НАУЧНЫЙ И ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ

ISSN 1024-6177 (Print), ISSN 2618-9615 (Online)

Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2019. Том 64. № 2. С. 11–22

DOI: 10.12737/article_5ca5a0173e4963.18268254

А.П. Черняев1, Г.И. Клёнов2, А.Ю. Бушманов3, А.А. Пряничников1,4,
М.А. Белихин1,4, Е.Н. Лыкова1

Ускорители протонов в лучевой терапии

1. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва. E-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. ;
2. Институт теоретической и экспериментальной физики им. А.И. Алиханова, Москва;
3. Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России, Москва;
4. Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Физико-технический центр (ФТЦ ФИАН), Протвино

А.П. Черняев – зав. кафедрой, д.ф.-м.н., проф.;
Г.И. Клёнов – зам. начальника отдела, д.т.н.;
А.Ю. Бушманов – первый зам. ген. директора, д.м.н., проф.;
А.А. Пряничников – аспирант, инженер-физик;
М.А. Белихин – аспирант, инженер-физик;
Е.Н. Лыкова – преподаватель

Реферат

Цель: Провести качественный и количественный анализ состояния и развития ускорительной техники для протонной лучевой терапии (ПЛТ) в России и мире, оценить основные тенденции и направления развития этой области лучевой терапии.

Материал и методы: В настоящее время протонная терапия в мире быстро развивается. Каждый год строятся новые протонные центры в развитых и развивающихся странах. С каждым годом все большее число коммерческих компаний и научных институтов включается в этот высокотехнологический сектор. Ученые из областей физики и медицины совместно разрабатывают и внедряют новые идеи и технологии, повышающие эффективность и качество протонной терапии, а также делающие ее менее затратной. Данный обзор представляет собой анализ как публикаций в реферируемых изданиях, так и докладов на профильных конференциях и семинарах. Кроме того, приведенные в обзоре данные с указанием источников опираются на открытую или предоставленную для некоммерческого использования информацию компаний-производителей техники для протонной терапии.

Результаты: В последние годы основными тенденциями развития протонной лучевой терапии являются: уменьшение размеров и веса протонных установок, повсеместное использование активного сканирования тонким пучком как стандартного метода доставки дозы в опухоль, сокращение времени нахождения пациентов в процедурных комнатах, использование модуляции интенсивности пучка. Осуществляется переход от строительства многокабинных центров ПЛТ с годовым потоком около 1 тыс. пациентов (вследствие их высокой стоимости и проблемы обеспечения полной загрузки пациентами), к созданию малогабаритных однокабинных комплексов с годовым потоком несколько сотен человек.

Заключение: Несмотря на активную деятельность в продвижении и популяризации протонной терапии, она все еще остается недоступным методом для большинства пациентов онкологических клиник за исключением США, Японии и Европы. Остро сказывается как недостаток центров ПЛТ, цена за курс лечения, отсутствие специалистов в этой области, так и отношение большинства клиницистов к ПЛТ, как к экспериментальному методу лечения. В России протонная терапия пока не получает должной поддержки со стороны государства, несмотря на огромный потенциал и большой опыт, наколенный за полвека использования метода. Последний открытый протонный центр является частным, а единственный отечественный производитель оборудования для ПЛТ существует только за счет заграничных контрактов. Тем не менее, в нашей стране разработки и исследования в этой области продолжаются и удерживаются на уровне ведущих стран.

Ключевые слова: протонная терапия, ускорители заряженных частиц, циклотроны, синхротроны, кривая Брэгга

