质子放射治疗的原理

癌症是一种严重威胁人类健康的疾病，每年造成数百万人的死亡。癌症的治疗方法主要有手术、化疗和放射治疗。放射治疗是利用电离辐射杀死或损伤癌细胞，阻止其生长和扩散的一种治疗方法。放射治疗可以用作唯一的治疗方法，也可以与其他治疗方法结合使用，以提高治愈率和生存期。
放射治疗的原理是利用辐射对细胞DNA的损伤作用，使癌细胞无法正常复制和分裂，从而导致其死亡或凋亡。然而，放射治疗也会对周围的正常组织造成一定的损伤，导致一些不良反应，如皮肤红肿、头发脱落、恶心呕吐、口腔溃疡等。因此，放射治疗需要在保证有效杀灭癌细胞的同时，尽量减少对正常组织的伤害。

目前，放射治疗主要使用X射线或伽玛射线作为辐射源，这些都是电磁波的一种。电磁波在穿过人体组织时，会不断地与原子核和电子发生相互作用，释放出能量，并逐渐衰减。这意味着电磁波在进入人体后，会在肿瘤前后和周围的组织中产生较高的剂量，而不仅仅是在肿瘤处。这就增加了对正常组织的辐射损伤，也增加了放射治疗的副作用和并发症的风险。
因此，电磁波放射治疗需要精确地控制辐射的方向、角度和形状，以尽量覆盖肿瘤的体积，同时避开重要的器官和功能区域。
质子放射治疗是一种新型的放射治疗方法，它使用质子作为辐射源。质子是原子核中的一种粒子，带有正电荷。质子可以通过粒子加速器加速到高速，形成一束高能的质子束，然后用特殊的装置引导到肿瘤处。质子在穿过人体组织时，也会与原子核和电子发生相互作用，释放出能量，并逐渐衰减。但是，与电磁波不同的是，质子的能量释放有一个特殊的规律，称为布拉格峰。
布拉格峰是指质子在穿透一定深度的组织后，会在一个很短的距离内释放出大部分的能量，形成一个剂量的峰值，然后迅速降为零。这个峰值的位置和高度取决于质子的初始能量和组织的密度。通过调节质子的能量，可以使布拉格峰与肿瘤的位置和大小相匹配，从而实现对肿瘤的高剂量辐射，而对肿瘤前后和周围的组织的辐射则大大降低。这就是质子放射治疗的优势所在。

布拉格峰是由物理学家威廉·亨利·布拉格于1903年发现的。他在研究α粒子在空气中的能量损失时，发现了这种现象。他用一束5.49 MeV的α粒子射向一个薄金属箔，然后用一个电离室测量了穿过箔后的α粒子的能量。他发现，当箔的厚度增加时，α粒子的能量损失率先增加后减少，形成一个尖峰。他解释了这个现象是由于α粒子在物质中与原子核和电子发生碰撞，导致能量损失。当α粒子的速度降低到接近原子核的速度时，碰撞截面达到最大，能量损失率也达到最大。当α粒子的速度继续降低时，碰撞截面减小，能量损失率也减小。这样就形成了一个能量损失的峰值，即布拉格峰。
责任编辑：彭菁