입자 요법

Particle therapy
입자 요법
ICD-992.26

입자 치료는 암 치료를 위해 에너지 중성자, 양성자 또는 다른 무거운 양이온의 빔을 사용하는 외부 빔 방사선 치료의 한 형태이다.2021년 8월 현재 입자 치료의 가장 일반적인 유형은 양성자 [1]치료이다.

기존 방사선 치료에서 사용된 X선(광자 빔)과 달리 입자 빔은 몸을 통한 에너지 손실에서 브래그 피크를 나타내며 종양 또는 종양 근처에서 최대 방사선량을 전달하고 주변 정상 조직에 대한 손상을 최소화한다.

입자요법은 광자와 전자요법을 제외한 강입자요법이라고도 한다.2차 핵 반응에 의존하는 중성자 포획 치료법도 여기서 다루지 않는다.위의 범주에 속하지 않는 희귀한 입자 치료법인 뮤온 치료법도 시도되었지만[2] 뮤온은 여전히 [3]치료법보다는 영상촬영에 가장 일반적으로 사용되고 있다.

방법

전자나 X선과 달리 양성자에서 조직으로의 선량은 입자 범위의 마지막 몇 밀리미터에 불과합니다.

입자 치료는 표적 [4][5]종양에 에너지 이온화 입자를 조준함으로써 효과를 발휘합니다.이 입자들은 조직 세포의 DNA를 손상시키고, 궁극적으로 그들의 죽음을 야기한다.DNA를 복구하는 능력이 떨어지기 때문에 암세포는 특히 그러한 손상에 취약하다.

이 그림은 서로 다른 에너지의 전자, X선 또는 양성자 빔(MeV로 표현)이 어떻게 인체 조직에 침투하는지를 보여준다.전자는 범위가 짧기 때문에 피부 가까이에서만 관심이 있습니다(전자 치료법 참조).Bremsstrahlung X선은 더 깊이 침투하지만 조직에 흡수된 선량은 두께가 증가하는 전형적인 지수적 붕괴를 보여준다.반면 양성자와 무거운 이온의 경우 입자가 조직을 관통하여 지속적으로 에너지를 손실하는 동안 선량이 증가합니다.따라서 선량은 입자 범위의 끝 부근에서 발생하는 Bragg 피크까지 두께가 증가함에 따라 증가한다.브래그 피크를 넘어서면 선량은 0(양자) 또는 거의 0(더 무거운 이온)으로 떨어집니다.

이 에너지 증착 프로파일의 장점은 표적 조직을 둘러싼 건강한 조직에 축적되는 에너지가 적다는 것입니다.이는 종양에 대한 높은 용량 처방을 가능하게 하며, 이론적으로 더 높은 국소 대조군으로 이어질 뿐만 아니라 낮은 독성률을 [6]달성한다.

이온은 먼저 사이클로트론이나 싱크로트론을 통해 가속된다.이머징 입자 빔의 최종 에너지는 투과 깊이를 정의하며, 따라서 최대 에너지 증착 위치를 정의합니다.전자석에 의해 가로 방향으로 빔을 굴절시키기 쉽기 때문에 전자빔이 TV튜브를 주사하듯이 타깃 영역을 빠르게 주사하는 래스터 주사법을 사용할 수 있다.또한 빔 에너지 및 이에 따라 투과 깊이가 변화하면 목표 부피 전체를 3차원으로 커버할 수 있어 종양의 형상에 정확히 따른 조사를 할 수 있다.이것은 기존의 X선 요법에 비해 큰 장점 중 하나입니다.

2008년 말 현재 전 세계적으로 28개의 치료 시설이 운영 중이며 7만 명 이상의 환자가 파이온,[7][8] 양성자 및 중량이온에 의해 치료되었습니다.이 치료의 대부분은 [9]양성자를 사용하여 수행되었습니다.

2013년 말, 10만 5천 명의 환자가 양성자 [10]빔으로 치료를 받았고, 약 13,000명의 환자가 탄소 [11]이온 치료를 받았다.

2015년 4월 1일 현재 양성자 빔 치료의 경우 전 세계 49개 시설(미국 14개 시설 포함)과 29개 시설(공사 중)이 있다.탄소이온 치료의 경우 8개의 센터가 운영 중이며 4개의 센터가 [11]건설 중입니다.탄소이온치료센터는 일본, 독일, 이탈리아, 중국에 있다.두 개의 미국 연방 기관은 적어도 하나의 미국 중이온 치료 센터 [11]설립을 촉진하기를 바라고 있다.

