肿瘤放射治疗物理技术新进展_席强

２ 放射治疗物理学的现状
１８９５年伦琴发现 Ｘ 线以及１８９８ 年 居 里 夫 妇 发 现 放 射 性 元 素 镭 后 不 久， 放 射 线 即 被 用 于 治 疗 恶 性 肿 瘤。在以往由于普通高压 Ｘ线机产生的射线能量低，穿透弱，皮肤表面反应大，不能用于身体深部肿瘤 的治疗，故现在已被淘汰。１９５０年开 始 用 重 水 型 核 反 应 堆 获 得 大 量 的 人 工 放 射 性６０ Ｃｏ 源， 而 使 远 距 离６０ 钴治疗机大批问世，由于其能量平均可达到１．２５ ＭｅＶ，因而穿透能力强， 可使皮肤损伤减小， 骨和软组 织有同等吸收剂量等特点，使其得到了迅速的发展和广泛的应用。２０世纪 ５０年代加速器正式应用于临床 治疗，由电子感应加速器或回旋加速器产生的高能 Ｘ线和电子线在肿瘤治疗中的优点逐渐被人们所认识，
表 １ 肿 瘤 治 疗 五 年 生 存 率 变 化
年 代 五年生存率
本世纪初 ５％
３０ 年 代 １５ ％
６０ 年 代 ３０ ％
９０ 年 代 ４５％
治疗手段 相对贡献
表 ２ 手 术 、 放 疗 、 化 疗 对 肿 瘤 治 愈 率 比 较
手术治疗
放射治疗
２２％
１８％
化学治疗 ５％
目前肿瘤治疗失败的主要原因为肿瘤局部控制失败，而导致肿瘤的局部复发和远地转移。已有证据表 明，改进肿瘤局部治疗，可以提高肿瘤的治愈率。放射治疗通过物理手段不仅可以提高肿瘤的局部控制 率，而且可以改进患者愈后的生存质量。
国内外的一些数据统计表明， 约 有 ５０％ ～７０％ 的 肿 瘤 病 人 需 做 放 射 治 疗， 据 世 界 卫 生 组 织 （ＷＨＯ） ２０世纪９０年代 的 统 计 数 字， 目 前 经 治 疗 后 的 肿 瘤 五 年 生 存 率 可 达 ４５％ 左 右， 其 中 ２２％ 为 手 术 治 愈， １８％为放射治疗治愈，５％为药物和其他方 法 治 愈 （表 ２）， 足 以 看 出 放 射 治 疗 在 ２０ 世 纪 的 进 展 及 其 在 肿 瘤治疗中的重要地位。
在立体定向技术和计算机问世以前，二维放疗是肿瘤放射治 疗 的 唯 一 方 法［９］，２０ 世 纪 ９０ 年 代 以 前 的 放射治疗技术基本上属于常规照射，虽然不能否定常规放射治疗发展中的地位及其治疗效果，但由于正常 组织和肿瘤组织的放射敏感性差异很小，因而受到正常组织耐受量的限制，在达到一定剂量后，无法再进 一步提高肿瘤局部剂量，否则就会增加正常组织的放射并发症概率。除此之外还有剂量计算不准确，定位 及照射位置不精重复性差等缺点存在。随着分子生物学和计算机技术的迅猛发展、医学影像技术的进步， 三维计划系统 （３Ｄ－ＴＰＳ） 的出现，放疗设备不断更 新， 放 射 治 疗 方 法 和 技 术 得 到 了 突 飞 猛 进 的 发 展。 而 三维适形及调强放射治疗技术是一种有效提高肿瘤局控率，降低正常组织放射损伤的物理措施，它通过改 变靶区内的射线强度，使靶区内的任何一点都能达到理想的剂量，这种技术使得高剂量区分布的形状在三 维方向上与病变的形状一致。 从 这 个 意 义 上 讲 学 术 界 将 它 称 为 三 维 适 形 放 射 治 疗 （３－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｃｏｎｆｏｒ－ ｍａｌ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｔｈｅｒａｐｙ ３ＤＣＲＴ），为达到剂量分布 的 三 维 适 形， 必 须 满 足 下 述 的 必 要 条 件： ① 在 照 射 方 向 上，照射野的形状必须与病变的投影形状一致；②为满足靶区内及表面的剂量处处相等，必须使每个射野 内诸点的输出剂量率能按要求的方式进行调整。