質(zhì)子和重離子治療及其裝置

內(nèi)容概要

《質(zhì)子和重離子治療及其裝置》介紹質(zhì)子和重離子治療的原理和方法、治療裝置的系統(tǒng)和設(shè)備，以及國(guó)際上質(zhì)子和重離子治療中心的概況；物理概念清晰，內(nèi)容圖文并茂、系統(tǒng)全面；高度概括了世界上質(zhì)子和重離子治療及其裝置研制的最新研究成果、達(dá)到的水平以及發(fā)展趨勢(shì)，信息量豐富。
《質(zhì)子和重離子治療及其裝置》適合從事放射治療的醫(yī)學(xué)界專業(yè)人士或從事治療裝置研制技術(shù)的專業(yè)人士，也適合放療專業(yè)的教師和學(xué)生、醫(yī)療行政管理工作人員和設(shè)備運(yùn)行維修技術(shù)人員使用；對(duì)衛(wèi)生醫(yī)療領(lǐng)域的決策者，甚至對(duì)希望了解最適宜治療方法的癌癥患者，都有重要的參考價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介

劉世耀（1933～），上海人，研究員，加速器工程學(xué)家。1951年畢業(yè)于上海南洋模范中學(xué)。1955年畢業(yè)于清華大學(xué)電機(jī)系。1955～1975年在中國(guó)科學(xué)院原子能研究所從事研究工作。1975～1995年在中國(guó)科學(xué)院高能物理所從事研究工作。歷任束流測(cè)量室副主任、自動(dòng)控制室主任、中國(guó)科學(xué)院高能物理所科學(xué)技術(shù)委員會(huì)副主任和加速器分委員會(huì)主任、北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)副主任、中國(guó)科學(xué)院高能物理所名譽(yù)學(xué)術(shù)委員會(huì)委員等職。曾兼任中國(guó)物理學(xué)會(huì)粒子加速器分會(huì)常務(wù)理事和加速器技術(shù)委員會(huì)主任、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)委員、中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所國(guó)家重離子加速器實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)委員、歐洲物理學(xué)會(huì)會(huì)員、歐洲物理學(xué)會(huì)國(guó)際物理裝備控制學(xué)會(huì)會(huì)員、北京市第八屆政協(xié)委員、北京市社會(huì)科學(xué)院特邀研究員、河南新鄉(xiāng)市科技顧問(wèn)等。1978～1985年先后在日本筑波高能物理所、美國(guó)加利福尼亞大學(xué)Lawrence實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)斯坦福大學(xué)SLAC中心、瑞士歐州核子中心（CERN）任訪問(wèn)教授。1990年受日本文部省邀請(qǐng)赴日本筑波高能物理所工作一年，從事未來(lái)加速器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究。
退休前從事加速器自動(dòng)控制和束流測(cè)量系統(tǒng)科研工作40年，期間，在1980年前負(fù)責(zé)中國(guó)第一臺(tái)直線電子加速器和“核爆炸模擬發(fā)生器”工程項(xiàng)目的自動(dòng)控制和束測(cè)科研工作。兩個(gè)項(xiàng)目都獲1978年科技大會(huì)獎(jiǎng)。1982年后負(fù)責(zé)北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和束流測(cè)量系統(tǒng)研制建造工作，因此項(xiàng)目獲得1990年中國(guó)科學(xué)院科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)和國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)，國(guó)務(wù)院政府特殊津貼和國(guó)務(wù)院總理簽發(fā)的嘉獎(jiǎng)證書。
1998年退休至今參與中國(guó)質(zhì)子治療系統(tǒng)和總體方面工作，先后任北京質(zhì)子科技開發(fā)公司總工程師、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院質(zhì)子治療項(xiàng)目技術(shù)顧問(wèn)、長(zhǎng)安信息（京區(qū)）北京質(zhì)子治療籌建中心首席技術(shù)顧問(wèn)、中國(guó)泰和誠(chéng)醫(yī)療集團(tuán)有限公司的質(zhì)子治療項(xiàng)目顧問(wèn)。1996～2006年先后訪問(wèn)日本三菱公司、日本住友公司、比利時(shí)IBA公司各公司總部，訪問(wèn)美國(guó)、日本、德國(guó)、瑞士的質(zhì)子和重離子治療中心。參與外商談判、考察、籌備建造、業(yè)務(wù)咨詢等工作。2000～2010年在國(guó)內(nèi)有關(guān)期刊上發(fā)表有關(guān)質(zhì)子重離子治療文章20余篇。

書籍目錄

