这个围绕着我的这个周长 56 米的大圆环，，，，，，是一个同步加速器。。。。。。 。。没错，，，，，，就是你脑子里想的谁人用来研究宇宙起源的粒子加速器。。。。。。 。。但它在这里的作用并不是为了发明新的粒子，，，，，，而是为了 ——治疗癌症。。。。。。 。。
通过这个重大的加速器，，，，，，我们能够将一束碳离子加速光速的 70%，，，，，，之后用它干碎癌细胞。。。。。。 。。各人好，，，，，，我是差评君，，，，，，今天我们就来聊一聊，，，，，，粒子加速器，，，，，，是怎样治疗癌症的？？？ ？ ？？
眼前的这一整幢大楼是浙江省肿瘤医院的 “重离子治疗中心”，，，，，，但它同时也是一套治疗装置。。。。。。 。。
事实上，，，，，，这幢大楼里的每一个房间、每一条管线、每一个装置，，，，，，都是为了能够包管在不危险正常组织的条件下，，，，，，把肿瘤处置惩罚清洁。。。。。。 。。要明确这件事为什么这么难，，，，，，我们得先从癌症是怎么泛起的提及。。。。。。 。。
一颗受精卵，，，，，，经由一直地破碎和分解，，，，，，最终会形成人体的各个部分。。。。。。 。。这原来是正常的心理征象，，，，，，但组成人体所需要的细胞着实是太多了，，，，，，据预计，，，，，，一个成年男性体内通常有 36 万亿个细胞。。。。。。 。。
这么多的细胞当中，，，，，，难免有一些会在破碎和分解时蜕化，，，，，，当某些细胞异常增殖和失控生长，，，，，，就形成了肿瘤。。。。。。 。。而肿瘤中恶性的部分，，，，，，被称作癌症。。。。。。 。。
当人们讨论癌症时，，，，，，通常想到的即是实体肿瘤，，，，，，也就是一块太过生长且不会阻止的肉。。。。。。 。。先不思量任何手艺和原理，，，，，，面临人体中一块一直生长的肉，，，，，，人们第一反应应该就是把它割掉吧。。。。。。 。。没错，，，，，，直接下手术将恶性肿瘤切除，，，，，，就是最古老、最基本的肿瘤治疗方法。。。。。。 。。
手术治疗收效快、治疗彻底，，，，，，但也有它特有的弱点。。。。。。 。。首先是手术治疗必需开刀，，，，，，作为一种侵入性操作，，，，，，会带来出血、熏染、麻醉意外等危害。。。。。。 。。更主要的是，，，，，，每个患者的身体状态和病灶位置差别，，，，，，许多情形下基础无法开刀，，，，，，又或者纵然开刀也无法准确完整的切除所有肿瘤。。。。。。 。。
面临这种情形，，，，，，我们需要更新、更好的治疗方法。。。。。。 。。1895 年，，，，，，德国物理学家伦琴发明了 X 射线，，，，，，次年，，，，，，法国科学家贝克勒尔发明了放射性，，，，，，之后，，，，，，人们很快最先实验用放射线治疗肿瘤。。。。。。 。。
早期的放射治疗，，，，，，使用的主要是光子。。。。。。 。。通过直线加速器爆发的高能量 X 光束进入人体后，，，，，，会与组织内的原子和分子爆发相互作用，，，，，，进而杀死癌细胞。。。。。。 。。
相互作用有两种形式，，，，，，一种是直接作用，，，，，，一部分高速电子能够直接撞击并打断癌细胞的 DNA 链。。。。。。 。。但光子太小了，，，，，，能够直接撞到DNA 的事实是少数，，，，，，以是更主要的是靠间接作用。。。。。。 。。间接作用指的是，，，，，，没有撞到 DNA 的那部分光子有更大的概率撞到水分子。。。。。。 。。
高速电子与细胞内的水分子爆发碰撞，，，，，，会爆发大宗化学性子极不稳固的自由基。。。。。。 。。这些自由基会像散弹一样散开，，，，，，进一步攻击和破损 DNA 结构，，，，，，导致其单链或双链断裂。。。。。。 。。
欸，，，，，，先慢着，，，，，，间接作用的杀伤规模大，，，，，，那在这历程中它是怎样知道哪些细胞是癌细胞可以杀，，，，，，哪些细胞是正常细胞不可杀的呢？？？ ？ ？？