满足上述两个必要条件的三维适形放疗称之为调强适形放 射治疗 （ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｔｈｅｒａｐｙ，ＩＭＲＴ）。１９９３ 年 应 用 于 临 床 的 调 强 放 射 治 疗 （ＩＭＲＴ） 代表了现代放疗最主要的技术进步之一，调强放射治疗是更先进的三维适形放射治疗，它借助计算机，利 用非均等强度的射线束对照射剂量进行优化 ， ［１０－１２］ 最终获得较为理想的剂量分布。
到目前为止，按照射技术放射治疗可以分为两大类：常规放疗和精确放疗。在计算机和立体定向技术 问世以前，常规放疗是放射治疗的唯一方法，常规放疗是在二维水平进行的传统的、经验式放疗。由于顾 及肿瘤周围危及器官的照射耐受，从而限制了肿瘤剂量的提高，影响了肿瘤的局部控制率。而局部控制率 的降低或失败，将会导致肿瘤局部复发 和 肿 瘤 的 远 地 转 移。 但 ２０ 世 纪 ９０ 年 代 随 着 放 射 治 疗 机 的 不 断 改 进、计算机技术的迅猛发展、医学影像技术的进步，以 ＣＴ 为基础的三维治疗计划系统的发展， 放射治疗 进入了精确定位、精确计划和精确治疗的 “三精” 时代。因为放疗是以提高局部的治疗增益，即最大限度 地增加 肿 瘤 局 部 控 制 概 率 （ＴＣＰ） 和 减 低 周 围 正 常 组 织 的 放 射 并 发 症 概 率 （ＮＴＣＰ） 为 治 疗 的 最 终 目 的 ， ［４－６］ 从而达到高精度定位、高剂量、高治疗效果和低 正 常 组 织 损 伤 的 三 高 一 低 放 疗 模 式。 随 着 计 算 机 技术的发展和影像技术在肿瘤 治 疗 上 的 应 用， 先 后 出 现 了 三 维 适 形 放 射 治 疗 （３Ｄ－ＣＲＴ）、 立 体 定 向 放 射 治疗 （ＳＢＲＴ）、三维调强放射治疗 （ＩＭＲＴ）［７－８］，使三高一低放射 治 疗 成 为 可 能。 目 前 代 表 性 的 设 备 有 Ｘ （γ） 刀、赛博刀 （Ｃｙｂｅｒｋｎｉｆｅｒ） 图像引导放射治疗机 （ｉｍａｇｅ－ｇｕｉｄｅｄ ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ ＩＧＲＴ）、 断层放射治疗 机 （ｔｏｍｏｔｈｅｒａｐｙ）、ＴｒｕｅＢｅａｍ 系统等等。
ＴｒｕｅＢｅａｍ 系统是继影像引导放射治疗 （ＩＧＲＴ） 后 又 一 种 新 型 放 疗 设 备， 其 提 供 四 种 Ｘ－线 能 量 和 两 种无均整块过滤的能量 （高强度模式），同时电子线能量选择可拓展至０－８档。由于剂量率的提高，高强 度模式可将束流照射速度提高４０％～１４０％，治疗时间短 （７５ｓ／２Ｇｙ），在完成放射外科手 术 和 立 体 定 向 放射治疗时更得心应手。小射 野 调 强 治 疗 技 术 （ＩＭＲＴ、ＶＭＡＴ、ＲａｐｉｄＡｒｃ○Ｒ 放 疗 技 术） 主 要 得 益 于 束 流中心的高剂量率和治疗／肿瘤边缘的强度大大降低，因为这能使投照剂量更 好 地 避 开 正 常 组 织 和 关 键 器 官结构。
随着影像学、肿瘤分子生物学以及计算机科学的快速发展，随着多维适形治疗、生物靶区、自适应放
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２０１３年２月 河北北方学院学报 （自然科学版） 第１期