序一序二前言第一部分 基礎(chǔ)和概況第1章 緒言第2章 質(zhì)子和重離子放射治療的歷史回顧2.1 放射治療技術(shù)發(fā)展史2.2 質(zhì)子治療技術(shù)發(fā)展史2.3 重離子治療發(fā)展史2.4 中國(guó)質(zhì)子和重離子治療的發(fā)展經(jīng)歷第3章 質(zhì)子和重離子治療的物理性能和基礎(chǔ)3.1 質(zhì)子治療的物理性能和基礎(chǔ)3.2 重離子治療的物理性能第4章 質(zhì)子和重離子治療的生物性能4.1 離子治療的生物效應(yīng)4.2 相對(duì)生物有效性的一些特點(diǎn)4.3 擴(kuò)展布拉格峰分布質(zhì)子流的相對(duì)生物有效性4.4 輻照使癌細(xì)胞死亡的原因4.5 重離子治療的生物效應(yīng)4.6 擴(kuò)展布拉格峰分布碳離子流的相對(duì)生物有效性4.7 氧增比4.8 治療計(jì)劃中對(duì)RBE的處理方法第5章 質(zhì)子和重離子治療的工作原理5.1 質(zhì)子治療的基本工作原理5.2 重離子治療的工作原理第6章 質(zhì)子和重離子治療的臨床治療參數(shù)6.1 臨床治療參數(shù)6.2 美國(guó)能源部在1993年發(fā)表的質(zhì)子醫(yī)用裝置的臨床治療參數(shù)第7章 質(zhì)子和重離子治療在放射治療中的定位7.1 評(píng)估治療效果的判斷標(biāo)準(zhǔn)7.2 評(píng)估和比較不同粒子治療優(yōu)缺點(diǎn)的判斷標(biāo)準(zhǔn)7.3 質(zhì)子和重離子、X射線、電子在放射治療中的比較7.4 質(zhì)子和碳離子在放射治療中的比較7.5 質(zhì)子和重離子治療發(fā)展的原因和局限性第8章 國(guó)際上對(duì)質(zhì)子和重離子治療的不同看法8.1 歐、美、日、中放療界對(duì)質(zhì)子和重離子治療的看法8.2 美國(guó)官方對(duì)粒子和常規(guī)放療的意見8.3 國(guó)際腫瘤醫(yī)學(xué)界對(duì)質(zhì)子和重離子治療的意見8.4 對(duì)質(zhì)子和重離子治療持懷疑反對(duì)態(tài)度的意見第9章 質(zhì)子和重離子治療腫瘤的適應(yīng)類型9.1 引言9.2 質(zhì)子和重離子治療的腫瘤適應(yīng)類型的分類9.3 治療腫瘤的適應(yīng)性指示9.4 1968~1998年的30年質(zhì)子治療總結(jié)9.5 2001~2009年質(zhì)子治療的腫瘤類型9.6 21世紀(jì)碳離子治療的腫瘤類型9.7 質(zhì)子和重離子治療的腫瘤適應(yīng)患者市場(chǎng)第10章 國(guó)際上質(zhì)子和重離子治療的發(fā)展概況10.1 美國(guó)目前質(zhì)子治療的發(fā)展概況10.2 日本質(zhì)子和重離子治療的發(fā)展概況10.3 歐洲建造重離子治療中心的有關(guān)情況10.4 預(yù)測(cè)今后質(zhì)子和重離子治療裝置的應(yīng)用前景第11章 全球的質(zhì)子和重離子治療中心概況11.1 已停止運(yùn)行的裝置11.2 運(yùn)行中的裝置11.3 正在建造中的專用質(zhì)子和重離子治療中心11.4 新建的中心平均年治療患者數(shù)第12章 全球的質(zhì)子和重離子治療裝置12.1 質(zhì)子和重離子治療裝置分代方法12.2 國(guó)際上運(yùn)行治療的質(zhì)子和重離子治療中心(場(chǎng)所)的分類12.3 世界上正在建造的質(zhì)子和重離子治療中心(場(chǎng)所)的分類12.4 國(guó)際上能提供交鑰匙整體治療系統(tǒng)的供應(yīng)商和類型第一部分參考文獻(xiàn)第二部分 治療裝置和系統(tǒng)第13章 質(zhì)子和重離子治療系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)13.1 質(zhì)子治療系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)13.2 重離子治療系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)第14章 質(zhì)子和重離子的束流產(chǎn)生裝置——加速器14.1 對(duì)質(zhì)子和重離子加速器的要求14.2 質(zhì)子和重離子治療加速器的技術(shù)參數(shù)14.3 質(zhì)子和重離子治療加速器的類型14.4 世界上各治療中心用的同步加速器性能特性14.5 直線加速器14.6 同步加速器14.7 回旋加速器第15章 質(zhì)子能量選擇系統(tǒng)15.1 引言15.2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)15.3 能量選擇和發(fā)射度控制段15.4 束流能量和能散度控制段15.5 運(yùn)用效率第16章 質(zhì)子和重離子治療用的旋轉(zhuǎn)機(jī)架16.1 質(zhì)子治療用的旋轉(zhuǎn)機(jī)架16.2 碳離子治療用的旋轉(zhuǎn)機(jī)架16.3 新型Riesenrad型離子旋轉(zhuǎn)機(jī)架16.4 新型FFAG永磁結(jié)構(gòu)的超輕質(zhì)子旋轉(zhuǎn)機(jī)架16.5 新型IBA的超導(dǎo)碳離子旋轉(zhuǎn)機(jī)架方案16.6 旋轉(zhuǎn)機(jī)架的技術(shù)要求16.7 旋轉(zhuǎn)機(jī)架的類型16.8 等中心旋轉(zhuǎn)機(jī)架的分類16.9 