问得好，，，，，，谜底就是它也不知道。。。。。。 。。
间接作用爆发的历程中，，，，，，自由基会一律的打断每个细胞的 DNA，，，，，，以是理论上所有细胞都会遭受同样的危险。。。。。。 。。但癌细胞由于快速破碎的特征以及基因组的不稳固性，，，，，，其 DNA 修复能力通常比正常细胞差。。。。。。 。。
这有点像是正常细胞的血条较量厚，，，，，，癌细胞的血条较量薄！！！�。。 。。�，，，，，X 光一个 AOE，，，，，，正好能够杀死癌细胞，，，，，，而正常细胞还能靠着一点血皮逐步回上来。。。。。。 。。
但这尚有一个问题，，，，，，那就是 X 光造成的危险是贯串式的，，，，，，也就是说，，，，，，除了病灶爆发的地方外，，，，，，光路所及的所有正常组织也都会受到危险。。。。。。 。。不但云云，，，，，，有些肿瘤块儿很大，，，，，，内部的乏氧区会进一步削减光子化疗的效果。。。。。。 。。
你说把 X 光的功率调高一点吧，，，，，，正常组织顶不住！！！�。。 。。�，，，，，调低一点吧，，，，，，癌细胞反而能顶住了，，，，，，这强弱之间玄妙的 “度” 就很难掌握。。。。。。 。。那么有没有什么工具能够切得像手术刀一样清洁，，，，，，又不会危险浅层的组织呢？？？ ？ ？？
欸，，，，，，真的有，，，，，，那就是重离子放疗。。。。。。 。。
所谓的重离子放疗，，，，，，指的是使用以碳离子为主的高能离子束，，，，，，来精准摧毁癌细胞的手艺。。。。。。 。。为什么需要用到碳离子呢？？？ ？ ？？这是由于碳离子是一种实着实在的物质，，，，，，它独吞空间。。。。。。 。。而光子更像是一段能量组成的波，，，，，，它没有静止质量也没有体积，，，，，，只是电磁力的转达者。。。。。。 。。
举个不太准确但便于明确的例子。。。。。。 。。
向人体发射光子，，，，，，像是往前吹一阵风，，，，，，它影响的规模很广，，，，，，可是没步伐集中所有能量到一个牢靠的点。。。。。。 。。发射碳离子则像是往水里射出了一粒高速子弹。。。。。。 。。子弹刚入水的时间，，，，，，速率极快，，，，，，水来缺乏对它爆发强烈阻挡，，，，，，破损反而并不集中。。。。。。 。。但随着子弹一直减速，，，，，，水对它的阻力会急剧增大，，，，，，最终甚至会形成一块破损力重大的空腔。。。。。。 。。
虽然，，，，，，碳离子自己很是小！！！�。。 。。�，，，，，现实造成它减速的是库仑力而非摩擦力。。。。。。 。。
想要在微观天下中形貌粒子速率和能量释放的关系，，，，，，我们可以通过贝特-布洛赫公式来体现。。。。。。 。。�？？ ？ ？？梢钥闯隼矗�，，，，，粒子的速率和能量损失是成反比的，，，，，，也就是说碳离子的速率越慢，，，，，，它的能量释放就越大，，，，，，以是当它最后停下来的时间，，，，，，能量会瞬间所有释放。。。。。。 。。
由于能量只在很小的区域内集中爆发，，，，，，导致相对放射剂量如山峰般拔地而起，，，，，，以是这种征象又被叫做 “布拉格峰”。。。。。。 。。
布拉格峰征象是重离子放疗能够隔山打牛的主要缘故原由。。。。。。 。。但想要穿透人体组织这么深的距离，，，，，，一样平常的速率可不敷。。。。。。 。。我们需要把重离子加速到很是�？？ ？ ？？欤�，，，，，快到没步伐简朴的用米或是千米来权衡它的速率，，，，，，而是得用 —— 光。。。。。。 。。
详细地说，，，，，，重离子放疗会在一个重大的同步加速器中，，，，，，将碳离子加速到约光速的70%，，，，，，然后通过高能离子束治疗癌症。。。。。。 。。而这么大的装置，，，，，，着实一共是由五个部分组成的。。。。。。 。。