疗等新概念的提出，放疗正在由适形放疗、适形调强 放 疗 到 四 维 放 疗 即 图 像 引 导 的 自 适 应 放 疗 发 展 。 ［１５－１６］ 影像引导放射治疗 （ＩＧＲＴ） 是一种四维的放射治疗技术，它是当前世界先进的放 疗 中 放 疗 精 度 的 验 证 与 评价技术之一，它的应用使放疗剂量定位精度提高，它在三维放疗技术的基础上加入了时间因数的概念， 充分考虑了解剖组织在治疗过程中的运动和分次治疗间的位移误差，如呼吸和蠕动运动、日常摆位误差、 靶区收缩等引起放疗剂量分布的变化和对治疗计划的影响等方面的情况，在患者进行治疗前、治疗中利用 各种先进的影像设备对肿瘤及正常器官进行实时的监控，并能根据器官位置的变化调整治疗条件使照射野 紧紧 “追随” 靶区，使之能做到真正意义上的精确治疗［１７－２０］。ＩＧＲＴ 已由二维 成 像 过 渡 到 三 维 重 建 成 像 的 时代，而且正在向四维发展，目前临床 应 用 的 影 像 指 导 设 备 除 了 ＥＰＩＤ 外， 还 包 括 ＫＶ 级 Ｘ 线 摄 片 和 透 视、ＭＶ 级断 层 ＣＴ、 放 疗 室 内 ＣＴ、ＫＶ 或 ＭＶ 锥 形 束 ＣＴ、 机 架 上 的 ＫＶ－ＫＶ 系 统 或 ＫＶ－ＭＶ 系 统 等。 研究热点集中在锥形束 ＣＴ、机架上的 ＫＶ－ＫＶ 系统或 ＫＶ－ＭＶ 系统，这些系统能联合 Ｘ 线透视监测和靶 区成像，提供了放疗时三维软组织靶区影像和实时射线监测，使放疗靶区的确定建立在内靶区的基础上， 而不是建立在体表标记或印记上，对放疗过程的在线或离线修正起着重要作用。
中 图 分 类 号 ：Ｒ ４５４ 文 献 标 识 码 ：Ｃ
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－１４９２．２０１３．０１．０３６
肿瘤放射物理学是医学物理学的一个重要分支，是放射肿瘤学的重要基础，将放射物理的基本原理和 概念应用于肿瘤的放射治疗。 自 １８９５ 年 伦 琴 发 现 Ｘ 线 以 及 １８９８ 年 居 里 夫 妇 发 现 放 射 性 元 素 镭 后 不 久， 放射线即被用于治疗恶性肿瘤。一百多年来，放射肿瘤学取得的成就紧密系于肿瘤放射物理学的进展。
由于调强放射治疗技术具有一种 新 的 能 力 对 每 束 射 线 内 的 子 射 线 进 行 强 度 控 制 ， ［１３］ 当 它 与 能 够 精 确 勾画靶区的各种影像引导技术结合，并按计划实施治疗时，调强放射治疗可以较大程度地控制剂量分布， 使肿瘤控制率提高，正常组织的毒副反应降低。三维调强适形放射治疗是放射治疗技术领域历史上的一次 重大飞跃，对肿瘤放射治疗的发展起到了巨大的推动作用。而调强放射治疗 也 必 将 成 为 ２１ 世 纪 放 射 治 疗 技术的主流。
来 稿 日 期 ：２０１２－０９－１１ 作 者 简 介 ： 席 强 （１９７５－）， 男 ， 河 北 宣 化 人 ， 主 管 技 师 ， 主 要 研 究 方 向 ： 放 射 物 理 。
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２０１３ 年 ２ 月
席强 等：肿瘤放射治疗物理技术新进展
第１期
因此被广泛的推广和应用 。 ［１－３］ 它既能产生高能 Ｘ 线也能产 生 高 能 电 子 线， 这 样 可 以 用 于 治 疗 全 身 各 部 位 不同深度的肿瘤，因此随着６０钴治疗机及直线加速器的推广使用 及 其 功 能 的 不 断 改 进， 放 射 治 疗 技 术 有 了 质的突破，放疗也成为肿瘤的主要治疗手段之一。先后开展了二野、三野、四野、旋转弧形照射技术以及 楔形板技术、挡铅技术、补偿器技术等。