旋轉(zhuǎn)機(jī)架的基本結(jié)構(gòu)16.10 旋轉(zhuǎn)機(jī)架的電子光學(xué)16.11 旋轉(zhuǎn)機(jī)架的控制第17章 束流輸運(yùn)系統(tǒng)17.1 引言17.2 總體安排17.3 固定治療頭的支束線輸運(yùn)線17.4 直線節(jié)周期性輸運(yùn)段17.5 旋轉(zhuǎn)治療頭的支束線輸運(yùn)線第18章 質(zhì)子和重離子治療用的治療頭18.1 引言18.2 束流橫向擴(kuò)展法18.3 散射法治療頭18.4 鉛筆束掃描治療頭18.5 掃描治療中器官的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題18.6 瑞士PSI旋轉(zhuǎn)掃描治療頭的掃描方法18.7 世界各大治療中心所采用的掃描方法18.8 世界各大治療中心所采用的治療頭實(shí)例第19章 質(zhì)子和重離子的精密定位和準(zhǔn)直系統(tǒng)19.1 患者精密定位的內(nèi)容19.2 患者腫瘤固定裝置19.3 患者精密定位椅19.4 患者精密定位床19.5 患者精密準(zhǔn)直系統(tǒng)19.6 數(shù)字化影像定位系統(tǒng)19.7 機(jī)器人患者定位系統(tǒng)19.8 影像引導(dǎo)下的放療定位新技術(shù)19.9 動(dòng)態(tài)適應(yīng)的放療定位新技術(shù)19.10 錐形束CT和四維CT19.11 容積CT掃描第20章 質(zhì)子和重離子的治療計(jì)劃系統(tǒng)20.1 引言20.2 治療計(jì)劃系統(tǒng)的基本功能20.3 治療計(jì)劃系統(tǒng)的基本圖像操作20.4 散射束流場(chǎng)的治療計(jì)劃設(shè)計(jì)工作20.5 掃描調(diào)強(qiáng)治療計(jì)劃設(shè)計(jì)工作20.6 美國(guó)瓦里安公司的EclipseTM治療計(jì)劃系統(tǒng)20.7 國(guó)際醫(yī)科達(dá)公司的XIO治療計(jì)劃系統(tǒng)第21章 質(zhì)子和重離子治療輻射安全系統(tǒng)21.1 引言21.2 安全要求和標(biāo)準(zhǔn)21.3 危險(xiǎn)分析21.4 連鎖分析和其質(zhì)量論證21.5 斷開束流的方法21.6 束流中斷部件21.7 控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)之間的關(guān)系21.8 瑞士PSI的安全系統(tǒng)21.9 比利時(shí)IBA的安全連鎖系統(tǒng)21.10 治療參數(shù)的測(cè)量驗(yàn)證、數(shù)據(jù)庫(kù)和檔案管理系統(tǒng)21.11 水、電、空調(diào)、冷卻水等通用系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性第22章 粒子束流測(cè)量和劑量學(xué)22.1 引言22.2 束流測(cè)量22.3 粒子劑量學(xué)22.4 絕對(duì)測(cè)量吸收劑量方法22.5 劑量的質(zhì)量驗(yàn)證22.6 監(jiān)示單位的計(jì)算第23章 質(zhì)子和重離子治療控制系統(tǒng)23.1 引言23.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的23.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則23.4 控制系統(tǒng)的分系統(tǒng)和控制功能23.5 治療控制硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)23.6 治療控制硬件系統(tǒng)的層次23.7 治療控制軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則23.8 質(zhì)子治療控制軟件系統(tǒng)的層次和對(duì)應(yīng)功能23.9 治療控制軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)第24章 質(zhì)子和重離子治療系統(tǒng)的調(diào)試和驗(yàn)收24.1 引言24.2 驗(yàn)收測(cè)試和調(diào)試的區(qū)別24.3 治療參數(shù)和束流參數(shù)間的關(guān)系24.4 驗(yàn)證系統(tǒng)的任務(wù)和分類24.5 調(diào)試和驗(yàn)收的基本原則24.6 測(cè)試、總調(diào)、驗(yàn)收和質(zhì)量檢驗(yàn)的準(zhǔn)備工作24.7 測(cè)試總調(diào)和質(zhì)量驗(yàn)證的表達(dá)方法第25章 質(zhì)子和重離子治療系統(tǒng)的QA、調(diào)試和驗(yàn)收的實(shí)例25.1 引言25.2 質(zhì)子和重離子放療的QA25.3 美國(guó)M.D.Anderson質(zhì)子治療中心的調(diào)試和QA實(shí)例25.4 美國(guó)Florida質(zhì)子治療中心的調(diào)試和QA實(shí)例25.5 美國(guó)MGH質(zhì)子治療中心NPTC的患者專用裝置和鉛筆掃描調(diào)試實(shí)例25.6 韓國(guó)癌癥中心建成驗(yàn)收實(shí)例第26章 腫瘤信息系統(tǒng)26.1 