作者:科迅 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/11/7 11:28:22
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大陆发明的数字PET首次在台湾用于质子束监测
质子刀精准治疗研究取得重大突破

 

近日,大陆科学家首次在台湾长庚纪念医院将全数字平板PET用于质子束在线监测,并取得良好效果,这项研究表明有了全数字PET的精准追踪,质子放疗精准度将大大提高。

负责这次实验的武汉光电国家实验室(筹)、华中科技大学教授谢庆国高兴地向记者介绍了这次研究的意义,他形象比喻说,有着“癌症预警机”之称的数字PET,应用到“治癌利器”质子刀上,就好比为质子刀配上了“特制的眼镜”,能够做到边手术边追踪,可以精准地“看”到质子束这枚“深水炸弹”对病灶的“轰炸范围”和“轰炸威力”。

自上世纪九十年代以来,关于精准获知质子的作用范围和投递剂量的研究,一直没有取得重大突破,但全球科学家在这一领域的艰苦努力一直没有停止。与此同时,中国科学家发明的全数字PET就像装备了先进武器的生力军,也踏上了这一充满挑战的研究征途。谢庆国介绍,基于即插即成像平台的质子监测“数字PET”系统,由于取消了模拟电路,实现了“全数字”和“精确采样”两大突破,相比目前广泛使用的传统数模PET,它不仅能实现更高的成像分辨率和灵敏度,还具有性能优异、使用便利、制造快捷等革命性的优势。

实验结果表明,运用“数字PET”首次监测到了质子束打到人体组织上产生的氧15。谢庆国团队意大利籍教授尼古拉表示,由于氧15的半衰期仅有2分钟,因此,将PET用于质子束在线监测氧15,对系统性能有着极为苛刻的要求。此次实验充分验证了数字PET卓越的性能:灵敏度更高、分辨率更高,能获得更多更精确的原始数据。“利用数字PET有望监测到质子束在人体内的轨迹及作用过程,这是相当难得的!”尼古拉兴奋地说。

如何检测质子束在人体内的运行情况是质子放疗的难题。质子束是一个非常精准的治疗,但因人体的组织及肿瘤在治疗过程中可能会产生改变,如何监测病患在疗程中质子束在人体运行情况以确定是否在容许安全范围是质子放疗的一个难题。台湾长庚医院是台湾唯一拥有质子刀的医院,林口长庚医院副院长洪志宏介绍,目前质子放疗有一个难题,对质子入射人体组织后的实际作用范围和投递剂量等重要信息没有精准检测的技术与方法,对质子射入生物组织和肿瘤后所发生的生物效应,也缺乏侦测的方式。然而谢庆国教授发明的数字PET能帮助了解质子束与生物组织之间的相互作用,知道监测质子束打到了哪里,发生了什么物理过程,明确质子束途经的生物组织的作用范围和投递剂量,将从根源上为质子放疗规划提供有力的理论依据,或将极大改善质子对癌症的治疗效果。

质子放疗是目前国际上先进的癌症治疗利器,利用质子射线的“布拉格峰”物理特性,使放射线抵达特定组织深度时,能量便爆发,犹如深水炸弹般精准锁定肿瘤细胞。相对传统的X光放射治疗技术,质子放疗更加精准,同时避免治疗过程中伤及健康细胞。质子治疗放疗对儿童癌症、肺癌、肝癌、胰脏癌、乳癌、前列腺癌及鼻咽癌等多种癌症具有明显疗效。

值得注意的是,质子放疗是目前为数不多的“天价手术”,一般国内做一次质子放疗要20多万,美国的质子放疗费用更是高到11万—14万美元不等。但天价质子刀针对某些特定类型的肿瘤,治疗效果却没有达到预期。例如头颈部肿瘤、肺癌等的治疗效果则较差。

两天调试时间再次检证了数字PET的独特优势。尼古拉介绍,这次他和博士生高敏两人在出发前花了一个通宵就将搭建好的全数字PET系统拆好装箱,到达长庚医院后,从搭建、测试到最后全部调试好进入实验状态,只花了两天时间。“普通的PET系统搭建时间往往是以年为单位计算的,而我们是以小时为单位,数字PET带来的这种革命性变化真是让人难以置信。”尼古拉惊叹道。

高敏是谢庆国团队的骨干成员、2017年日内瓦国际发明展金奖获得者,别看这个95后的姑娘瘦瘦小小,但却是个不折不扣的女汉子。“这次去台湾,我和尼古拉教授两人要带80公斤的设备,我们可以说是连拖带扛,出发前一晚上,花了一个通宵拆装,到了台湾后,又花一个通宵组装,刚搭起来后,设备运行不正常,就连夜一个个地找问题、做测试。心里那个着急呀!”高敏介绍,因为质子放疗的开机成本很高,因此,“时间就是金钱,必须得在最短的时间内把设备测试好,保证不浪费一秒钟的质子放疗设备运行时间。我们出色地做到了!”说到这里,高敏年轻的脸庞浮现出倔强又傲娇的神色。

林口长庚医院副院长洪志宏介绍,长庚医院为台湾最大的癌症治疗体系,长庚医院的质子暨放射治疗中心,更是亚洲最大、最先进的放射治疗中心之一。尼古拉说,长庚医院的放射治疗硬件设备非常先进,院方专家医术专业水平精深,“为了配合这次实验,院方不惜减少了质子放疗机器的接诊量,将这个昂贵的设备提供给我们进行科学研究,这种看起来不那么‘务实’的举动,体现的是真正为了人类未来早日攻克癌症的情怀!”

这次实验开启了数字PET在质子放疗方向的全新应用。谢庆国表示,这次实验的成功也开启了数字PET在质子放疗中应用的新方向。未来,从生物医学研究工具,到临床医学影像手段;从重大疾病诊断治疗,到国民健康监测管理,数字PET的应用将无所不在;此外,数字PET的技术也将结合各种医疗器械应用,实现技术的无所不在。“就好比从一个需要专人操作的大型设备,变为了一个通用的配件,可以放到任何设备上,实现简单方便的操作。从以前的主角变成了配角,这将极大拓展数字PET的应用范围,造福人类健康!”谢庆国满怀期待地说。

 
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