三維立體適形放療在腫瘤治療中的臨床應(yīng)用

1、三維立體適形放療在腫瘤治療中的臨床應(yīng)用 作者：王旬果 張獻(xiàn)芬 孫福鑾 王建軍 【關(guān)鍵詞】 惡性腫瘤 【關(guān)鍵詞】 惡性腫瘤；放療；三維適形 腫瘤放療的理想境界是只照射腫瘤而不照射正常組織，但由于惡性腫瘤呈浸潤(rùn)性和不規(guī)則性生長(zhǎng)，放射治療很難達(dá)到以上境界。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，改善了腫瘤影像學(xué)診斷，創(chuàng)造了腫瘤及其周圍正常組織和結(jié)構(gòu)上的虛擬三維結(jié)構(gòu)重建技術(shù)，改進(jìn)了放射物理劑量的計(jì)算方法，使放射的形狀和強(qiáng)度更適合腫瘤的形狀和強(qiáng)度。最先出現(xiàn)的是三維立體適形放療（Threedimensional conformal radiotherapy，3DCRT），繼之，又發(fā)展到逆行調(diào)強(qiáng)放射治療（intensit

2、y modulated radiation therapy，IMRT），IMRT是3DCRT的高級(jí)階段。然而，由于該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用相對(duì)較短，還存在許多不確定性，有待進(jìn)一步研究。本文針對(duì)三維適形放療的熱點(diǎn)、難點(diǎn)問題，遵照循證醫(yī)學(xué)的原則加以綜述。 1 三維適形放療的理論基礎(chǔ)及發(fā)展史 適形放射治療概念的提出和進(jìn)行臨床研究最早始于1959年，日本Takahashi博士及其同事首次提出并闡明了適形放療的基本概念以及實(shí)施方法。 Proimos博士及其同事獨(dú)立地提出了同步擋塊旋轉(zhuǎn)照射方法，同步擋塊法是將特殊設(shè)計(jì)的鉛擋塊安裝在患者和準(zhǔn)直器之間，并且擋塊能夠隨機(jī)架或患者的旋轉(zhuǎn)作同步運(yùn)動(dòng)，保證擋塊投影的形狀隨時(shí)與照射

3、的靶區(qū)一致。Green 于1959年首先提出循跡掃描的原理，并在英國(guó)倫敦皇家北區(qū)醫(yī)院建立了這種系統(tǒng)的機(jī)器和計(jì)劃設(shè)計(jì)的方法。所謂循跡法，就是依靠治療機(jī)和治療床的相互配合的支持，使得靶區(qū)每個(gè)截面中心總是位于機(jī)器的旋轉(zhuǎn)中心上，而射野的形狀和大小靠準(zhǔn)直器的擴(kuò)縮以及床的縱向運(yùn)行得到。因此，循跡掃描法的結(jié)果，使得高劑量區(qū)的橫、縱方向上均與靶區(qū)形狀一致，顯然治療范圍即射野大小，僅由準(zhǔn)直器限定，同時(shí)也由床的縱向運(yùn)動(dòng)范圍確定，而機(jī)架旋轉(zhuǎn)的速度和床的縱向運(yùn)動(dòng)的速度決定劑量的大小。繼Green的研究后，英國(guó)TEM工廠生產(chǎn)出60Co循跡掃描治療原型機(jī)，于1970年安裝在倫敦皇家自由醫(yī)院，并于1973年治療了第一例患者

4、。 Umegaki于1971年在Varian C Linac6直線加速器上安裝一組多葉準(zhǔn)直器，由一個(gè)旋轉(zhuǎn)的盤片進(jìn)行模擬控制。多葉準(zhǔn)直器提供了一種實(shí)用的適形治療方法，它是在常規(guī)治療準(zhǔn)直器上的一種改進(jìn)，使得射野形狀能隨靶區(qū)形狀改變，形成了三維適形放療。 2 三維適形治療的原則 在惡性腫瘤的治療中，由于腫瘤內(nèi)有乏氧細(xì)胞的存在，必須采用分次治療的方法，才能得到腫瘤的相對(duì)增敏，適形立體放療也不例外。由于分次照射可使惡性腫瘤的細(xì)胞同步化，適形放療只有分次進(jìn)行，才能得到腫瘤的自身增敏，提高療效。按照Brenner和Hall的觀點(diǎn)，任何一種放射治療方法的優(yōu)化方案；都應(yīng)該有長(zhǎng)的總治療時(shí)間，以減少正常早反應(yīng)組織，