引言26.2 腫瘤信息系統(tǒng)的發(fā)展歷史26.3 整合型計(jì)算機(jī)化的OIS中的功能件26.4 OIS的效果26.5 國(guó)際Elekta公司的IMPAC's MOSAIQ OIS26.6 美國(guó)Varian公司的ARIA腫瘤信息系統(tǒng)第27章 專用質(zhì)子和重離子治療中心的系統(tǒng)集成和整合27.1 系統(tǒng)集成和整合27.2 系統(tǒng)集成所需的技術(shù)和方法27.3 專用質(zhì)子和重離子治療中心的系統(tǒng)集成27.4 中心系統(tǒng)集成的基本方案27.5 實(shí)施中的難點(diǎn)和關(guān)注點(diǎn)第28章 質(zhì)子和重離子治療裝置的運(yùn)行和維護(hù)28.1 引言28.2 裝置的治療控制系統(tǒng)的運(yùn)行模式28.3 不同職員的控制權(quán)限28.4 患者定位裝置的機(jī)械運(yùn)動(dòng)和操作28.5 質(zhì)子和重離子的治療輻照流程28.6 如何進(jìn)行運(yùn)行和維護(hù)28.7 治療中心的人員編制第二部分參考文獻(xiàn)第三部分 專用質(zhì)子和重離子治療中心第29章 美國(guó)和加拿大的質(zhì)子治療中心29.1 美國(guó)Loma Linda大學(xué)專用質(zhì)子治療中心29.2 美國(guó)M.D.Anderson質(zhì)子治療中心29.3 美國(guó)Florida質(zhì)子治療中心29.4 美國(guó)費(fèi)城大學(xué)Roberts質(zhì)子治療中心29.5 美國(guó)中西部質(zhì)子放療研究所29.6 美國(guó)ProCure質(zhì)子治療中心29.7 美國(guó)麻省總醫(yī)院Francis H.Burr質(zhì)子治療中心29.8 美國(guó)北Illinois質(zhì)子治療和研究中心29.9 美國(guó)Hampton大學(xué)質(zhì)子治療研究所29.10 加拿大TRIUMF癌癥治療中心第30章 日本專用質(zhì)子和重離子治療中心30.1 日本重離子醫(yī)用加速器中心30.2 日本兵庫(kù)重離子醫(yī)學(xué)中心30.3 日本群馬重離子治療中心30.4 日本筑波大學(xué)質(zhì)子醫(yī)學(xué)研究中心30.5 日本若狹彎WERC的質(zhì)子治療中心30.6 日本南東北質(zhì)子治療中心30.7 日本松元相澤醫(yī)院質(zhì)子治療中心第31章 德國(guó)和歐洲其他國(guó)家的質(zhì)子和重離子治療中心31.1 德國(guó)慕尼黑的Rinecker質(zhì)子治療中心31.2 德國(guó)海德堡重離子治療中心31.3 瑞士PSI質(zhì)子治療中心31.4 德國(guó)GSI重粒子物理研究所31.5 奧地利離子治療和研究中心31.6 捷克布拉格質(zhì)子治療中心31.7 意大利輕離子治療中心第32章 中國(guó)質(zhì)子和重離子治療中心與韓國(guó)國(guó)家癌癥中心32.1 中國(guó)淄博萬(wàn)杰醫(yī)院博拉格質(zhì)子治療中心32.2 中國(guó)北京質(zhì)子醫(yī)療中心32.3 中國(guó)蘭州重離子治癌中心32.4 中國(guó)上海市質(zhì)子重離子醫(yī)院32.5 中國(guó)臺(tái)灣長(zhǎng)庚醫(yī)院質(zhì)子暨放射治療中心32.6 中國(guó)臺(tái)灣臺(tái)大醫(yī)院質(zhì)子治療中心32.7 中國(guó)香港養(yǎng)和醫(yī)院質(zhì)子治療中心32.8 韓國(guó)國(guó)家癌癥中心第33章 下一代緊湊型質(zhì)子治療裝置33.1 引言33.2 美國(guó)MEVION S250(Monarch 250TM PBRT)緊湊型質(zhì)子治療裝置33.3 美國(guó)介質(zhì)壁型加速器小型質(zhì)子治療裝置33.4 激光加速器型質(zhì)子治療裝置33.5 美國(guó)ProTom Radiance 330TM緊湊型質(zhì)子治療裝置33.6 分布式質(zhì)子放射治療第34章 研制中的新型離子治療方案34.1 美國(guó)BNL的快周期RCS方案34.2 醫(yī)用粒子加速器的PAMELA方案34.3 意大利TERA的Cyclinac方案34.4 圖像引導(dǎo)的直線強(qiáng)子治療方案34.5 日本PMRC的激光治療方案第三部分參考文獻(xiàn)第四部分 治療中心的設(shè)計(jì)和建造第35章 治療中心的設(shè)計(jì)35.1 治療中心的類型35.2 治療中心的設(shè)備和面積35.3 資金和使用35.4 患者和工作人員的流向第36章 建造的階段、要點(diǎn)、設(shè)備選型和談判36.1 建造的工作內(nèi)容和階段36.2 籌建治療中心的有關(guān)要點(diǎn)36.3 選擇治療裝備的類型36.4 外商談判的項(xiàng)目?jī)?nèi)容和方法第37章 治療中心的建筑37.1 引言37.2 建筑要求37.3 輻射安全措施37.4 節(jié)能措施37.5 通用設(shè)備第38章 建筑的輻射屏蔽38.1 屏蔽的基本原理38.2 束流損失和輻射源38.3 輻射區(qū)的分類和劑量限值38.4 屏蔽材料38.5 迷宮和穿透管道第39章 環(huán)境保護(hù)安全39.1 概述39.2 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的輻射和有害物質(zhì)39.3 