорювачі та планування лікування на основі штучного інтелекту), очікується, що витрати поступово знизяться, що принесе користь більшій кількості пацієнтів. Одночасно клінічні дослідження повинні ще більше розширити спектр показань та підтвердити її довгострокові переваги за допомогою рандомізованих контрольованих досліджень.

Додаткова інформація:

• Глибокий вплив діабету на чоловічу статеву функцію
• [Відео/відео] Чи означає низько посаджені груди обвисання?
• [Відео доступне] Шкідливий вплив вживання молочного чаю на ваше здоров'я
• Яка саме функція чоловічої простати?