腫瘤放射治療技術(shù)新進(jìn)展

1、腫瘤放射治療技術(shù)新進(jìn)展2007-12-17放射腫瘤學(xué)由于高科技的發(fā)展已取得了許多理論上和技術(shù)上的突破，本文簡要介紹了放 射生物科學(xué)，生物等效劑量超分割以及三維調(diào)強(qiáng)立體定向放射等技術(shù)的進(jìn)展。1放射生物學(xué)進(jìn)展1.1放射生物學(xué)的進(jìn)展以線性一平方模式(Linear-Quadratic mode l)來解釋放射生物 學(xué)中的反應(yīng)，以a/8系數(shù)來預(yù)測放射治療劑量時(shí)間療效關(guān)系，為放射生物學(xué)開辟了較為廣闊 的天地。近年來深入研究了細(xì)胞周期，即增殖期G1-S-G2-M)和靜止期(G0)的關(guān)系，為此提 出了 4個(gè)R：即是修復(fù)(Repair)，再氧化(Reoxygenation)和再分布(Redistribution

2、)和再增殖 (Regeneration)作為指導(dǎo)放射生物中克服乏氧等問題的研究要點(diǎn)，放射生物學(xué)推進(jìn)到目的明 確，針對(duì)性強(qiáng)的有效研究中去。近年來在研究細(xì)胞修復(fù)和增殖中又進(jìn)一步了解到細(xì)胞凋亡 (Apoptosis)和細(xì)胞分裂(Mitosis)的關(guān)系后，提出了凋亡指數(shù)(AI)與分裂指數(shù)(MI) (Apoptosisindex/Mitosisindex)比來予測放射敏感性和預(yù)后，指導(dǎo)調(diào)發(fā)自發(fā)性凋亡和平衡各 種細(xì)胞的抗放、耐藥(即Resistant RT和Resistant Chemotherapy)，并由此估計(jì)復(fù)發(fā)，研 究增敏，開發(fā)出超分割、加速超分割治療等新技術(shù)，從而取得了科研及臨床的許多新結(jié)果，

3、加深了理論深度，開拓出新的領(lǐng)域，推動(dòng)了放射治療學(xué)的進(jìn)展。1.2 DNA和染色體研究為了測定腫瘤細(xì)胞本身輻射損傷，染色體中DNA鏈中的斷裂(單鏈斷裂SSB和雙鏈斷 裂DS，其斷裂的準(zhǔn)確位置，以及在這個(gè)過程中，腫瘤細(xì)胞如何進(jìn)行修復(fù)，也觀察到錯(cuò)誤修 復(fù)，以及無修復(fù)等對(duì)細(xì)胞的子代產(chǎn)生的決定作用。目前臨床用對(duì)DNA調(diào)節(jié)機(jī)制的多種原理 表達(dá)進(jìn)行測試，可以分清那些是有意義的表達(dá)，那些是靈敏的表達(dá)，建立對(duì)臨床治療，預(yù)后 評(píng)估的方法學(xué)和化驗(yàn)項(xiàng)目，指導(dǎo)放射生物學(xué)，放射物理學(xué)，臨床放射腫瘤學(xué)的發(fā)展，使更有 目的性，針對(duì)性和實(shí)用性。放射生物學(xué)從細(xì)胞水平已進(jìn)入到大分子水平，從純實(shí)驗(yàn)室過渡到 臨床初步應(yīng)用階段。2 放射物