質(zhì)子束流損失及中子產(chǎn)額39.4 進(jìn)入天空的中子源強(qiáng)39.5 氣載放射性流出物排放量39.6 放射性固體廢物和加速器結(jié)構(gòu)材料的活化39.7 土壤和地下水的活化39.8 電磁輻射和噪聲39.9 可能發(fā)生對(duì)環(huán)境影響的事故第40章 場(chǎng)所和環(huán)境的監(jiān)測(cè)40.1 加速器的輻射場(chǎng)及對(duì)監(jiān)測(cè)器的要求40.2 輻射監(jiān)測(cè)器布點(diǎn)的選擇40.3 (區(qū)域)高輻射水平中子和γ射線監(jiān)測(cè)器40.4 (環(huán)境)低輻射水平中子和γ射線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)40.5 ANM型高靈敏度中子探測(cè)器40.6 AGM型區(qū)域γ射線監(jiān)測(cè)器40.7 數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)第四部分參考文獻(xiàn)附錄一 “2000~2011年質(zhì)子和重離子治療與其裝置論文集”的目錄附錄二 作者簡(jiǎn)介附錄三 媒體對(duì)作者工作的評(píng)論

章節(jié)摘錄

第1章 緒言人類進(jìn)入知識(shí)創(chuàng)新的21世紀(jì)，一系列新技術(shù)、新方法和新設(shè)備正在沖擊著社會(huì)生活的方方面面，也沖擊著醫(yī)學(xué)各領(lǐng)域，尤其是利用新技術(shù)、新方法和新設(shè)備治療對(duì)人類生命威脅最嚴(yán)重的惡性腫瘤，不僅是廣大醫(yī)務(wù)人員關(guān)心的，更是眾多腫瘤患者所期望的。百年來(lái)手術(shù)是公認(rèn)的首選腫瘤治療法。此外，腫瘤醫(yī)務(wù)界嘗試用冷凍、高溫、超聲、微波、激光、X射線、γ射線①，直到各種放射粒子，如電子、質(zhì)子、中子、負(fù)π粒子、重離子等來(lái)治療癌癥。至今治療腫瘤的方法，基本上仍是手術(shù)、放療與化療三種。彼此既相互獨(dú)立又互補(bǔ)兼容。當(dāng)前世界各地，估計(jì)70%的腫瘤患者，不論手術(shù)與否，都要采用放療。中國(guó)特有的中藥治療腫瘤，近年來(lái)有所進(jìn)展，報(bào)道中也不乏特效病例，但離科學(xué)化、系統(tǒng)化、現(xiàn)代理論與實(shí)踐的統(tǒng)一研究還有很大距離。神奇的基因癌癥治療近年來(lái)在理論上有所突破，有些學(xué)者也抱樂(lè)觀態(tài)度，而要將其變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)并推廣使用還有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，因此預(yù)測(cè)在今后幾十年間，放射治療還將是治療腫瘤的最主要方法之一。理想的放射治療是殺死腫瘤中的全部癌細(xì)胞，而不傷害患者的正常細(xì)胞?，F(xiàn)實(shí)中這是不可能實(shí)現(xiàn)的。因此，人們將放射治療的最終準(zhǔn)則定為“實(shí)現(xiàn)最大的腫瘤控制概率和最小的正常組織損傷率”，并千方百計(jì)地接近理想目標(biāo)。放射治療的精確度和療效主要由下列因素決定：治療放射粒子的類型、射線和病灶靶區(qū)間的定位方法、射線和靶區(qū)相互作用的治療原則、治療計(jì)劃、劑量計(jì)算、病灶診斷等。此外，還涉及一系列治療難題，如診斷和治療之間的實(shí)時(shí)性、照射靶區(qū)和腫瘤體積自身變化之間的實(shí)時(shí)同步性、旋轉(zhuǎn)束流等中心點(diǎn)的精確定位誤差、束流中心本身的穩(wěn)定度等。因此，放射治療是一項(xiàng)多學(xué)科、十分復(fù)雜的高科技工程。如果人們能克服并解決上述一系列難點(diǎn)，真正做到接近理想的適形治療，一定能大大提高腫瘤患者的生存率，提高患者治療后的生活質(zhì)量。在上述許多影響放射成效的因素中，放射用的粒子類型更為重要。回顧半個(gè)世紀(jì)放射治療的歷史，當(dāng)前放療中的立體精確定向、調(diào)強(qiáng)放療等先進(jìn)技術(shù)已獲得相當(dāng)高的水平。要進(jìn)一步提高放療的療效，必須對(duì)有關(guān)方面的技術(shù)作進(jìn)一步的研究改進(jìn)。其中放射粒子的類型對(duì)放療成效有重要意義。在諸多放射治療類型中，常用的X射線與電子的物理劑量分布和生物效應(yīng)都在不同程度上使被照射腫瘤的前后正常細(xì)胞受到傷害，劑量的有效利用率也低；中子和負(fù)π粒子的生物效應(yīng)雖好，但物理劑量分布不好，給正常組織帶來(lái)太大的損害，都不是理想的治療射線。質(zhì)子在人體中的能量衰減開始時(shí)慢，后又快速上升，形成一個(gè)峰值后，又急速下降到零（通常稱此為布拉格峰），布拉格峰劑量分布的優(yōu)良特點(diǎn)促使質(zhì)子治療有很大的發(fā)展。質(zhì)子治療時(shí)將峰值部分對(duì)準(zhǔn)腫瘤病灶處，腫瘤處受到最大的照射劑量，腫瘤前的正常細(xì)胞通常只受到1/3～1/2的峰值劑量，腫瘤后部的正常細(xì)胞基本上未受傷害。從質(zhì)子內(nèi)含的物理特性就能斷定質(zhì)子治療要比電子、X射線治療要好。