Что такое протонная терапия?

Представьте 196-тонную машину для уничтожения рака, которая поражает раковую опухоль с точностью до долей миллиметра и в тоже время - не затрагивает окружающие здоровые ткани и минимально воздействует на организм пациента. Это и есть протонная терапия.

Онкологические заболевания,
при которых протонная терапия
даёт хороший эффект:

Стандартная лучевая терапия возникла и совершенствовалась долгие годы. Она является эффективным средством лечения многих типов рака. Однако у лучевой терапии есть побочный эффект. Энергия первичных фотонов и вторичных электронов выделяется вдоль всего пути луча, радиация затрагивает здоровые ткани как до намеченной опухоли, так и за ее пределами. Такая «сквозная доза» радиации повреждает нормальные клетки и может привести впоследствии к проблемам со здоровьем.

Преимущество протонной терапии состоит в том, что протоны выделяют основную часть своей энергии точно в месте локализации раковой опухоли. По мере продвижения по телу протоны замедляются, взаимодействуют с электронами и выделяют максимум радиации в конце пути. То место, где происходит наибольший выброс энергии, называется пиком Брэгга. Врач может рассчитать пик Брэгга в теле пациента таким образом, чтобы он совпал с центром раковой опухоли. Воздействие протонов точно соответствует по форме и глубине новообразованию, в то же время не затрагивая здоровые ткани и органы.

Как это работает?

Чтобы понять, как работает протонная терапия, рассмотрим физические процессы, протекающие внутри протонного ускорителя, циклотрона и системы передачи луча.

  • Протон начинает свое движение в источнике ионов. За доли секунды атомы водорода делятся на отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные протоны.
  • Протоны через вакуумную трубу поступают в линейный ускоритель, и всего за несколько микросекунд их энергия достигает 7 миллионов электрон/вольт.
  • Протонные лучи остаются в вакуумной трубе при входе в циклотрон, где ускорение увеличивает их энергию до значений от 70 до 250 миллионов электрон/вольт, достаточной для того, чтобы доставить их на любую глубину внутрь тела пациента.
  • После выхода из циклотрона протоны движутся по системе, состоящей из серии магнитов, которые формируют, фокусируют и направляют протонный луч в специальное помещение, где будет проводиться лечение.
  • В комнате для лечения установлена система гентри, которая, может вращаться на 360 градусов, позволяя лучу поступать в тело пациента под любым углом. Точность подачи луча рассчитывается с помощью мощных компьютеров, врачи контролируют ход лечения на мониторах. Многоуровневая система безопасности оберегает пациента и персонал от радиационного воздействия.
  • На выходе из наконечника специальное устройство (апертура) формирует пучок протонов, а другое специальное устройство (компенсатор) направляет трехмерный луч на глубину опухоли.
  • При максимальной энергии протонный луч движется со скоростью, эквивалентной двум третьим скорости света.

Сканирование карандашным пучком

Сканирование карандашным пучком (pencil beam scanning, PBS) или остронаправленным лучом – передовой способ в использовании протонов для лечения рака, применяемый пока в немногих протонных центрах мира. Команда Центра протонной терапии МИБС им. С.М. Березина освоила технологию PBS.

Технология «карандашного» сканирования базируется на сложных системах планирования лечения и множественных магнитах, которые направляют узкий протонный луч, по сути, «нанося» дозу радиации слой за слоем. Остронаправленный пучок протонов перемещается вдоль вертикальной и горизонтальной осей, подобно кончику карандаша «заштриховывая» всю опухоль. В процессе движения луча его интенсивность модулируется. Радиация максимально допустимой интенсивности подается точно в раковые клетки, не задевая нормальные ткани.

Сканирование карандашным пучком очень эффективно при лечении самых сложных онкопатологий, таких как опухоли простаты, мозга, глаза, рака у детей. Протонная терапия с модулированной интенсивностью наиболее подходит для доставки мощной и точной дозы протонов к сложным или имеющим вогнутую форму опухолям, которые могут находиться вблизи позвоночника или внутри головы, шеи или у основания черепа.

Более подробно об этой технологии читайте в статье американского онколога-радиолога.

История

Лечение рака пучком протонов – это авангард современной ядерной медицины в мире. Но сама технология была открыта уже давно. Идея применять протоны в медицине была выдвинута в 1946 году ученым-физиком Робертом Р. Уилсоном. Первые попытки использовать протонную радиацию для лечения пациентов были предприняты в 1950 году в США в научно-исследовательском центре ядерной физики. Но энергии ускорителей в то время не хватало для проникновения пучка вглубь тела.

В конце 1970-х годов распространение томографии вместе с развитием высокотехнологичных компьютеров и усовершенствованных ускорителей позволили внедрить протонную терапию в клиническую практику. Широкое распространение протонной терапии в мире началось с 2000-х годов.

На сегодняшний день в мире работают 57 центров протонной терапии, расположенных в США, Японии, Германии, Чехии. Ожидается, что к 2018 году их число вырастет до 88-ми.

Кому показано лечение?

Протонная терапия в мире применяется при многих видах онкологических патологий. И зачастую оказывается единственным выходом для пациентов.

Во-первых, лечение пучком протонов не требуют хирургического вмешательства, что делает этот метод идеальным для неоперабельных опухолей. Лечение лучом протонов подойдет пациентам, которые по состоянию здоровья не смогут перенести хирургическое вмешательство. Или для тех, кто по тем или иным причинам отказывается от полостной операции.

В-вторых, высокая точность поражения раковых клеток в совокупности с максимально щадящим воздействием на здоровые органы и нормальные ткани делают протонную терапию незаменимым методом в тех случаях, когда опухоль залегает в опасной близости от таких важных органов, как мозг, сердце, позвоночник.

В-третьих, протонная терапия дает прекрасные результаты при плотных опухолях с очерченными границами, то есть, в тех случаях, когда рак не распространился на другие части тела.

В-четвертых, щадящее воздействие на здоровые клетки и отсутствие побочных эффектов позволяют считать протонную терапию наиболее подходящим методом для лечения детей.