4、理技術(shù)的進(jìn)展2.1立體定向治療的實(shí)現(xiàn)基于電子計(jì)算機(jī)精度提高，雙螺旋CT及高清晰度MRI出現(xiàn)，因此立體定向治療應(yīng)運(yùn) 而生，目前使用的丫一刀，從某種意義來說是一個(gè)立體定向放射手術(shù)過程(Sterol Radiation Surgery,SRS)，它通過聚焦，等中心照準(zhǔn)，于單次短時(shí)間或多次較長時(shí)間給予腫瘤超常規(guī) 致死量治療，達(dá)到摧毀瘤區(qū)細(xì)胞的目的，丫刀利用約30200個(gè)鉆源，在等中心條件下，從 立體不同方向位置，在短距離內(nèi)對(duì)細(xì)小腫瘤(或良性腫瘤，先天畸形等病灶，一般約12cmB) 進(jìn)行一次或多次照射，給予總劑量超過腫瘤及正常組織耐受量，用準(zhǔn)確聚焦的辦法使多個(gè) 60Co源的劑量集中在靶區(qū)，分射束聚焦使周

5、圍正常組織受量仍在可能的耐受量中，由于采 用電腦、CT，以及準(zhǔn)確的立體設(shè)計(jì)定位，因而射野邊界銳利可達(dá)2mm以下，確保了非瘤 區(qū)正常組織安全。應(yīng)用于腦部的良性小腫瘤和先天性畸形效果尤佳，應(yīng)用于腦干等生命禁區(qū) 也取得了效果。但目前許多單位濫用，不嚴(yán)格控制適應(yīng)癥，因此造成了許多后遺癥和并發(fā)癥， 使Y一刀的應(yīng)用與初始設(shè)計(jì)原意偏離了軌道。此外，采用X一刀(加速器)其應(yīng)用電腦進(jìn)行定位，聚焦等技術(shù)與丫一刀原理相近，它除 應(yīng)用在頭部腫瘤(如Y一刀)外，還應(yīng)用在胸、腹盆等區(qū)域，應(yīng)用范圍比Y一刀廣，應(yīng)用效率 較丫一刀要好。但立體照射(Y，X刀)技術(shù)應(yīng)用中還存在許多問題，如放射生物學(xué)中的遠(yuǎn)期并 發(fā)癥，腫瘤的局部控制

6、問題，遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移仍未得到解決，因此想單* 一種這樣機(jī)器是不能完全 解決放射治療的所有問題的。2.2三維適形放療技術(shù)(3-Dimension Conformal Radiation Therapy 即 3-D CRT)，其理論和物理技術(shù)基礎(chǔ)與 y 一刀等大同小異。但近年來特別強(qiáng)調(diào)的由平面二維定位，過渡到立體三維定位，與其相適應(yīng) 的光柵(遮光器)能夠隨射野改變而適形變化，達(dá)到準(zhǔn)確適應(yīng)腫瘤形狀，使高劑量區(qū)分布形狀 在三維方向上與病變靶區(qū)完全一致，適形和三維是一個(gè)問題的兩個(gè)方面，沒有三維定位則適 形也無從實(shí)現(xiàn)，沒有多葉光柵(multiple leaves collimator)，以及其隨體位、腫瘤空間形

7、態(tài)改 變的適形照射也是一句空話。近年來開發(fā)出了立體定向X一刀電子計(jì)算機(jī)芯片設(shè)計(jì)程序突破 了芯片對(duì)多葉光欄同步控制的適形變化部分，使3DCRT就已經(jīng)步入了實(shí)用階段，它可以通 過常規(guī)分割，超分割，加速超分割，以及低速分割(Hypofraction)等治療方式來完成目前一 般的常規(guī)放療機(jī)(加速器，鉆60機(jī)，丫一刀等)所不能完成的任務(wù)。無論其精確度、療效，并 發(fā)癥均優(yōu)于常規(guī)治療機(jī)，國外一些人士稱它為21世紀(jì)的常規(guī)放療機(jī)。它使射野(單個(gè)、多個(gè)、 運(yùn)動(dòng)、固定)形狀與病變靶區(qū)的投影保持一致，多葉光柵對(duì)射野內(nèi)諸點(diǎn)的輸出劑量率按要求 不斷進(jìn)行調(diào)整。2.3 調(diào)強(qiáng)適形放療(Intensity Modulation