何況隨著當(dāng)今的質(zhì)子治療技術(shù)的發(fā)展與完善，可變光闌準(zhǔn)直器與專用補(bǔ)償器等的適形治療和鉛筆束掃描治療法的使用，已能將質(zhì)子控制得像“量體裁衣”一樣精確地消滅癌細(xì)胞分布而不傷及正常細(xì)胞的程度。近幾十年來(lái)，質(zhì)子治療的臨床成就已使全世界醫(yī)學(xué)界一致公認(rèn)質(zhì)子治療比目前所用的X射線、γ射線與電子治療要優(yōu)越得多。重離子腫瘤治療在原理上其物理和生物效應(yīng)優(yōu)于質(zhì)子。2002年前因缺乏臨床實(shí)驗(yàn)，故沒(méi)有提上日程。2003年日本HIMAC（千葉縣重離子醫(yī)用加速器中心）和德國(guó)GSI（德國(guó)亥姆霍茲重離子研究中心，也稱德國(guó)重離子物理研究所）正式公布碳離子治療的成功事例后，其優(yōu)良的生物效應(yīng)，特別是治療抗阻型和乏氧型腫瘤的優(yōu)良療效，引起國(guó)內(nèi)外許多放療專家和投資者的興趣。其中，日本和歐洲的重離子治療有取代質(zhì)子治療之勢(shì)。但是重離子治療本身也有內(nèi)在的缺點(diǎn)：分裂效應(yīng)、冷點(diǎn)和后效應(yīng)。治療事例太少和治療費(fèi)用昂貴，促使一些國(guó)家對(duì)重離子治療有所保留，例如美國(guó)只有發(fā)展質(zhì)子治療的戰(zhàn)略方針?？傮w來(lái)說(shuō)，由于重離子建造價(jià)格過(guò)于昂貴，難以推廣，估計(jì)在今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，質(zhì)子和重離子治療各自存在并相互補(bǔ)充，質(zhì)子治療不可能被重離子治療取代，仍然是現(xiàn)實(shí)的先進(jìn)的腫瘤治療方法。本書共分四個(gè)部分。第一部分是質(zhì)子和重離子治療的基礎(chǔ)和概況，對(duì)質(zhì)子和重離子治療作一個(gè)全方位的介紹，使讀者對(duì)質(zhì)子和重離子治療有一個(gè)全面的、基本的認(rèn)識(shí)，為閱讀全書做基礎(chǔ)知識(shí)準(zhǔn)備。這部分共有12章：緒言；質(zhì)子和重離子放射治療的歷史回顧；質(zhì)子和重離子治療的物理性能和基礎(chǔ)；質(zhì)子和重離子治療的生物性能；質(zhì)子和重離子治療的工作原理；質(zhì)子和重離子治療的臨床治療參數(shù)；質(zhì)子和重離子治療在放射治療中的定位；國(guó)際上對(duì)質(zhì)子和重離子治療的不同看法；質(zhì)子和重離子治療腫瘤的適應(yīng)類型；國(guó)際上質(zhì)子和重離子治療的發(fā)展概況；全球的質(zhì)子和重離子治療中心概況；全球的質(zhì)子和重離子治療裝置。第二部分是質(zhì)子和重離子治療裝置和系統(tǒng)，詳細(xì)介紹質(zhì)子和重離子治療裝置、系統(tǒng)部件裝備和分系統(tǒng)，使讀者對(duì)質(zhì)子和重離子治療裝置與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理有一個(gè)基本了解。這部分共有16章：質(zhì)子和重離子治療系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；質(zhì)子和重離子的束流產(chǎn)生裝置――加速器；質(zhì)子能量選擇系統(tǒng)；質(zhì)子和重離子治療用的旋轉(zhuǎn)機(jī)架；束流輸運(yùn)系統(tǒng)；質(zhì)子和重離子治療用的治療頭；質(zhì)子和重離子的精密定位和準(zhǔn)直系統(tǒng)；質(zhì)子和重離子的治療計(jì)劃系統(tǒng)；質(zhì)子和重離子治療輻射安全系統(tǒng)；粒子束流測(cè)量和劑量學(xué)；質(zhì)子和重離子治療控制系統(tǒng)；質(zhì)子和重離子治療系統(tǒng)的調(diào)試和驗(yàn)收；質(zhì)子和重離子治療系統(tǒng)的QA、調(diào)試和驗(yàn)收的實(shí)例；腫瘤信息系統(tǒng)；專用質(zhì)子和重離子治療中心的系統(tǒng)集成和整合和質(zhì)子；重離子治療裝置的運(yùn)行和維護(hù)。第三部分是描述專用質(zhì)子和重離子治療中心，重點(diǎn)介紹國(guó)際上有代表性的、著名的專用質(zhì)子和重離子治療中心，最后再介紹當(dāng)前正在研制的下一代用的小型質(zhì)子治療裝置。該部分共有6章：美國(guó)和加拿大的質(zhì)子治療中心；日本專用質(zhì)子和重離子治療中心；德國(guó)和歐洲其他國(guó)家的質(zhì)子和重離子治療中心；中國(guó)質(zhì)子和重離子治療中心與韓國(guó)國(guó)家癌癥中心；下一代緊湊型質(zhì)子治療裝置；研制中的新型離子治療方案。第四部分是治療中心的設(shè)計(jì)和建造，分別描述治療中心的有關(guān)設(shè)計(jì)、籌建和建造的工作內(nèi)容，如籌建治療中心的有關(guān)要點(diǎn)、選擇質(zhì)子治療裝備的類型、外商談判的項(xiàng)目?jī)?nèi)容和方法、建造中心建筑的基本要求、建筑的輻射屏蔽、環(huán)境保護(hù)安全和場(chǎng)所環(huán)境的監(jiān)測(cè)，以及如何建造安裝質(zhì)子和重離子治療裝備的專用建筑和為該裝備提供水、電、氣等的通用設(shè)備。