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核心概念 人类健康 发布日期:2021年7月22日

用x射线放射治疗癌症

摘要

放射治疗是一种重要的癌症治疗方法。在美国,每年至少有一半的癌症患者接受放射治疗。x射线常用于放射治疗。x射线是如何产生的?我们如何用x射线治疗癌症?这篇文章回答了这些问题,并解释了放射治疗背后的物理原理。

什么是巨蟹座?

人体是由细胞构成的。正常情况下,细胞生长,分裂,完成它们的工作,最终死亡。细胞分裂产生新细胞,新细胞取代正在死亡或死亡的旧细胞。平衡的细胞替换率是正常器官功能、生长和衰老的关键。

由于科学家尚不清楚的原因,有时细胞开始不受控制地分裂。这些细胞中的一些会变成癌症细胞。不受控制的细胞分裂可以产生一团叫做肿瘤这种细菌可以生长并侵入其他身体组织。肿瘤会影响器官功能并可能导致死亡。

手术、化疗和放射治疗是对抗癌症的主要治疗方法。手术的目的是切除肿瘤,但其他治疗方法的目的是摧毁癌细胞。DNA含有生命的指示,存在于大多数细胞,甚至癌细胞中。破坏DNA可能会杀死细胞,所以许多癌症疗法,如化疗和放疗,都专注于破坏癌细胞内的DNA [1].美国每年有50-60%的癌症患者接受放射治疗[2].辐射的产生方式多种多样。其中之一是使用一种叫做医用直线加速器直线加速器),产生x射线。

x射线是如何产生的?

在我们详细介绍LINAC的工作原理之前,我们先来谈谈电子。电子,加上质子和中子,是我们所看到的一切事物的基本组成部分:地球、水、计算机、人体和其他一切!如果我们拿一根电线,比如老式灯泡上的那种,加热它,电子就会从电线上脱落。电线实际上变得非常热,以至于电子从它的表面“沸腾”。现在我们有一些自由电子。电子带负电荷,所以它们被正电荷吸引。LINAC利用这种特性给予电子大量的能量,使它们在加速波导中以极高的速度移动。电子的能量是以电子伏特为单位来测量的。你家墙上一个典型插座的电压范围在100到240伏之间,这取决于你住在世界的哪个地区。然而,直线加速器将电子加速到相当于数百万伏特的能量。

在LINAC内部,这些极快移动的电子将击中一个通常由钨制成的目标。钨是一种致密的金属,充满了质子和电子。当这些快速移动的电子击中钨靶时会发生什么?它们可能与目标的质子和电子相互作用并释放出能量。能量有不同的形式,包括光、热和速度。电子撞击钨靶时产生的部分能量以x射线辐射3.].图1显示了LINAC的示意图,病人在治疗台上。

图1 -在医用直线加速器(LINAC)内部,电子被加速到极高的速度,并猛烈撞击钨靶。
  • 图1 -在医用直线加速器(LINAC)内部,电子被加速到极高的速度,并猛烈撞击钨靶。
  • 当电子撞击钨的质子或电子时,这些碰撞以x射线辐射的形式释放出能量。x光照射到病人的肿瘤部位。

用x射线治疗癌症

x射线是一种人类无法像蓝光和红光那样看到的光。由于其高能量,x射线可以深入人体,甚至直接穿过人体。就像透明或部分着色的眼镜对可见光透明一样,人体的大部分部位对x射线是透明的。

你可能听说过光既是一种波而且一个粒子——虽然这听起来可能令人困惑,但这是真的!轻粒子被称为光子。为了帮助我们更好地理解x射线,我们必须把它们看作粒子。人体对x射线几乎是透明的,这意味着一些光子可以直接穿过人体,就好像什么都没有一样。然而,有些光子会与物体的质子和电子碰撞并相互作用。就像线性加速器中的钨一样,当这些粒子相互碰撞时,能量就会释放出来。放射出的能量如此之高,以至于可以破坏正常细胞和癌细胞的DNA (图2).一旦一个细胞受到足够的损伤,它要么立即死亡,要么无法分裂产生新的细胞。

