《Sensors》發表中國科學家謝慶國團隊在線精準監測質子治療研究成果

　　2018年9月8日，國際工程技術領域權威期刊《Sensors》在線發表中國科學家、華中科技大學教授謝慶國團隊最新研究成果，題目為《一種用於質子治療監測的正電子發射斷層成像系統的即插即成像感測器》。該研究驗證了數字PET技術應用於質子治療在線監測中的潛力和可行性，利用數字PET有望精準獲知質子束入射人體組織後的實際作用範圍和投遞劑量，解決質子束在線監測這一世界級難題，從而有效提升質子刀對腫瘤治療的效果，提高患者的治愈率和存活率。

　　質子放療是最尖端的癌症放療技術之一，人稱“治癌利器”。與傳統療法相比，質子治療突破了傳統放療、化療“殺敵一千、自損八百”的困境，利用質子射線的“布拉格峰”特性，在放射線抵達特定組織深度後再釋放能量，實現了對腫瘤的“立體定向爆破”。由於質子治療具有穿透性能強、劑量分佈好、局部劑量高等特徵，尤其對於治療有重要組織器官包繞的腫瘤，顯示出較大優越性。同時，它也以 “天價手術”著稱，國內做一次質子放療一般要20多萬，美國的質子放療費用高達11萬—14萬美元不等。

質子放療室裏的全數字平板PET系統

　　質子束在人體內的作用範圍和投遞劑量需要精準的監測方法與手段。由於質子束入射人體會産生正電子核素，進而湮滅産生伽馬光子，利用PET技術可以探測到伽馬光子反演出正電子的位置和數量，從而獲知質子束的投遞劑量和作用範圍。因此，PET是被認為是最具潛力來監測質子治療的有效手段。上世紀九十年代以來，全球科學家一直在努力探索將PET用於質子監測的可行性。然而，由於“模數混合”的特性，傳統PET無法對質子束射入人體內情況進行實時精準監測。

　　論文合作作者之一、林口長庚紀念醫院副院長洪志宏介紹，質子治療如果無法實現對腫瘤病灶定點打擊的絕對精準度，往往會導致治療不徹底腫瘤復發、副作用等後果。具體地説，有監測系統的質子治療相當於把“理論完美”變成“實際完美”，能真正充分地發揮質子治療的效果。這正是質子放療臨床應用面臨的核心問題。

　　從2016年至今，謝慶國團隊多次赴林口長庚紀念醫院開展實驗研究。去年11月，兩岸科學家在林口長庚紀念醫院將全數字平板PET用於質子束在線監測，獲得重大發現。數字PET發明人、華中科技大學教授謝慶國説，實驗過程中，運用平板全數字PET首次監測到了質子束打到人體組織上産生的氧15，説明數字PET極有可能實現對質子束β+衰變産生的正電子發射核分佈情況的精準監測，從而追蹤到質子束的投遞劑量和作用範圍。

　　論文第一作者、團隊核心成員、華中科技大學全職教授尼古拉（Nicola Dascenzo）表示，氧15的半衰期僅有2分鐘，因此將PET用於質子束在線監測氧15，對系統的空間解析度、時間解析度等方面性能有著極為苛刻的要求。尼古拉表示：“這次實驗充分驗證了數字PET卓越的性能。利用數字PET可以採集到質子束進入活體內的大量原始數據，從而監測到質子束在人體內的軌跡及作用過程，這在全球尚無先例。這意味著質子刀在線監測難題有望就此破解，可能極大程度改善質子對癌症的治療效果。”

　　據國際粒子治療協作組(PTCOG)網站數據顯示（截至2017年6月）：目前全球在運行的質子中心有62家，預計到2020年全球將有131家粒子治療中心運營。目前中國在運行的質子中心有3家。洪志宏介紹，根據世界衛生組織國際癌症研究署（IARC）發佈的數據，全球每年新增癌症病例1400萬，質子放療適應症病例保守估計可達100萬，即使發展迅猛也仍遠遠無法滿足醫療需求。

　　謝慶國介紹，目前的數字PET主要致力於全數字成像的實現方法。 “前景雖廣闊，不過現階段阻礙質子治療與數字PET進一步融合研究的難題仍然突出。”謝慶國説，首先，相關研究需要完備的基礎設施支持和不菲的資金投入。其次，質子治療和數字PET分屬於兩個領域，從設備、人才、技術、項目等各方面科研資源需要整合。第三，數字PET在與質子治療聯合研究已經進入科學“無人區”，在全球無經驗先例可循。“希望國家有關部門能儘快規劃質子精準放療技術攻關，統籌相關科研資源，抓住我國數字PET在此領域的戰略先機，助力人類早日攻破癌症治療難題。”(光明融媒記者 趙婧）