这里，，，，，，是离子爆发室，，，，，，它是所有治疗的起点。。。。。。 。。将甲烷（ CH? ）注入到橙色的离子爆发室中，，，，，，就能疏散出带正电的碳离子。。。。。。 。。
之后碳离子会进入一个小型的直线加速器里被起源加速。。。。。。 。。离子束被加速到一定速率后，，，，，，就会进入到这个大圆环中，，，，，，它也是整套装置最焦点的部分 —— 同步加速器。。。。。。 。。它和欧洲的大型强子对撞机的原理基本上相同，，，，，，是用电磁场去一直的加速整个离子束。。。。。。 。。
离子束进入加速器之后，，，，，，会被二级磁铁指导偏转，，，，，，然后在这个圆环中一直运动。。。。。。 。。
在圆环的特定位置设置有 “ 射频谐振腔 ”，，，，，，它的功效是形成很是高频的交变电场。。。。。。 。。电场内的电磁波会像海浪一样，，，，，，一直推动碳离子加速。。。。。。 。。但只加速一次一定是不敷的，，，，，，以是射频谐振腔会一直改变电场的巨细和偏向。。。。。。 。。
这带来的效果是，，，，，，碳离子每进入一次谐振腔，，，，，，就会被推一把，，，，，，单次推的力可能不是很大，，，，，，可是碳离子在同步加速器中的速率很是�？？ ？ ？？欤�，，，，，每秒钟能转几十上百万圈，，，，，，也就是会被推几百万次，，，，，，逐渐累积起来的速率就很是�？？ ？ ？？炝恕！！！�。。 。。
在医用的同步加速器中，，，，，，碳离子的速率最快能能抵达每秒 21 万公里左右，，，，，，然后将它射入人体。。。。。。 。。
离子束进入人体后，，，，，，首先经由一个低剂量阶段，，，，，，平稳地穿过挡在肿瘤前面的康健组织。。。。。。 。。当抵达预定的病灶深度时，，，，，，能量瞬间引爆，，，，，，形成布拉格峰，，，，，，对肿瘤细胞举行杀绝性攻击。。。。。。 。。
随后，，，，，，能量戛然而止，，，，，，实现了对肿瘤后方康健组织最洪流平的�；；；；；ぁ！！！�。。 。。由于肿瘤是立体的，，，，，，以是我们可以想象成一个 3d 打印。。。。。。 。。我们 3d 打印是一层一层打印的，，，，，，重离子治疗就是好比逆 3d 打印的历程，，，，，，就是把肿瘤从体内 3d 打印没掉。。。。。。 。。
但尚有一个小问题，，，，，，人总是会动的，，，，，，在 CT 室以这种姿势测出来的肿瘤位置，，，，，，怎么能包管在治疗室还能准确还原呢。。。。。。 。。
我现在就在治疗室内里，，，，，，若是我是一个癌症患者，，，，，，我会履历怎么样的重离子治疗呢。。。。。。 。。
首先我进来之后，，，，，，会被带到这里做一次现场的 CT，，，，，，这就是为了包管我的身体情形
和我其时做治疗妄想的时间是完全一致的。。。。。。 。。
做完 CT 后会被机械臂带到这边来，，，，，，这里有张床。。。。。。 。。这个床是六维的，，，，，，可以上下左右俯仰调解我的位置。。。。。。 。。除此之外，，，，，，尚有这样一个模具，，，，，，就是为了包管我的位置牢靠不动，，，，，，以及能够瞄准这些辅助线，，，，，，跟我其时做治疗妄想的时间一致。。。。。。 。。
除此之外，，，，，，尚有许多工具，，，，，，好比上面的这些 DR 啊！！！�。。 。。�，，，，，能够实时监控我的身体状态，，，，，，由于我可能由于心跳、呼吸、肠道蠕动改变我的位置。。。。。。 。。
为了能够完全消解呼吸这样不可阻止的运动带来的位置转变，，，，，，重离子治疗历程中还会加入 “ 呼吸门控 ”。。。。。。 。。也就是说，，，，，，装备会凭证患者的呼吸节奏，，，，，，实时调解碳离子束的释放，，，，，，只有当患者呼吸到特定的阶段、肿瘤恰恰移动到准星之内时，，，，，，才会发射。。。。。。 。。
通过这些方法，，，，，，我们就能够包管碳离子被打出来的时间能够直达病灶，，，，，，只瞄准癌细胞。。。。。。 。。通过多重验证确认患者姿势和位置，，，，，，再加上粒子特有的布拉格峰征象，，，，，，能让重离子放疗以极高的精度来祛除肿瘤。。。。。。 。。