8、Radiation Therapy-IMRT)這種技術(shù)目前仍未應(yīng)用于臨床，但國內(nèi)外同行評(píng)價(jià)這種技術(shù)為21世紀(jì)放射治療技術(shù)的 主流。三維適形治療(3-DCRT)所采用的同步可控多葉光柵，三維適形定位這種技術(shù)在IMRT 中已成為基礎(chǔ)技術(shù)。但其不同之處在于采用：逆向算法設(shè)計(jì)(Inversereckon Planning)這是IMRT除三維適形之外，為更精確起見 所插入的必要步驟，它不僅正面方向的精確劑量計(jì)算，而且從逆方向算法來進(jìn)行驗(yàn)證和審核， 使用的高能X線，電子束、質(zhì)子束等放射源，其射野繞人體用連續(xù)或固定集束，在旋轉(zhuǎn)照 射方向上達(dá)到更精確邊界，因而它可以提高強(qiáng)度，達(dá)到適應(yīng)腫瘤形狀高輸出劑量，三維數(shù)

9、字 圖象重建(3DRR-3Dimension Reckon-Picture Reconstruction)功 能，使三維圖象中靶區(qū)等 重要器官與圖象吻合，劑量分布合適與否一目了然。有冠狀、矢狀、橫斷面的圖象及劑量分布，還要能給出任意斜切面的圖形及劑量分 布，并隨時(shí)可以顯示給治療人員，設(shè)計(jì)人員以及醫(yī)生，它使視野方向的觀視(BEV Beam-field Equation Vision)和醫(yī)生反方向的觀視(REV-Reaction Equation Vision)都 成一致。(3)模擬選擇一在安排和設(shè)計(jì)射野時(shí)必須具有模擬類似常規(guī)模擬定位機(jī)射野的選擇功能，包括準(zhǔn)直器種類，(獨(dú)立式、對(duì)稱式)和多葉準(zhǔn)直器

10、即多葉光柵(LMC-Multiple leaves collimator)，大小，放置射野檔塊和楔形濾過板等。治療方案確定后，將各項(xiàng)條件輸入CT模擬治療(CT-Simulator)，CT的模擬機(jī)應(yīng)能 接受上述條件。驗(yàn)證，擇優(yōu)方案選擇后將信息轉(zhuǎn)至治療機(jī)電腦按上述條件運(yùn)轉(zhuǎn)，將各種附加條件如 機(jī)架，準(zhǔn)直器，床移動(dòng)范圍，射野大小，多葉光柵葉片運(yùn)動(dòng)及調(diào)整機(jī)匹配，這樣整個(gè)過程就 完成了。所謂調(diào)強(qiáng)適形放射技術(shù)就是從固定視野上的物理?xiàng)l件出發(fā)，把其準(zhǔn)確性調(diào)至最高， 將平面二維準(zhǔn)確調(diào)至三維更準(zhǔn)確方向，在三維補(bǔ)償照準(zhǔn)方面調(diào)至最精確，給到最大足量。從 診斷、設(shè)計(jì)實(shí)施和多種補(bǔ)償手段，各種運(yùn)動(dòng)射束的調(diào)強(qiáng)，使射野邊界銳利，

11、界限明確，達(dá)到 最高限度的準(zhǔn)確定位，最高準(zhǔn)確劑量達(dá)到靶，高準(zhǔn)確度執(zhí)行預(yù)定計(jì)劃，從而可以超過SRT 及SRS的準(zhǔn)確治療方式，又可克服SRT及SRS的明顯缺陷。目前在美國已有部分樣機(jī)試 用。它應(yīng)該是代表明天放射治療機(jī)的方向。也是3-DCRT的發(fā)展。3臨床實(shí)用放療技術(shù)進(jìn)展生物等效劑量(BED-Biological Equralent Dose)為了使腫瘤中心物理劑量與其他點(diǎn)的劑量差異(即劑量不均質(zhì)性)；以及物理劑量與生物 效應(yīng)之差異(也稱為生物效應(yīng)差異)，這雙重差異的結(jié)果能最后表達(dá)出來，在放射生物學(xué)上對(duì) 這種雙重差異效應(yīng)統(tǒng)一，稱之為生物等劑量(BED)，過去臨床醫(yī)生僅憑經(jīng)驗(yàn)及臨床效果來猜 測，它要達(dá)

