The History of using proton irradiation in radiotherapy
PDF (Język Polski)

Keywords

proton therapy
history
proton irradiation

How to Cite

Musielak, M. (2021). The History of using proton irradiation in radiotherapy: The history of proton irradiation. Letters in Oncology Science, 18(4), 99–106. Retrieved from https://journals.wco.pl/los/article/view/211

Abstract

Historia terapii protonowej rozpoczęła się w 1946 roku kiedy Robert Wilson opublikował artykuł, w którym zaproponował wykorzystanie akceleratorów formujących wiązkę protonową do leczenia głęboko zlokalizowanych guzów. W konwencjonalnej radioterapii wykorzystywane jest promieniowanie fotonowe. Opisując przewagę promieniowania protonowego nad fotonowym należy zwrócić uwagę na jego aspekty fizyczne m.in. rozkład głębokościowy dawki. Rozkład dawki  w ośrodku maleje wykładniczo dla fotonów, natomiast dla protonów rozkład głębokości dawki ma charakterystyczny kształt, zwany pikiem Bragga. Celem pracy jest przedstawienie historii terapii protonowej rozpoczynając od odkrycia protonu, a kończąc na współczesnej radioterapii klinicznej. W 1990 rozpoczęła się nowoczesna era terapii wykorzystujących cząstki, kiedy został otwarty pierwszy specjalistyczny szpital leczący terapią protonową w Centrum Medycznym Uniwersytetu Loma Linda w Kalifornii. Od tamtej pory leczenie protonowe było przeprowadzane w placówkach szpitalnych używając technologii i technik, które były porównywalne z nowoczesną radioterapią fotonową. Dane kliniczne jednoznacznie potwierdzały, że terapia protonowa jest przodującą i lepszą metodą leczenia od konwencjonalnej radioterapii. W tym okresie pacjenci byli leczeni w kilku ośrodkach na świecie, gdzie metody i techniki napromieniania były różne, a nowe technologie były stale implementowane. Finalnie, dane kliniczne uzyskane w naukowych placówkach wykazały dobrą powtarzalność  i wydajność terapii protonowej.

PDF (Język Polski)

References

Podgoršak EB, International Atomic Energy Agency, editors. Radiation oncology physics: a handbook for teachers and students. Vienna: International Atomic Energy Agency; 2005. 657 p.

Studenski MT. Proton therapy dosimetry using positron emission tomography. World J Radiol. 2010;2(4):135.

Barton MB, Frommer M, Shafiq J. Role of radiotherapy in cancer control in low-income and middle-income countries. Lancet Oncol. 2006 Jul;7(7):584–95.

Barton MB, Jacob S, Shafiq J, Wong K, Thompson SR, Hanna TP, et al. Estimating the demand for radiotherapy from the evidence: A review of changes from 2003 to 2012. Radiother Oncol. 2014 Jul;112(1):140–4.

Lichter AS, Lawrence TS. Recent Advances in Radiation Oncology. N Engl J Med. 1995 Feb 9;332(6):371–9.

Tang C, Wang X, Soh H, Seyedin S, Cortez MA, Krishnan S, et al. Combining Radiation and Immunotherapy: A New Systemic Therapy for Solid Tumors? Cancer Immunol Res. 2014 Sep;2(9):831–8.

Roos WP, Kaina B. DNA damage-induced cell death: From specific DNA lesions to the DNA damage response and apoptosis. Cancer Lett. 2013 May;332(2):237–48.

Jackson SP, Bartek J. The DNA-damage response in human biology and disease. Nature. 2009 Oct;461(7267):1071–8.

Ellis F. Dose, time and fractionation: A clinical hypothesis. Clin Radiol. 1969 Jan;20(1):1–7.

Begg AC, Stewart FA, Vens C. Strategies to improve radiotherapy with targeted drugs. Nat Rev Cancer. 2011 Apr;11(4):239–53.

Musielak M. Ocena wpływu dawki i mocy promieniowania jonizującego na komórki raka piersi. The assessment of the effect of ionizing radiation dose and dose rate for breast cancer cells. Lett Oncol Sci. 2019 Jan 7;15(4):117–25.

Bernier J, Hall EJ, Giaccia A. Radiation oncology: a century of achievements. Nat Rev Cancer. 2004 Sep;4(9):737–47.

Musielak M, Suchorska WM, Fundowicz M, Milecki P, Malicki J. Future Perspectives of Proton Therapy in Minimizing the Toxicity of Breast Cancer Radiotherapy. J Pers Med. 2021 May 13;11(5):410.