举个详细的例子，，，，，，好比说前线腺癌。。。。。。 。。
前线腺所在的位置很是刁钻，，，，，，它藏在盆腔深处，，，，，，前面是膀胱后面是直肠。。。。。。 。。若是用古板的光子放疗着实也能治，，，，，，只不过就像咱们前面提到的，，，，，，光子放疗的危险是贯串式的。。。。。。 。。因此，，，，，，一些患者虽然治好了癌症，，，，，，但会留下许多后遗症，，，，，，像是放射性肠炎或是放射性骨髓抑制等。。。。。。 。。
这两种后遗症一个会影响消化和排便，，，，，，另一个会影响造血功效，，，，，，只管不致命，，，，，，可照旧会对患者的生涯水平造成很大影响。。。。。。 。。
兰州大学的一篇研究报告就指出，，，，，，通过光子放疗爆发放射性肠炎的概率或许在8%-10% 左右。。。。。。 。。但通过重离子放疗的话，，，，，，导致放射性肠炎的概率就只有2%。。。。。。 。。
日本几家医院的治疗效果也批注，，，，，，通过重离子放疗，，，，，，前线腺癌患者的 5 年和 10 年生涯率能够抵达 95.8% 和 85%，，，，，，副作用也显著降低了。。。。。。 。。
关于位置刁钻的癌症，，，，，，重离子放疗杀得很准，，，，，，但这还不是它的所有优点，，，，，，它尚有另一个独到的优势 ——「杀得清洁」。。。。。。 。。
在许多肿瘤治疗的实践中，，，，，，人们发明光子放疗的效果优劣很容易受到氧气的影响。。。。。。 。。光子治疗它是这样的，，，，，，它对富氧状态的肿瘤效果就较量好，，，，，，关于乏氧的肿瘤效果就欠好。。。。。。 。。关于大一点的肿瘤外层是较量富氧的，，，，，，效果就较量好，，，，，，内部乏氧效果就欠好。。。。。。 。。
前面讲了，，，，，，光子放疗生效的主要方法是高速电子与细胞内的水分子碰撞爆发涯性氧自由基，，，，，，进而杀死癌细胞。。。。。。 。。在这一历程中还需要一个十分主要的元素：氧气。。。。。。 。。
为什么氧气能够资助自由基杀死细胞，，，，，，现在业内还没有绝对的定论，，，，，，这篇论文中提到的「 氧牢靠假说 」，，，，，，算是较量公认的缘故原由。。。。。。 。。
简朴来说，，，，，，氧气的作用并不是直接杀死细胞，，，，，，而是在自由基造成危险后将危险牢靠下来。。。。。。 。。若是没有氧气的话，，，，，，自由基爆发的损伤可以很快被修复，，，，，，而当氧气含量富足时，，，，，，危险就会加倍。。。。。。 。。
这即是是给所有细胞上了一个镌汰回血的 debuff，，，，，，让 X 光的 AOE 危险更高了。。。。。。 。。正常情形下，，，，，，细胞中都是含有大宗氧气的，，，，，，但肿瘤这家伙就是喜欢搞特殊。。。。。。 。。
肿瘤说究竟也是组织细胞，，，，，，当它生长时，，，，，，也会天生新的血管为癌细胞提供氧气和养料。。。。。。 。。但恶性肿瘤的生长速率着实是太快了，，，，，，新血管的天生赶不上肿瘤的生长速率，，，，，，于是肿瘤中心经�；；；；；岱浩鸬脱跚颉！！！�。。 。。
团结前面的两个知识点，，，，，，同砚们应该很容易想到，，，，，，X 光杀肿瘤靠的是癌细胞血薄！！！�。。 。。�，，，，，可是它低氧状态不吃 debuff 又缓解了一部分。。。。。。 。。于是正反一抵消，，，，，，就造成光子放疗时，，，，，，癌细胞杀不清洁，，，，，，容易复发。。。。。。 。。
就拿有着癌中之王之称的胰腺癌的治疗来说，，，，，，这类肿瘤通常陪同严重的乏氧情形，，，，，，通俗光子治疗的效果很差。。。。。。 。。那么总体像这胰腺的患者，，，，，，那我若是用通例光子来做的话，，，，，，他的两年生涯可能统计只有 38%，，，，，，而使用重离子能抵达 56% 以上。。。。。。 。。
