CERN报道：ADVACAM粒子探测器助力改善头部肿瘤离子放射治疗精准度与安全性

科学家们正在测试一种新的装置，有望在头部和颈部肿瘤的离子放射治疗中更精确地定位癌细胞，从而减少治疗副作用。这一由捷克ADVACAM公司研发的新型成像设备搭载了欧洲核子研究中心（CERN）研发的小型粒子探测器Timepix3芯片。

海德堡大学医院和德国癌症研究中心 (DKFZ) 的项目负责人 Mária Martišíková（左）和 DKFZ 研究员 Laurent Kelleter。（图片：海德堡大学医院/H.Schroeder）

2024年3月6日，在海德堡大学医院的一间医疗检查室里，项目负责人玛利亚·马尔蒂希科娃（Mária Martišíková，来自海德堡大学医院及德国癌症研究中心KFZ）与DKFZ研究员劳伦特·凯勒特（Laurent Kelleter）共同研究这一创新技术。

正如CERN物理学家所使用的粒子探测器在基础研究之外具有广泛的应用潜力，来自德国国家肿瘤疾病中心（NCT）、德国癌症研究中心（DKFZ）以及海德堡离子束治疗中心（HIT）的科学家们现正与捷克公司ADVACAM合作，在首批患者身上测试一款新型成像设备。该设备集成了小型Timepix3像素探测器，能够在离子放射治疗过程中密切监测头部和颈部肿瘤，使其更容易被瞄准，从而有助于限制治疗对健康组织的影响。

“治疗头部和颈部肿瘤最前沿的方法之一就是使用离子束照射，这种方法的一大特点是能够精确调整到人体内部深度，使离子在特定位置产生最大效果”，DKFZ团队负责人玛利亚·马尔蒂希科娃解释说。

然而，如同其他类型的辐射疗法，离子射线也会波及到肿瘤周围的正常组织。尤其在脑部，由于视神经或记忆功能可能会受到损伤，这就带来了特别大的挑战。理想情况下，应该尽可能缩小肿瘤周围受照射区域，并提高肿瘤本身的剂量强度。但目前的技术尚无法实现对离子束足够精确的定位。

治疗过程中，患者头颅内部的情况也可能发生变化。通常在治疗前通过X射线计算机断层扫描（CT）获取图像作为“地图”来指导离子束针对肿瘤的定位。然而，在治疗期间，颅内状况可能发生变化。迄今为止，医生缺乏可靠手段来及时发现并应对大脑内部结构的变化。

ADVACAM公司的这款新设备有可能解决这些问题，它通过追踪穿过头部时产生的次级粒子，提高了离子束在颅内的导航精度。

“我们的相机能够记录下从患者体内发射出的每一个带电次级辐射粒子。这就像观察台球击打后的散射情况。如果这些粒子的运动轨迹与CT图像预测相符，那么我们可以确信治疗靶向准确。反之，若轨迹不符，则意味着‘地图’已不再适用，此时就需要重新规划治疗方案。”ADVACAM公司的卢卡什·马雷克（Lukáš Marek）这样描述道。

“我们期待这款新设备能揭示肿瘤变化的发生频率和位置，从而减少总体照射的组织体积，保护健康组织，减轻放疗副作用。同时，我们也能对肿瘤施加更高剂量的辐射。”马尔蒂希科娃补充说。

通过这种额外的信息获取，治疗过程将极大地受益。在第一阶段，数据可引导适时中断并重新规划照射疗程。最终目标是建立一个实时校正离子束路径的系统。

这款包含CERN研发的Timepix3芯片的成像设备是知识转移和技术应用成功的一个典范，展示了原本为粒子物理学基础研究开发的探测器技术如何应用于医疗保健领域。

“当我们在为大型强子对撞机（LHC）开发像素探测器时，我们心中有一个目标—检测每个粒子的相互作用并对其进行成像，从而帮助物理学家揭开高能自然的奥秘。Timepix探测器是由Medipix合作组织多学科团队研发的，其初衷就是将同一技术拓展到新的领域。许多这样的应用领域在最初阶段是我们未曾预见的，而这个应用就是一个卓越的例子。”Medipix合作组织发言人迈克尔·坎贝尔（Michael Campbell）表示。

欧洲核子研究中心（CERN）的影响不仅体现在高能物理领域的突破，还在于促进知识转移和技术应用的跨界融合，Timepix技术的成功转化正是其中精彩的一例。