양성자 치료

주요 기사 : 양성자 치료

양성자 치료는 양성자 빔을 사용하여 병든 조직을 조사하는 입자 치료의 한 종류이며, 가장 자주 암을 치료합니다.다른 유형의 외부 빔 방사선 치료(예: 방사선 치료 또는 광자 치료)에 비해 양성자 치료의 주요 장점은 양성자 선량이 좁은 깊이 범위에 걸쳐 퇴적되어 건강한 인근 조직에 대한 진입, 유출 또는 산란 방사선량이 최소화된다는 것이다.

고속 중성자 요법

주요 기사:고속 중성자 치료

고속 중성자 치료는 암을 치료하기 위해 일반적으로 50-70 MeV 사이의 높은 에너지 중성자를 사용한다.대부분의 고속 중성자 치료 빔은 원자로, 사이클로트론(d+Be) 및 선형 가속기에 의해 생성된다.중성자 치료는 현재 독일, 러시아, 남아프리카, 미국에서 이용 가능하다.미국에서는 시애틀, 워싱턴, 디트로이트, 미시간, 일리노이주 바타비아에 3개의 치료 센터가 운영되고 있습니다.디트로이트와 시애틀 센터는 베릴륨 표적에 충돌하는 양성자 빔을 생성하는 사이클로트론을 사용합니다. 페르미랍의 바타비아 센터는 양성자 선형 가속기를 사용합니다.

탄소이온 방사선 치료

탄소이온요법(CIRT)은 양성자나 중성자보다 질량이 큰 입자를 사용한다.탄소이온 방사선 치료는 기술적 전달 옵션이 개선되고 임상 연구에서 전립선, 두경부, 폐암 및 간암, 뼈 및 연조직 육종, 국소 재발 직장암, 췌장암 등과 같은 많은 암에 대한 치료 이점이 입증됨에 따라 점점 더 과학적인 관심을 끌고 있다.국지적으로 발전된 질병이 있습니다.또한 정상적이고 방사능에 민감한 질병의 상당한 저분열 치료의 문을 열어주면서 그렇지 않으면 치료하기 어려운 저산소 및 내방사선성 암을 치료할 수 있는 분명한 이점이 있다.

2017년 중반까지 전세계 8개 이상의 운영 센터에서 15,000명 이상의 환자가 치료를 받았습니다.일본은 이 분야에서 눈에 띄는 리더였다.5개의 중이온 방사선 치료 시설이 운영 중이며 가까운 미래에 몇 개의 시설을 더 건설할 계획이 있다.독일에서는 하이델베르크 이온 빔 치료 센터(HIT)와 마르부르크 이온 빔 치료 센터(MIT)에서 이러한 치료를 이용할 수 있습니다.이탈리아에서는 국립종양강장치료센터(CNAO)가 이 치료를 제공한다.오스트리아는 2017년에 CIRT 센터를 개설할 예정이며, 한국, 대만, 중국에 곧 센터가 개설될 예정이다.현재 미국에서는 CIRT 설비가 가동되고 있지 않지만, 그 중 일부는 다양한 [12]개발 상태에 있습니다.

중이온 방사선 치료의 생물학적 이점

방사선 생물학적인 관점에서 암 환자 치료에 중이온 빔의 사용을 뒷받침하는 상당한 근거가 있다.모든 양성자와 다른 중이온 빔 치료법은 신체에서 정의된 브래그 피크를 나타내므로 종양이나 종양 근처에서 최대 치사량을 전달한다.이것은 주변 정상 조직에 대한 해로운 방사선을 최소화합니다.그러나 탄소이온은 양성자보다 무겁기 때문에 빔 범위 끝에서 최대치에 도달하기 위해 깊이에 따라 증가하는 더 높은 생물학적 효과(RBE)를 제공합니다.따라서 탄소 이온 빔의 RBE는 이온이 종양 발생 [13]영역으로 더 깊이 이동함에 따라 증가한다.CIRT는 현재 사용 가능한 모든 형태의 임상 방사선 [14]중 가장 높은 선형 에너지 전달(LET)을 제공합니다.종양에 대한 이러한 높은 에너지 전달은 종양이 회복되기 매우 어려운 많은 이중 가닥 DNA 파괴를 야기합니다.종래의 방사선은 주로 단일 가닥의 DNA를 파괴해, 많은 종양세포가 생존할 수 있도록 한다.CIRT에 의해 생성되는 더 높은 완전 세포 사망률은 또한 환자의 면역 [15][16]체계를 자극하기 위해 더 명확한 항원 신호를 제공할 수 있다.