相比之下，，，，，，重离子放疗主要是通过直接、高密度的电离作用破损 DNA，，，，，，其杀伤历程不依赖或少少依赖氧气的加入。。。。。。 。。这使得重离子能够无视肿瘤的乏氧状态，，，，，，对乏氧和有氧细胞均体现出强盛的杀伤力。。。。。。 。。
虽然癌细胞有减伤，，，，，，但欠盛意思，，，，，，重离子打的都是真实危险。。。。。。 。。这种真实危险并不但是停留在纸面上的理论，，，，，，而是经由了大规模临床验证的现实。。。。。。 。。
阻止现在，，，，，，就在各人看到的这栋楼里，，，，，，浙江省肿瘤医院已经使用重离子放疗治疗了凌驾 500 名患者。。。。。。 。。
这其中有癌中之王胰腺癌，，，，，，也有对生涯质量影响很大的前线腺癌，，，，，，更多的是发病率最高的非小细胞肺癌。。。。。。 。。数字的背后，，，，，，不是酷寒的统计，，，，，，而是有 500 多个家庭被更先进的治疗方法拯救。。。。。。 。。
从手术治疗到光子放疗再到重离子放疗，，，，，，不难发明，，，，，，针对肿瘤的扫除目的一直只有两个：准确识别和杀得清洁。。。。。。 。。比照其他计划，，，，，，重离子放疗确实是现在能够同时兼顾这两者的最好选择。。。。。。 。。
虽然，，，，，，它也并非完善无缺。。。。。。 。。
首先，，，，，，最无法回避的问题，，，，，，就是贵。。。。。。 。。
由于投入的这个装备很是腾贵，，，，，，像浙江省这么一个重离子中心投了 12 个亿，，，，，，包括装备，，，，，，包括基建。。。。。。 。。动辄十数亿的制作用度，，，，，，尚有每年上万万的运维本钱，，，，，，使它成为了一种稀缺的顶级医疗资源，，，，，，高昂的治疗用度将许多患者挡在门外。。。。。。 。。
别的，，，，，，重离子放疗只适用于有明确界线的实体肿瘤，，，，，，关于像白血病这样已经扩散至全身的血液癌症，，，，，，或是爆发了普遍转移的晚期癌症，，，，，，它也同样一筹莫展。。。。。。 。。既然云云，，，，，，我们为什么还要倾尽全力去生长它呢？？？ ？ ？？只是为了效劳少数有钱人吗？？？ ？ ？？
虽然不是。。。。。。 。。
我们去研究和生长重离子放疗手艺，，，，，，并不是由于它现在已经足够完善。。。。。。 。。恰恰相反，，，，，，正是由于它很腾贵，，，，，，还无法资助所有人。。。。。。 。。在这座重大的装置背后，，，，，，并不但是一项医疗手艺，，，，，，而是一整套人类与癌症对抗的能力系统。。。。。。 。。
从粒子物理，，，，，，到细密制造；；；；；从控制系统，，，，，，光临床医学；；；；；每一次优化、每一次降本，，，，，，都在拉近先进治疗与通俗患者之间的距离。。。。。。 。。也许有一天，，，，，，加速器不再需要占有一整幢大楼，，，，，，腾贵的装备会变得更紧凑、更普及。。。。。。 。。
到那时，，，，，，重离子治疗将不再只是少数人的希望，，，，，，而是更多生命能够被稳稳接住的多一个选择。。。。。。 。。
而这，，，，，，才是我们一直探索的真正目的。。。。。。 。。
撰文：冯飞房
编审：杨子 & 蛋布利多&小鑫鑫
视频制作：小杨&锤子&十一&上进&迎风&老秦
美编：素描& 焕妍
图片、资料泉源：
肿瘤放射治疗的生长-杨根等
重离子束在医学治疗中的应用-卫增泉 魏宝文
用于碳离子束流布拉格峰展宽的新型多孔结构体的模拟-董思学等
重离子治疗肿瘤中RBE的影响因素及盘算要领-颜家玮等
A mechanistic investigation of the oxygen fixation hypothesis and oxygen enhancement ratio-David Robert Grimes & Mike Partridge