Planowanie leczenia i dozymetria w radioterapii (Tom 2) - Julian Malicki, Krzysztof Ślosarek, Via Medica [Internet]. [cited 2020 Apr 16]. Available from: https://medbook.com.pl/ksiazka/pokaz/id/16064/tytul/planowanie-leczenia-i-dozymetria-w-radioterapii-tom-2-malicki-slosarek-via-medica

Wilson RR. Radiological Use of Fast Protons. Radiology. 1946 Nov;47(5):487–91.

Lawrence EO, Livingston MS. The Production of High Speed Light Ions Without the Use of High Voltages. Phys Rev. 1932 Apr 1;40(1):19–35.

Lawrence JH. Proton irradiation of the pituitary. Cancer. 1957 Jul;10(4):795–8.

Munzenrider JE, Austin-Seymour M, Blitzer PJ, Gentry R, Goitein M, Gragoudas ES, et al. Proton therapy at Harvard. Strahlentherapie. 1985 Dec;161(12):756–63.

Verhey LJ. [No title found]. Int J Radiat Oncol. 2005 Mar;61(4):1280.

Newhauser WD, Zhang R. The physics of proton therapy. Phys Med Biol. 2015 Apr 21;60(8):R155–209.

L’Annunziata MF. Radioactivity: introduction and history, from the Quantum to Quarks. Second edition. Amsterdam ; Boston: Elsevier; 2016. 902 p.

On a diffuse reflection of the α-particles. Proc R Soc Lond Ser Contain Pap Math Phys Character. 1909 Jul 31;82(557):495–500.

Rutherford E. LIV. Collision of α particles with light atoms . IV. An anomalous effect in nitrogen. Lond Edinb Dublin Philos Mag J Sci. 1919 Jun;37(222):581–7.

Romer A. Proton or prouton?: Rutherford and the depths of the atom. Am J Phys. 1997 Aug;65(8):707–16.

Yasuoka K. Discovery of the Proton and Its Intrinsic Powers. In: Tsuboi K, Sakae T, Gerelchuluun A, editors. Proton Beam Radiotherapy [Internet]. Singapore: Springer Singapore; 2020 [cited 2021 Nov 2]. p. 3–8. Available from: http://link.springer.com/10.1007/978-981-13-7454-8_1

Sessler A, Wilson E. Engines of Discovery: A Century of Particle Accelerators Revised and Expanded Edition [Internet]. WORLD SCIENTIFIC; 2014 [cited 2021 Nov 6]. Available from: http://www.worldscientific.com/worldscibooks/10.1142/8552

Burrill EA. Van de Graaff, the man and his accelerators. Phys Today. 1967 Feb;20(2):49–52.

Courant ED, Livingston MS, Snyder HS. The Strong-Focusing Synchroton—A New High Energy Accelerator. Phys Rev. 1952 Dec 1;88(5):1190–6.

The Atomic Energy Research Establishment, Harwell. Nature. 1948 Aug;162(4113):317–20.

L. Elaimy A, Ding L, Bradford C, Geng Y, Bushe H, Kuo I-L, et al. History and Overview of Proton Therapy. In: J. FitzGerald T, Bishop-Jodoin M, editors. Proton Therapy - Current Status and Future Directions [Internet]. IntechOpen; 2021 [cited 2021 Nov 6]. Available from: https://www.intechopen.com/books/proton-therapy-current-status-and-future-directions/history-and-overview-of-proton-therapy

Lawrence EO, Alvarez LW, Brobeck WM, Cooksey D, Corson DR, McMillan EM, et al. Initial Performance of the 60-Inch Cyclotron of the William H. Crocker Radiation Laboratory, University of California. Phys Rev. 1939 Jul 1;56(1):124–124.

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.

Lawrence JH, Tobias CA, Born JL, McCOMBS RK, Roberts JE, Anger HO, et al. Pituitary irradiation with high-energy proton beams: a preliminary report. Cancer Res. 1958 Feb;18(2):121–34.

Larsson B, Larsson B. Radiological Properties of Beams of High-Energy Protons. Radiat Res Suppl. 1967;7:304.

Simpson ME, Van Wagenen G, Van Dyke DC, Koneff AA, Tobias CA. DEUTERON IRRADIATION OF THE MONKEY PITUITARY 1. Endocrinology. 1959 Nov;65(5):831–57.

Professor Börje Larsson, 1931-1998: A Multidisciplinary Scientist. Acta Oncol. 1999 Jan;38(3):389–90.