图2 - DNA存在于大多数细胞中,并包含保持细胞存活和执行其功能的所有指令。
  • 图2 - DNA存在于大多数细胞中,并包含保持细胞存活和执行其功能的所有指令。
  • 高能量的辐射会破坏DNA,这可能会导致细胞立即死亡或阻止它分裂形成新细胞。

为了治疗癌症,我们想杀死癌细胞,保护正常细胞,但x射线光子无法分辨两者的区别。我们如何解决这个问题?首先,大多数癌细胞分裂得非常快,而正常细胞分裂得不那么快。在细胞分裂过程中,细胞的DNA暴露在外,容易受到x射线的伤害。因此,癌细胞更容易成为x射线的目标。根据癌症的类型,医生将提出一种特定的治疗模式,使正常细胞保持原状或从治疗中恢复。例如,位于身体深处的癌症接受的治疗是这样设计的,x射线从不同的角度进入身体,患者在不同的治疗日接受辐射。通过这样做,x射线聚焦在癌细胞上,而周围的正常细胞受到的伤害要小得多。

放射治疗有什么副作用?

因为辐射会损害正常细胞,所以治疗会有一些副作用。最常见的副作用包括脱发和皮肤不适。在整个治疗过程中,患者也容易感到疲劳。治疗癌症并不容易,大多数情况下,必须结合多种治疗方法才能达到最佳效果。然而,有时癌症治疗仍可能失败。在癌症治疗领域仍有许多悬而未决的问题,医生和科学家正在研究和做研究,以继续找到更好的解决方案。

接受由LINAC产生的x射线放射治疗的病人也会这样做变得具有放射性——它们不发射辐射。辐射的来源,即直线ac,总是在病人的身体之外,这就是为什么辐射不会从病人的身体内部发出。为了治疗某些类型的癌症,可以使用植入装置对患者进行放射治疗,而不是使用LINAC。在这种情况下,当辐射源是内部病人,病人可以释放出辐射。这些患者通常必须遵循医生关于放射治疗后如何恢复日常生活的具体指示。例如,一些病人可能要等几个星期才能抱孩子,或者没有医生的证明就不能坐飞机旅行。

放射治疗需要团队合作

通过LINAC产生x射线是治疗癌症的一种令人兴奋和创新的方法,该技术将继续发展和发展,以造福患者的生活。用放射疗法治疗癌症需要团队合作。的放射肿瘤学小组包括许多专家。医生、护士和放射治疗师在整个治疗过程中与患者进行观察和互动,而医疗剂量测定师则制定将由LINAC交付的治疗计划。医学物理学家经常测试和校准LINAC,以确保其正常和安全运行。此外,治疗团队还包括医生助理、护士助理、社会工作者、行政专家等等!每个团队成员都要发挥关键作用,以确保患者获得尽可能最好的治疗。

术语表

癌症由异常细胞不受控制的生长和分裂引起的疾病。

肿瘤肿胀:组织体中肿胀的部分,当细胞生长和分裂超过应有的程度时形成

DNA细胞内含有生长、发育、功能和繁殖指令的物质。

医用直线加速器一种利用电力产生快速移动的粒子流以产生治疗癌症的辐射的机器。

x射线辐射能穿透固体的高能光。

放射肿瘤学小组一群帮助治疗辐射患者的医疗专业人员。

利益冲突

作者声明,这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的,这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。


参考文献

[1]霍尔,E. J.和阿马托J. G. 2006。放射学家的放射生物学.费城,宾夕法尼亚州:Lippincott Williams & Wilkins。

[2]Halperin, E. C., Wazer, D. E., Perez, C. A.和Brady, L. W. 2013。Perez & Brady放射肿瘤学的原理与实践.费城,宾夕法尼亚州:Lippincott Williams & Wilkins。

[3]可汗,F. M.和吉本斯,J. P. 2014。可汗的《放射治疗物理学.费城,宾夕法尼亚州:Lippincott Williams & Wilkins。