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Bragg WH, Kleeman R. On the Ionization Curves of Radium. Phil. Mag. 1904;8:726-38.
  2. Wilson RR. Radiological use of fast protons. Radiology. 1946;47:487-91.
  3. Hewitt HB. Rationalizing radiotherapy: some historical aspects of the endeavour. Br J Radiol. 1973 Oct; 46(550):917-26.
  4. Tobias CA, Anger HO, Lawrence JH. Radiological use of high energy deuterons and alpha particles. Am J Roentgenol Radium Ther Nucl Med. 1952 Jan;67(1):1-27.
  5. Ashikawa JK, Sondhaus CA, Tobias CA, Kayfetz LL, Stephens SO, Donovan M. Acute effects of high-energy protons and alpha particles in mice. Radiat Res Suppl. 1967;7:312-24.
  6. Lawrence JH. Proton irradiation of the pituitary. Cancer. 1957 Jul-Aug;10(4):795-8.
  7. Tobias CA, Lawrence JH, Born JL, McCombs R, Roberts JE, Anger HO, et al. Pituitary irradiation with high energy proton beams: a preliminary report. Cancer Res. 1958;18:121-34.
  8. Larsson B, Leksell L, Rexed B, Sourander P. Effect of high energy protons on the spinal cord. Acta Radiol. 1959 Jan;51(1):52-64.
  9. Leksell L, Larsson B, Andersson B, Rexed B, Sourander P, Mair W. Lesions in the depth of the brain produced by a beam of high energy protons. Acta Radiol. 1960 Oct;54:251-64.
  10. Larsson B. Blood vessel changes following local irradiation of the brain with high-energy protons. Acta Soc Med Ups. 1960;65:51-71.
  11. Kjellberg RN, Koehler AM, Preston WM, Sweet WH. Stereotaxic instrument for use with the Bragg peak of a proton beam. Confin Neurol. 1962;22:183-9.
  12. Dzhelepov VP, Savchenko OV, Komarov VI, Abasov VM, Goldin LL, Onossovsky KK, et al. Use of USSR proton accelerators for medical purposes. IEEE Trans Nucl Sci. 1973;20:268-70.
  13. Dzhelepov VP, Komarov VI, Savchenko OV. Development of a proton beam synchrocyclotron with energy from 100 to 200 MeV for medico-biological research. Med Radiol. 1969;14(4):54-8. (Russian).
  14. Khoroshkov VS, Barabash LZ, Barkhudarian AV, Gol’din LL, Lomanov MF, Pliashkevich LN, et al. A proton beam accelerator ITEF for radiation therapy. Med Radiol. 1969 Apr; 14(4):58-62. (Russian).
  15. Abrosimov NK, Gavrikov YA, Ivanov EM, Karlin DL, Khanzadeev AV, Yalynych NN, et al. 1000 MeV Proton beam therapy facility at Petersburg Nuclear Physics Institute Synchrocyclotron. J Phys Conf Ser. 2006;41:424-32.
  16. The Particle Therapy Co-Operative Group, PTCOG. https://ptcog.ch.
  17. Dr. Berezin Medical Institute, Proton Therapy Center. https://protherapy.ru.
  18. Siserson J (Ed) Particles Newsletter PTCOG (6). 1990.
  19. Klenov GI, Khoroshkov VS. Hadron therapy: history, status, perspectives. Advances in Physical Sciences. 2016;186(8):891. (Russian).
  20. World Health Organization, http://who.int/cancer.
  21. Savchenko OV. 40 years of proton therapy on synchrocyclotron and Phasotron of JINR. Med Phys.2007;3:60-7. (Russian).
  22. Amaldi U, et al. Review accelerators for hadrontherapy: From Lawrence cyclotrons to linacs, 2010.
  23. Kostormin SA, Syresin EM. Trends in accelerator technology for hadron therapy. Particles and Nuclei, Letters in EPAN. 2013;10(№7/184):1346-75. (Russian).
  24. HEPD NRC “Kurchatov Institute” – PNPI http://hepd.pnpi.spb.ru. (Russian).
  25. Slater JM, Archambeau JO, Miller DW, Notarus MI, Preston W, Slater JD. The proton treatment center at Loma Linda University Medical Center: rationale for and description of its development. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 1992;22:383-9.
  26. Baldev Patyal. Proton Therapy QA & Operations Loma Linda University Medical Center.
  27. Kiyomitsu Kawachi. Current Status of Particle Therapy Facilities in Japan. PTCOG meeting, Nov. 2001, Tsukuba, Japan.
  28. Pryanichnikov AA, et al. Status of the Proton Therapy Complex Prometheus. In Proc. RUPAC’18, Protvino, Russia, Oct 2018, 135-8.
  29. Pryanichnikov А A, Sokunov VV, Shemyakov AE. Some results of the clinical use of the proton therapy complex “Prometheus”. Physics of Particles and Nuclei Letters, 2018;15(7):981-5.
  30. Balakin VE, et al. Clinical Application of New Immobilization System in Seated Position for Proton Therapy, KnE Energy & Physics. The 2nd International Symposium Physics, Engineering and Technologies for Biomedicine. 2018:45-51.
  31. Protom LTD http://protom.ru.
  32. ProTom International http://protominternational.com.
  33. Ion Beam Applications http://iba-protontherapy.com.
  34. Varian Medical Systems http://varian.com.
  35. Mevion Medical Systems http://mevion.com.
  36. Sumitomo Heavy Industries http://www.shi.co.jp.
  37. Marco Schippers PSI’s SC cyclotron “COMET” for proton therapy, PSI – JUAS, Febr 28, 2013.
  38. Ugo Amaldi Hadrontherapy and its Accelerators. II Technische Universitat Munchen and TERA Foundation. EPFL. 29.11.12.
  39. Degiovanni P, Stabile D, Ungaro. LIGHT: a linear accelerator for proton therapy. In: NAPAC2016, Chicago, IL, USA, 2016.
  40. Ivanisenko Y. LIGHT Proton Therapy Project. In: Libera workshop 2018.
  41. Advanced Oncotherapy https://avoplc.com/
  42. Benedetti S, Grudiev A, Latina A. High gradient linac for proton therapy. Phys. Rev. Accel. Beams. 2017;20.
  43. Dunne M. Laser-Driven Particle Accelerators. Science. 2006;312(5772):374-6.
  44. Bulanov SV, Khoroshkov VS. Possibility to use laser accelerators in proton therapy. Plasma Physics Reports. 2002;28(5):493-6 (Russian).
  45. Caporoso GJ, Chen YJ, Sampayan SE. The Dialecktric Wall Accelerator, LLNL-JRNL-416544, September 3, 2009.
  46. Peach K, Cobb J, Sheehy SL. Pamela overview and status. Proceedings of IPAC’10, Kyoto, Japan: 112-4.
  47. Baur G, et al. Production of Antihydrogen. Physics Letters. B 1996;368(3):251.
  48. Gray L, Kalogeropoulos TE. Possible biomedical applications of antiproton beams: focused radiation transfer. Radiat Res. 1984:246-52.

Для цитирования: Черняев А.П., Клёнов Г.И., Бушманов А.Ю., Пряничников А.А., Белихин М.А., Лыкова Е.Н. Ускорители протонов в лучевой терапии // Мед. радиология и радиационная безопасность. 2019. Т. 64. № 2. С. 11–22.

DOI: 10.12737/article_5ca5a0173e4963.18268254

PDF (RUS) Полная версия статьи

© Журнал "Медицинская радиология и радиационная безопасность" 2020г.

Яндекс.Метрика

Наверх