이동 대상의 입자 치료

흉부 및 복부 부위에 위치한 종양의 입자 치료 정밀도는 표적 운동에 의해 크게 영향을 받습니다.부정적인 영향을 완화하려면 종양 위치 모니터링(예: 삽입된 방사선 불투과성 기준 마커 또는 삽입된 트랜스폰더의 전자파 감지)과 방사선 조사(게이트, 재스캔, 게이트 재스캔 및 종양 추적)[17]의 고급 기술이 필요하다.

레퍼런스

  1. ^ Matsumoto, Y.; Fukumitsu, N.; Ishikawa, H.; Nakai, K.; Sakurai, H. (2021). "A Critical Review of Radiation Therapy: From Particle Beam Therapy (Proton, Carbon, and BNCT) to Beyond". Journal of Personalized Medicine. 11 (8): 825. doi:10.3390/jpm11080825. PMC 8399040. PMID 34442469.
  2. ^ Liu, Dong; Woo, Jong-Kwan (2020). "An Investigation of Muon Therapy". New Physics: SAE Mulli. 70 (2): 148–152. doi:10.3938/NPSM.70.148. S2CID 214039747.
  3. ^ Yang, Guangliang; Clarkson, Tony; Gardner, Simon; Ireland, David; Kaiser, Ralf; Mahon, David; Jebali, Ramsey Al; Shearer, Craig; Ryan, Matthew (2019). "Novel muon imaging techniques". Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 377 (2137). Bibcode:2019RSPTA.37780062Y. doi:10.1098/rsta.2018.0062. PMC 6335303. PMID 30530538.
  4. ^ Amaldi U, Kraft G (2005). "Radiotherapy with beams of carbon ions". Reports on Progress in Physics. 68 (8): 1861–1882. Bibcode:2005RPPh...68.1861A. doi:10.1088/0034-4885/68/8/R04.
  5. ^ Jäkel O (2007). "State of the art in hadron therapy". AIP Conference Proceedings. 958 (1): 70–77. Bibcode:2007AIPC..958...70J. doi:10.1063/1.2825836.
  6. ^ Mohan, Radhe; Grosshans, David (January 2017). "Proton therapy – Present and future". Advanced Drug Delivery Reviews. 109: 26–44. doi:10.1016/j.addr.2016.11.006. PMC 5303653. PMID 27919760.
  7. ^ von Essen CF, Bagshaw MA, Bush SE, Smith AR, Kligerman MM (September 1987). "Long-term results of pion therapy at Los Alamos". International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics. 13 (9): 1389–98. doi:10.1016/0360-3016(87)90235-5. PMID 3114189.
  8. ^ "TRIUMF: Cancer Therapy with Pions". Archived from the original on 2008-12-05.
  9. ^ PTCOG: 입자 치료 협동 조합
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  12. ^ Tsujii H (2017). "Overview of Carbon-ion Radiotherapy". Journal of Physics: Conference Series. 777 (1): 012032. Bibcode:2017JPhCS.777a2032T. doi:10.1088/1742-6596/777/1/012032.
  13. ^ Tsujii H, Kamada T, Shirai T, Noda K, Tsuji H, Karasawa K, eds. (2014). Carbon-Ion Radiotherapy : Principles, Practices, and Treatment Planning. Springer. ISBN 978-4-431-54456-2.
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  15. ^ Ebner DK, Kamada T (2016). "The Emerging Role of Carbon-Ion Radiotherapy". Frontiers in Oncology. 6: 140. doi:10.3389/fonc.2016.00140. PMC 4894867. PMID 27376030.
  16. ^ "Radiation Therapy Side Effects". 17 May 2019. 2019년 8월 3일 토요일
  17. ^ Kubiak T (October 2016). "Particle therapy of moving targets-the strategies for tumour motion monitoring and moving targets irradiation". The British Journal of Radiology. 89 (1066): 20150275. doi:10.1259/bjr.20150275. PMC 5124789. PMID 27376637.

외부 링크