該部分共有6章：治療中心的設(shè)計(jì)；建造的階段、要點(diǎn)、設(shè)備選型和談判；治療中心的建筑；建筑的輻射屏蔽；環(huán)境保護(hù)安全；場(chǎng)所和環(huán)境的監(jiān)測(cè)。第2章 質(zhì)子和重離子放射治療的歷史回顧質(zhì)子放射治療是諸多放射治療中的一種治療方法，既是放射治療歷史發(fā)展的產(chǎn)物，也是質(zhì)子治療本身發(fā)展的產(chǎn)物。當(dāng)前質(zhì)子治療采用的先進(jìn)技術(shù)，如立體定位、射線影像學(xué)、調(diào)強(qiáng)放療等都源自放射治療本身的需求；而質(zhì)子治療自身的特殊性也促進(jìn)它本身技術(shù)的發(fā)展。這兩種因素相互促進(jìn)，形成了當(dāng)前質(zhì)子治療的成就。2.1 放射治療技術(shù)發(fā)展史半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，放射治療技術(shù)的發(fā)展主要是沿著下面兩條路線來(lái)進(jìn)行的。一條是選用治療的輻射類型，進(jìn)行X射線、電子、中子、負(fù)π介子、質(zhì)子、氦和碳離子的臨床放療試驗(yàn)，形成了當(dāng)前的放療評(píng)價(jià)：對(duì)X射線和電子的放療方法給予充分肯定，至今仍在使用；在特殊治療領(lǐng)域保留了中子治療，否定了負(fù)π介子治療；在20世紀(jì)90年代肯定了質(zhì)子治療的優(yōu)點(diǎn)和成熟性；2003年后肯定了重離子治療的優(yōu)秀性[1]。另一條路線是沿著射線和腫瘤靶區(qū)相互間的定位方法和治療原則來(lái)進(jìn)行的。1951年L.Lekell提出的“立體定向放射手術(shù)”（SRS）概念，后來(lái)又發(fā)展為“立體定向放射治療”（SRT）的方法。在用SRT時(shí)，腫瘤四周的正常組織不可避免地受到相當(dāng)?shù)恼丈淞?。為盡可能減少這種腫瘤四周正常組織受到的照射量，人們?cè)赟RT基礎(chǔ)上，再用可變準(zhǔn)直光柵和患者補(bǔ)償器等輔助裝備，使照射的劑量體積形狀盡可能與腫瘤的體積形狀相同，二者相互“適形”，形成了目前質(zhì)子治療中常用的先進(jìn)“適形放射治療”的技術(shù)基礎(chǔ)。隨后，從20世紀(jì)90年代至今廣泛應(yīng)用的一種用三維放射治療計(jì)劃系統(tǒng)（3D-TPS），設(shè)計(jì)非共面不規(guī)則野分次照射的三維適形放射治療（3D-CRT）、調(diào)強(qiáng)治療（IMRT）和影像引導(dǎo)下放療定位（IGRT）、動(dòng)態(tài)適應(yīng)放療（DART）等放療新技術(shù)，以及錐形束CT（CBCT）、容積CT（volume CT）掃描等診斷新技術(shù)。這樣用3D-CRT、IMRT，特別是IGRT和DART的放療方法可以對(duì)運(yùn)動(dòng)中的病灶給予優(yōu)化的、隨時(shí)間變化的四維劑量分布，減少因病灶運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的治療誤差，使正常組織和敏感部位受到的損害比適形治療的損害還小，大大提高控制率，減少副作用，改善患者治療后的生活質(zhì)量，獲得更佳的療效，成為目前國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的放療方法之一。計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)和圖像處理軟件、影像診斷儀器等的高度發(fā)展形成了當(dāng)前的先進(jìn)質(zhì)子和重離子治療。2.2 質(zhì)子治療技術(shù)發(fā)展史1946年以來(lái)的質(zhì)子放射治療歷史基本上可分為三個(gè)階段[2]，即1946～1985年研究開發(fā)階段、1985～1998年應(yīng)用與發(fā)展階段、1998年以后推廣與市場(chǎng)開發(fā)階段。2.2.1 1946～1985年研究開發(fā)階段1946年美國(guó)R.Wilson在Radiology雜志上發(fā)表論文，提出用質(zhì)子治療腫瘤的建議。他指出質(zhì)子具有以下三個(gè)內(nèi)在的物理性能。①質(zhì)子布拉格峰（Bragg峰）在射程終點(diǎn)處的劑量值比入口處的劑量值大三四倍，在射程終點(diǎn)后的劑量等于零。此特點(diǎn)用于治療腫瘤，使腫瘤處的劑量為最大值，得到最大的治療效果，腫瘤后的正常細(xì)胞不受損傷。腫瘤前部的正常細(xì)胞僅受到1/3左右的較小損害的腫瘤劑量值。②單一能量的質(zhì)子流在相同的射程（深度）傳遞最大劑量值，不同深度的腫瘤可用不同能量質(zhì)子來(lái)照射治療，固定深度的腫瘤可用單一能量質(zhì)子進(jìn)行若干次的照射。③質(zhì)子在傳輸時(shí)，其前進(jìn)軌道不會(huì)偏離直線軌跡太遠(yuǎn)。質(zhì)子具有相對(duì)較小的散射與本底，使照射野邊緣比較清晰分明，陰影小，能治療距離敏感器官很近的腫瘤。R.Wilson在文中認(rèn)為上述三種物理性能有利于治療腫瘤，首先提出用質(zhì)子來(lái)治療腫瘤的建議。1946 年后，國(guó)際上具備質(zhì)子束流條件的物理實(shí)驗(yàn)室，都向此方向進(jìn)行探究。