5、特別是皮膚和粘膜的合并癥；又要有短的總治療時(shí)間，一限制腫瘤的再增殖；同時(shí)，還要有較多的分割次數(shù)，以允許再氧合的細(xì)胞同步化的再發(fā)生，利于最大限度的保護(hù)正常晚反應(yīng)組織1。 對(duì)腫瘤的放療，理論上是應(yīng)在最短的時(shí)間內(nèi)給予最高劑量才能得到最好療效，有資料顯示，完全殺滅直徑為5 cm的腫瘤病灶，需要8090 Gy甚至更高2，3，但實(shí)際上，治療時(shí)間和所給劑量均受到腫瘤周圍正常組織耐受量的限制，臨床上需要的是在不增加正常組織放射合并癥的基礎(chǔ)上減少總治療時(shí)間，提高腫瘤劑量。因此，確定治療方案時(shí)應(yīng)注意：在決定分次劑量時(shí)，考慮GTV（Gross Tumor Volume）的大小，幾何保護(hù)因子的大小4，以及PTV（Pl

6、aning Target Volume）的范圍內(nèi)有無重要功能器官和組織等，一般分次劑量應(yīng)在47 Gy左右。在決定分割方式時(shí)，需考慮腫瘤周圍正常組織的類型，是屬于早反應(yīng)組織還是晚反應(yīng)組織。如屬晚反應(yīng)組織，則應(yīng)每周五次，甚至更多，以得到縮短總治療時(shí)間，加速治療的目的。因?yàn)橥矸磻?yīng)組織操作是否出現(xiàn)的相關(guān)因素是分次劑量的大小及總劑量，與總治療時(shí)間的關(guān)系較小。這種情況下延長(zhǎng)總治療時(shí)間，（如每周治療23次），對(duì)正常晚反應(yīng)組織保護(hù)作用很小，保護(hù)的只能是腫瘤。相反，如果腫瘤周圍是早反應(yīng)組織，為避免早反應(yīng)組織嚴(yán)重反應(yīng)的出現(xiàn)，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)立體定向放射治療的時(shí)間。因?yàn)橹委熕俣冗^快會(huì)引起早反應(yīng)組織的嚴(yán)重反應(yīng)，勢(shì)必影響治療

7、進(jìn)度，反而影響療效。 3 三維適形放射治療質(zhì)量保證 31 治療體位和照射野的驗(yàn)證 311 照射野膠片：照射野膠片是最早用于照射野驗(yàn)證的工具，它可以粗略地觀察照射野形狀或束流方向，觀察多葉準(zhǔn)直器葉片排列方式是否正確。由于便于操作，價(jià)格低廉，在臨床上廣泛應(yīng)用，但由于照射野膠片通常只能做回顧性分析，而且照射野膠片的分辨率太差，這些不足都限制了它在適形放療照射野驗(yàn)證中的作用5，6。 312 電子照射影像儀（electrical portal imaging device，EPID）：近年來，EPID已成為放射治療中監(jiān)測(cè)照射野、體位重復(fù)性的主要工具，有逐漸取代照射野膠片的趨勢(shì)。隨著EPID的臨床應(yīng)用，人

8、們逐漸意識(shí)到，利用EPID進(jìn)行照射野、體位驗(yàn)證關(guān)鍵是改進(jìn)處理照射野影像中體位變化信息的方法并研究效率更高的分析工具。一般來說，對(duì)EPID監(jiān)測(cè)屏上的影像進(jìn)行自動(dòng)套準(zhǔn)，會(huì)顯著改善體位誤差探測(cè)的準(zhǔn)確性和效率。使用EPID進(jìn)行照射野、體位驗(yàn)證既可脫機(jī)進(jìn)行，也可聯(lián)機(jī)進(jìn)行。通常脫機(jī)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)的體位誤差只有在下次治療時(shí)才能得到糾正，聯(lián)機(jī)驗(yàn)證則可以在治療前，甚至治療中隨時(shí)糾正體位誤差。Ten Haken等發(fā)明的傾斜滾動(dòng)治療床使聯(lián)機(jī)自動(dòng)糾正體位誤差成為可能。 313 兆伏計(jì)算機(jī)斷層掃描（MVCT）系統(tǒng)：MVCT是在高能射線治療條件下，聯(lián)機(jī)成像來進(jìn)行照射野及體位驗(yàn)證的工具。MVCT關(guān)鍵在于掃描機(jī)，其基本原理為：掃描