12、到對(duì)腫瘤區(qū)的根治劑量，又要對(duì)周圍正常組織的保護(hù)，為了使BED應(yīng)用于臨床 實(shí)際，以往L-Q模式a/8比能夠大致表達(dá)這種內(nèi)容。在低劑量區(qū)起始段為細(xì)胞殺滅與劑量 成線性關(guān)系(e-ad)為單靶區(qū)域a擊中；隨著劑量增加存活曲線向下彎曲，此時(shí)細(xì)胞存活和 劑量成平方關(guān)系(e-8d2)，通過線性(a/8值約為10Gy)。利用這個(gè)理論及實(shí)驗(yàn)室結(jié)果，使治 療中生物等效劑量更接近臨床治療中實(shí)際，以往在治療中應(yīng)用的常規(guī)分割 (每周五次，每天 一次，每次劑量約2Gy)這個(gè)矢量對(duì)腫瘤的控制，它的生物等效劑量比較好，但不理想。因 此為了接近腫瘤實(shí)際故又提出了腫瘤可控機(jī)率TCP(Tumor Contral Probabili

13、ty)和不可控機(jī) 率 NTCP(Non Tumor Control Probability)，以 TCP/NTCP 數(shù)值來衡量 BED 和腫瘤治療機(jī) 率。超分割(HF，Hyperfraction)，加速超分割，(AF，Acceleated Hyperfraction)和低 分割(Hypofraction)技術(shù)在臨床上的應(yīng)用以往我們常用常規(guī)分割一即每周五天，休息二天，每天一次，每次劑量約2Gy，這已 用了幾十年的方法稱為常規(guī)分割(Convention fraction)其原理在于五天放射，二天休息，每 周共五次是較為合適的治療，它使腫瘤受損達(dá)到較高程度，但又使靶區(qū)內(nèi)的正常細(xì)胞有可能 得到部分修復(fù)

14、，利用正常細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞“受量耐受性差”作為治療根據(jù)，但這種常規(guī)分割 (CF)，24小時(shí)重復(fù)一次，不論劑量調(diào)強(qiáng)到3Gy/次也好或更高，但有一定限度，連續(xù)4Gy/ 日高量則正常組織修復(fù)乏力，從臨床動(dòng)物試驗(yàn)結(jié)果看到，腫瘤細(xì)胞經(jīng)過照射之后約4小時(shí) 即已開始進(jìn)行修復(fù)，因此每天一次照射至第二天再開始則受打擊之腫瘤細(xì)胞，它通過4R(修 復(fù)，再氧化，再分布和增殖)已經(jīng)達(dá)到了一定水平的恢復(fù)。如果在其修復(fù)周期324小時(shí)之 間，再給予一定的輻射打擊，則可以加重其損傷程度和減少修復(fù)百分比，使致死性損傷更多， 雙鏈斷裂(DS更多，使阻于G1期的細(xì)胞減少?；诖私畮啄陙碓趪鴥?nèi)外開展了超分割(HF) 治療，其基本條件為

15、每天照射2次，每次間隔46小時(shí)每次劑量在1.11.4Gy之間，其 余條件為：總劑量、每周五天均與CF無差別。經(jīng)過十幾年來試驗(yàn)和臨床觀察已看到了局部 控制，復(fù)發(fā)率，生存率比CF有顯著意義提高，其近期副作用比常規(guī)分割明顯大，長期損傷 和遲發(fā)反應(yīng)明顯后遺癥和常規(guī)分割無顯著性差別。這些結(jié)果國內(nèi)外經(jīng)過雙盲隨機(jī)，單盲隨機(jī)， 非隨機(jī)回顧性對(duì)比均取得同一臨床結(jié)果，動(dòng)物實(shí)際結(jié)果也得到確認(rèn)加速超分割(AF， Accelerated Hyperfracton)其原理和基本出發(fā)點(diǎn)和規(guī)定與分割相同，但在每天放療次數(shù)，每 次劑量則有區(qū)別。它每天至少3次以上(偶有應(yīng)用4次的報(bào)道)每次間隔34小時(shí)，3次劑 量總和達(dá)3Gy以上