為了將建議轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，必須著重研究解決一系列專門的治療技術(shù)。例如，如何將直徑較小的質(zhì)子束流擴(kuò)展成與治療腫瘤尺寸相一致的均勻劑量，如何在治療時(shí)將質(zhì)子束流正確地定位在患者的病灶處，如何使質(zhì)子布拉格峰擴(kuò)展成能適應(yīng)治療腫瘤的厚度，如何使質(zhì)子束流的橫向尺寸與縱向射程寬度既能有恰當(dāng)均勻的劑量率、又能剛好與被照射腫瘤的三維尺寸相一致，以及其他有關(guān)生物效應(yīng)、劑量計(jì)算法、劑量測(cè)量等研究工作。1950～1960年研究工作主要集中在下述五個(gè)既有現(xiàn)成的高能質(zhì)子束、又有興趣從事質(zhì)子治療的研究室（所），即美國(guó)加利福尼亞大學(xué)勞倫斯-伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Berkeley National Laboratory），美國(guó)哈佛大學(xué)回旋加速器實(shí)驗(yàn)室（Cyclotron Laboratory，Harvard University，HCL），瑞典烏普薩拉大學(xué)（Uppsala University） Gustaf Werner研究所，蘇聯(lián)莫斯科理論與實(shí)驗(yàn)物理研究所（Institute of Theoretical and Experimental Physics，ITEP）與蘇聯(lián)杜布納聯(lián)合核子研究所（ОбЬединный Инстут Ядерных Исследований，Дубна）。美國(guó)勞倫斯-伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在1948年由J.H.Lawrence利用104in①回旋加速器上的340MeV質(zhì)子流和910MeV氦離子首先進(jìn)行質(zhì)子流的生物與醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究工作。1954年C.A.Tobias等進(jìn)行世界上第一例質(zhì)子治療，使用了交叉穿透照射技術(shù)來(lái)照射腦垂體，達(dá)到抑制其激素分泌來(lái)治療乳腺轉(zhuǎn)移癌的目的。勞倫斯-伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在1954～1957年用質(zhì)子治療了30多名患者；截至1985年，用氦離子總共治療了1600多名患者。美國(guó)波士頓的哈佛大學(xué)在1959后由W.H.Sweat和A.M.Koebler合作，用哈佛大學(xué)回旋加速器實(shí)驗(yàn)室（HCL）的160MeV質(zhì)子束流進(jìn)行了質(zhì)子治療研究。后來(lái)哈佛又與美國(guó)馬薩諸塞總醫(yī)院（Massachusetts General Hospital，MGH）合作做質(zhì)子臨床治療工作。1961年R.N.Kjellbery用HCL的質(zhì)子流進(jìn)行質(zhì)子治療腦垂體有關(guān)的疾病，如肢端肥大癥、糖尿病引發(fā)的視網(wǎng)膜病、Cushing綜合征（是指各種病因造成腎上腺分泌過(guò)多糖皮質(zhì)激素，主要是皮質(zhì)醇所致病癥的總稱）等。到1992年為止，他們共治療了582名肢端肥大癥患者并取得良好療效。1965年R。N。Kjellbery又用質(zhì)子布拉格峰放射手術(shù)治療動(dòng)靜脈畸形，到1992年共治療1351名患者。1975年MGH與HCL合作用質(zhì)子對(duì)眼黑色素瘤治療，患者在八九天內(nèi)接受5次治療，平均總劑量為70～80Gy，5年局部控制率為96%，大部分患者都能保持視力。截至1992年，已治愈1600多名患者。質(zhì)子治療眼黑色素瘤是質(zhì)子治療最成功的表現(xiàn)，也是質(zhì)子治療優(yōu)越性最突出的表現(xiàn)。1961～1999年12月底統(tǒng)計(jì)MGH與HCL總共治療了8372個(gè)患者，占當(dāng)時(shí)國(guó)際上質(zhì)子治療總?cè)藬?shù)的1/3左右，因此MGH與HCL在全世界質(zhì)子治療工作中作出了杰出貢獻(xiàn)，具有很高的學(xué)術(shù)地位。MGH所研究使用的質(zhì)子治療計(jì)劃系統(tǒng)曾為全世界廣泛使用與參考。MGH在1970～1990年治療規(guī)模已有相當(dāng)水平，最高曾達(dá)每年治療500名患者。瑞典Gustaf Werner研究所在1955年由B.Larsson領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)研究組開始研究質(zhì)子治療工作。1959年用該研究所的185MeV回旋加速器治療第一個(gè)患者。該大學(xué)對(duì)質(zhì)子治療作出了多方面貢獻(xiàn)。例如，利用質(zhì)子交叉穿透治療照射技術(shù)首次治療Parkinson綜合征（帕金森綜合征）與其他功能性神經(jīng)疾病。他們?cè)谫|(zhì)子放射手術(shù)方面的成就奠定了后來(lái)研制開發(fā)用多個(gè)放射鈷源的伽馬刀。該所1989～1999年底的十年間共治療了215名患者。

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