Falkmer S, Fors B, Larsson B, Lindell A, Naeslund J, Stenson S. Pilot Study on Proton Irradiation of Human Carcinoma. Acta Radiol. 1962 Feb 1;Original Series, Volume 58(1):33–51.

Larsson B, Leksell L, Rexed B, Sourander P, Mair W, Andersson B. The High-Energy Proton Beam as a Neurosurgical Tool. Nature. 1958 Nov;182(4644):1222–3.

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.

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(4):251–64.

Paganetti H, Niemierko A, Ancukiewicz M, Gerweck LE, Goitein M, Loeffler JS, et al. Relative biological effectiveness (RBE) values for proton beam therapy. Int J Radiat Oncol. 2002 Jun;53(2):407–21.

Internationale Atomenergie-Organisation, International Commission on Radiation Units and Measurements, editors. Relative biological effectiveness in Ion Beam Therapy. Vienna: International Atomic Energy Agency; 2008. 153 p. (Technical reports series / International Atomic Energy Agency).

Larsson B. Pre-therapeutic Physical Experiments with High Energy Protons. Br J Radiol. 1961 Mar;34(399):143–51.

Fors B, Larsson B, Lindell A, Naeslund J, Sténson S. Effect of High Energy Protons on Human Genital Carcinoma. Acta Radiol Ther Phys Biol. 1964 Jan;2(5):384–98.

Graffman S, Brahme A, Larsson B. Proton radiotherapy with the Uppsala cyclotron. Experience and plans. Strahlentherapie. 1985 Dec;161(12):764–70.

Kjellberg RN, Hanamura T, Davis KR, Lyons SL, Adams RD. Bragg-Peak Proton-Beam Therapy for Arteriovenous Malformations of the Brain. N Engl J Med. 1983 Aug 4;309(5):269–74.

Kjellberg RN, Sweet WH, Preston WM, Koehler AM. The Bragg peak of a proton beam in intracranial therapy of tumors. Trans Am Neurol Assoc. 1962;87:216–8.

Kjellberg RN, Kliman B. Bragg peak proton treatment for pituitary-related conditions. Proc R Soc Med. 1974 Jan;67(1):32–3.

Robertson JB, Williams JR, Schmidt RA, Little JB, Flynn DF, Suit HD. Radiobiological studies of a high-energy modulated proton beam utilizing cultured mammalian cells. Cancer. 1975 Jun;35(6):1664–77.

Suit HD, Goitein M, Tepper J, Koehler AM, Schmidt RA, Schneider R. Exploratory study of proton radiation therapy using large field techniques and fractionated dose schedules. Cancer. 1975 Jun;35(6):1646–57.

Gragoudas ES, Goitein M, Koehler AM, Verhey L, Tepper J, Suit HD, et al. Proton Irradiation of Small Choroidal Malignant Melanomas. Am J Ophthalmol. 1977 May;83(5):665–73.

Shipley WU, Tepper JE, Prout GR, Verhey LJ, Mendiondo OA, Goitein M, et al. Proton radiation as boost therapy for localized prostatic carcinoma. JAMA. 1979 May 4;241(18):1912–5.

Chuvilo IV, Goldin LL, Khoroshkov VS, Blokhin SE, Breyev VM, Vorontsov IA, et al. ITEP synchrotron proton beam in radiotherapy. Int J Radiat Oncol. 1984 Feb;10(2):185–95.

Savinskaia AP, Minakova EI. [Proton hypophysectomy and the induction of mammary cancer]. Med Radiol (Mosk). 1979 Feb;24(2):53–7.

Tsunemoto H, Morita S, Ishikawa T, Furukawa S, Kawachi K, Kanai T, et al. Proton therapy in Japan. Radiat Res Suppl. 1985;8:S235-243.

Kanai T, Kawachi K, Kumamoto Y, Ogawa H, Yamada T, Matsuzawa H, et al. Spot scanning system for proton radiotherapy. Med Phys. 1980 Jul;7(4):365–9.

Ohara K, Okumura T, Akisada M, Inada T, Mori T, Yokota H, et al. Irradiation synchronized with respiration gate. Int J Radiat Oncol. 1989 Oct;17(4):853–7.

Ju M, Berman AT, Vapiwala N. The Evolution of Proton Beam Therapy: Insights From Early Trials and Tribulations. Int J Radiat Oncol. 2014 Nov;90(4):733–5.

Joiner M, Kogel A van der, editors. Basic clinical radiobiology. Fifth edition. Boca Raton, FL: CRC Press/Taylor & Francis Group; 2018.

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International License.

Copyright (c) 2021 Letters in Oncology Science

Downloads

Download data is not yet available.