16、(一般在4.5Gy以下)，自80年代至開展AF以來其近期療效和遠(yuǎn)期療效 均優(yōu)于CF。其近期、遠(yuǎn)期并發(fā)癥與HF相同，近期反應(yīng)略大于HF。但無論超分割、加速超 分割也好，都是建立在腫瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞組織間的放射生物學(xué)特點(diǎn)差異基礎(chǔ)上的，放射治 療劑量的提高，局部控制的好壞完全離不開這些基本條件，因此這種方法仍是有一定限度。在美國Anderson醫(yī)院和一部分地區(qū)試用所謂：輔助野超分割治療，(Hyperfraction Boost field)，其方法為全程采用每天二次治療中首次使用較大劑量，間隔46小時(shí)后加入輔助小 野，拋開該大野中之淋巴預(yù)防區(qū)，其效果在于增加對(duì)原發(fā)灶打擊，對(duì)淋巴區(qū)照射則限于常規(guī) 分割

17、劑量，增加原發(fā)灶的損傷。幾年來試驗(yàn)結(jié)果，其優(yōu)點(diǎn)明顯，原發(fā)灶控制與HF和AF很 接近，但近期反應(yīng)較輕，很受臨床歡迎。3.3傳統(tǒng)的治療術(shù)前放療仍在應(yīng)用，過去多提倡術(shù)前給予常規(guī)治療根治量的1 /22/3后手術(shù)，由于術(shù) 中粘連多，故有些試驗(yàn)降低術(shù)前放療量為全量照射的1/3,如食管癌術(shù)前放療由過去的 GT3040Gy降至30Gy以下再手術(shù)，日本學(xué)者的觀察未發(fā)現(xiàn)其遠(yuǎn)地轉(zhuǎn)移增多，但術(shù)后并發(fā) 癥少，生存率略有提高，因例數(shù)太少，無隨機(jī)，故說服力不大。應(yīng)用超分割及加速分割作術(shù) 前放療已有嘗試，但術(shù)后并發(fā)癥多，與其近期副作用多是一致，故目前為術(shù)前作CF比做 HF或AF多。4放療其他新技術(shù)進(jìn)展對(duì)放射治療的技術(shù)學(xué)和方法

18、學(xué)研究以及基礎(chǔ)理論研究，其中對(duì)于乏氧細(xì)胞和射線粒子 的放射原理，放射生物學(xué)研究提供了一些基礎(chǔ)，例如快中子對(duì)乏氧細(xì)胞的作用，高LEF射 線的Bragg峰的優(yōu)越物理生物作用的利用，重粒子的使用，都對(duì)放射治療技術(shù)有很大吸引 力，目前仍在不斷地發(fā)展中，質(zhì)子加速器是開重粒子治療的先河，目前已有質(zhì)子加速器應(yīng)用 于臨床上。高LET射線物理防護(hù)，遠(yuǎn)期放射生物效應(yīng)，后遺癥等也不可忽視。精確定位， 精確設(shè)計(jì)，精確治療的統(tǒng)一應(yīng)用是腫瘤放射治療技術(shù)的必然發(fā)展趨勢(shì)，也是從事放射治療工 作的追求目標(biāo)，21世紀(jì)給放射新技術(shù)既提出了機(jī)遇也提出了挑戰(zhàn)，讓我們面對(duì)這種形勢(shì)努 力創(chuàng)造條件，提高檔次和水平，追趕世界先進(jìn)潮流，達(dá)到更高水平。腫瘤治療中許多學(xué)科互