9、機(jī)內(nèi)含有的碘化銫晶體，經(jīng)高能射線照射后，晶體排布發(fā)生變化，這種變化數(shù)字由CCD攝像機(jī)拍攝并轉(zhuǎn)變成影像，經(jīng)高速錄像的界面存儲(chǔ)在光盤中并可聯(lián)機(jī)放映，最后經(jīng)校準(zhǔn)重建后即可在三維方向上觀察，分析并糾正照射野和體位誤差。 314 錄像體位驗(yàn)證系統(tǒng)：Johnson等7研究了聯(lián)機(jī)錄像體位驗(yàn)證系統(tǒng)。該系統(tǒng)的硬件包括閉路電視鏡頭，監(jiān)測(cè)器和錄像機(jī)，可用于錄像影像的獲取和歸檔，并實(shí)時(shí)放映經(jīng)減影技術(shù)處理后的錄像系統(tǒng)，以多視角顯示體位誤差。 315 三維實(shí)時(shí)體位移動(dòng)分析系統(tǒng)：Baroni等8首先對(duì)該系統(tǒng)做了詳細(xì)闡述。該系統(tǒng)由電視攝像機(jī)、體位移動(dòng)分析器和處理單位組成，是根據(jù)光電學(xué)和近距離攝影測(cè)繪技術(shù)探測(cè)固定在皮膚上的標(biāo)記

10、物，通過將標(biāo)記物的實(shí)時(shí)三維位置與模擬過程中或第一次照射時(shí)獲得的參考位置比較，進(jìn)行患者體位的監(jiān)測(cè)。 32 劑量驗(yàn)證 有點(diǎn)劑量?jī)x、平面劑量?jī)x及膠片劑量?jī)x驗(yàn)證。 4 三維適形放療的臨床應(yīng)用現(xiàn)狀 在常規(guī)放射治療的過程中，殘存的腫瘤細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)加速再增殖，這是導(dǎo)致局部未控的主要原因9，適形放射治療應(yīng)用的理論基礎(chǔ)在于增加腫瘤劑量以提高局部控制率和無瘤生存率，進(jìn)而可降低遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移率；通過減少正常組織受照射量，可改善無并發(fā)癥的生存率。以下情況應(yīng)用適形放射治療可能有益。用常規(guī)放射劑量，但局部控制率差的腫瘤；增加腫瘤劑量但不顯著增加正常組織的損傷；腫瘤位于復(fù)雜解剖部位；極不規(guī)則的腫瘤；腫瘤的鄰近有放射敏感的正常組織結(jié)

11、構(gòu)；小體積但需要高劑量照射的腫瘤。對(duì)放射治療極度敏感和極度抵抗的腫瘤不適用于適形放射治療。適形治療常用于以下腫瘤，對(duì)肺癌的治療，Mary等10用適形放療治療肺癌101例，腫瘤劑量74 Gy，全組平均生存期為203個(gè)月，1、2和3年生存率分別為58%、45%和23%。然而，常規(guī)放射治療效果不理想，5年生存率只有5%10%，且反應(yīng)重9。Huzaka等11報(bào)道88例，放射劑量676 Gy，隨訪1278個(gè)月，全組病例中位生存期和2年生存率分別為15個(gè)月和37%，優(yōu)于超分割放射治療696 Gy和綜合治療的療效。對(duì)腦腫瘤，Keilchi等12用高劑量適形放射治療惡性膠質(zhì)細(xì)胞瘤，患者基本能耐受，并發(fā)癥較少，

12、但高劑量適形放射治療并不能改善其生存率。對(duì)肝臟和胰腺腫瘤：23例肝臟和胰腺腫瘤適形放射治療，21例同時(shí)用5FU，放射劑量5055 Gy，35個(gè)野照射，隨訪1422個(gè)月，10例生存良好，無明顯后遺癥。Lawrence等認(rèn)為如果大部分正常肝臟不受高劑量照射，對(duì)局部腫瘤照射60 Gy是安全的。 5 三維適形放療新進(jìn)展 51 影象學(xué)指導(dǎo)的放療（imaging guided radiotherapy，IGRT）和適應(yīng)性照射（adaptive radiotherapy，ART） 目前在多數(shù)加速器上可安上電子照射系統(tǒng)（EPID）設(shè)備，先進(jìn)的EPID設(shè)備還可進(jìn)行劑量分布計(jì)算和驗(yàn)證。最新型的CT加速器也已投入臨

13、床應(yīng)用。呼吸控制系統(tǒng)也已有市場(chǎng)化產(chǎn)品，如將治療及與影像設(shè)備結(jié)合在一起，每天治療時(shí)采集有關(guān)的影像學(xué)信息，確定治療靶區(qū)。做到每日一靶，可稱為IGRT。在治療的前若干次治療中，每次行一次影像學(xué)檢查，并通過放射計(jì)劃系統(tǒng)研究其計(jì)劃靶區(qū)，然后綜合分析這若干次的結(jié)果，確定最終的修正后計(jì)劃靶區(qū)，可稱為ART。 52 多維適形放療（multidimensional conformal radiotherapy,MDCRT） 目前的3DCRT和IMRT已經(jīng)做到了放射物理高劑量的立體分布和腫瘤的立體形態(tài)相適應(yīng)，然而這僅僅考慮到了物理劑量一個(gè)方面。近年來醫(yī)學(xué)影像學(xué)已有了飛速發(fā)展，并介入了生物學(xué)、生理學(xué)，主要儀器有磁共

14、振（MRI）、影像波譜分析（magnetic resonance spectroscope image，MRSI）、正電子發(fā)射斷層掃描（Position emission tomography,PET）、核素示蹤技術(shù)、基因顯像等。Erdi等13將FDGPET圖像與CT圖像融合，制定非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）的3DCRT計(jì)劃，報(bào)道的11例患者中，7例PTV增大（5%46%，平均19%），主要是因?yàn)镻ET發(fā)現(xiàn)了更多的淋巴結(jié)，4例PTV減少，其中2例是因?yàn)镻ET排除了肺不張。Pirzkall13比較了34例級(jí)膠質(zhì)瘤質(zhì)子MRS與MRI（T1相及T2）勾畫放療靶區(qū)的差異，并與術(shù)中活檢結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果顯

15、示，根據(jù)T2相MRI勾畫的靶區(qū)要大于MRS，但MES能更好地區(qū)分腫瘤壞死，能明顯的改變?cè)隽繀^(qū)的大小，將MRS用于制定放療計(jì)劃有助于提高局部控制率并減少并發(fā)癥?？傊?，上述新的診斷技術(shù)已經(jīng)有能力鑒別出在一個(gè)腫瘤內(nèi)，哪一部分是高惡性程度，哪一部分是抗放射的，因而可以對(duì)一個(gè)腫瘤內(nèi)不同放射敏感性的腫瘤細(xì)胞亞群給予不同的劑量，換言之，對(duì)高惡性的抗放射性腫瘤細(xì)胞亞群給予更高的放射劑量。從生物學(xué)方面達(dá)到適形，在物理劑量的三維適形基礎(chǔ)上生物適形，所以稱為多維適形放療。 總之，適形放療作為放療的一種高新技術(shù)，有許多優(yōu)勢(shì)必然成為21世紀(jì)放射治療的主流，同時(shí)由于應(yīng)用時(shí)間短，存在許多不確定性的誤區(qū)，而新興起的循證醫(yī)學(xué)能

16、較好的指導(dǎo)我們合理的應(yīng)用這項(xiàng)新技術(shù)。在循證醫(yī)學(xué)的指導(dǎo)下必將使三維適形放療不斷改進(jìn)，使之更加完善，使腫瘤放療展現(xiàn)出勃勃生機(jī)。 參 考 文 獻(xiàn) 1Brenner DJ,Hall EJ,Stereotactic radiotherapy of intracranial tumors:an ideal candidate for accelerated treantment. Int J Radiat Oncol Biophys,1994,28:1039 2于金明，于甬華，郭守芳,等.后程立體定向放射治療B期肺鱗癌期臨床實(shí)驗(yàn)J腫瘤防治雜志，2001，8（2）：94 3于金明，李寶生，調(diào)強(qiáng)放射治療臨床應(yīng)

17、用研究進(jìn)展 J腫瘤防治雜志，2001，8（2）：183 4Larson DA,Flickinger JC,Loeffler JS. The radiobiology of radiosurgery.Int J Radiat Oncol Biol Phys,1993,25:557 5Lavertu S,Louis MG,Pouliot J,et alObservation study of electronic Portal images for offline Verificution.Radiother Oncol,2000,54:47 6Hesse BM,Spies L,Groh BA,e

18、t alTherapeutic portal imaging for radiaton treatment.Verification Phys med Biol,1998,43:1113 7Johsiom LS,Milliken BD,Haclley SW,et alMitial clinical esperience with a Videobased Patient Positioning system.Int J Radiat Oncol Biophys,1999,45:205 8Baroni G,Ferng no G,Orechia R,et alPealtime threedimen

19、tionaltion analysis for Patient Positioning Verification.Radiother Oncol,2000,54:21 9Baumann M,Appold S,Petersene,et alDose and fractionation concepts in the primary radiotherapy of nonsmallcell lung cancer.Lung cancer,2001,33 （Suppl） 1:S35 10Mary VG,Nilesh L,Lain MG,et alEvaluation model in three dimensional treatment of nonsmallcell lung cancer.Lung cancer,1996,34:469 11Huzaka MB,Turrisi AT,Lutz ET,et alResult of highdose ghoracic irradiation in corporting bea