放射治疗概述与进展

放射治疗概述与进展河南科技大学第一附属医院肿瘤放疗科王晓宏概念：利用放射线治疗肿瘤的一门学科。这些射线可以是放射性核素产生的α、β、γ射线；x射线治疗机和各类加速器产生的不同能量的x线；也可以是各类加速器产生的电子束、质子束、负π介子束以及其它重粒子束等。放射治疗学研究内容放射治疗学放射物理知识放射生物知识肿瘤学放射治疗在肿瘤治疗中的地位据文献统计，70%的恶性肿瘤病人，治疗某一阶段需做放射治疗。WHO2002年报告45%的恶性肿瘤可治愈，其中手术治愈22%，放射治疗治愈18%，化疗治愈5%。主要内容•一、放射治疗发展历史•二、放射治疗设备•三、放射物理•四、放射生物•五、放射治疗临床•六、IMRT和IGRT•七、放射治疗进展1895年伦琴发现X射线1901年荣获首届Nobel物理学奖放射治疗发展历史1896年贝克雷尔发现铀的放射性放射治疗发展历史1896年居里夫妇发现镭1903年Nobel物理学奖1911年Nobel化学奖放射治疗发展历史•1896年第一例放射治疗•1920’sx线治疗喉癌镭治疗宫颈癌•1930’sCourtard建立了分次放疗的方法•1950’s钴-60治疗恶性肿瘤•1970’sCT应用于肿瘤诊断和治疗加速器治疗恶性肿瘤模拟定位机应用•1980’sMRI应用于肿瘤诊断和放疗放疗计划系统（TPS）应用•1990’s适形放射治疗及调强放射治疗（IMRT）CT模拟机深部X线治疗机钴-60治疗机放射治疗设备直线加速器后装治疗机放射治疗设备治疗计划系统（TPS）•利用数学模型，计算剂量分布的计算机系统帮助比较、确定合理的放疗计划•逆向计划系统可以按照给定条件优化放疗计划放射治疗的辅助设备模拟机：•能重复治疗机的所有运动，并模拟治疗机几何条件的X线透视装置•在模拟的治疗条件下，确定照射范围•可摄片留作资料•CT模拟机可三维重建患者结构，并确定照射野放射治疗的辅助设备射线的种类：同位素：天然的，如镭226人工的，如钴60，铱192X线治疗机：X线直线加速器：电子线，X线重粒子加速器：质子，中子，负π介子和碳，氧等重粒子放射物理学X、γ射线•光电效应•康普顿效应•对电子效应电离射线与物质的相互作用电子线•电离•激发•轫致辐射•Gy（格雷，Gray）•1Gy=100cGy=1J/Kg电离射线的吸收剂量直接损伤：射线直接作用于DNA分子，导致DNA链断裂、交叉。间接损伤：射线对人体组织内水产生电离，生成自由基，这些自由基再与生物大分子发生作用，导致不可逆损伤。放射生物学受损伤细胞的转归致死性剂量照射•凋亡•分裂死亡•分裂畸变非致死性剂量照射•亚致死性损伤的修复•潜在致死性损伤的修复放射治疗肿瘤的基本原理正常组织相对于肿瘤组织，有更强大的修复损伤能力和增殖能力放射敏感性•放射敏感性与肿瘤的增殖能力成正比，与细胞的分化程度成反比•肿瘤和同类正常组织的放射敏感性相类似细胞周期与放射敏感性•G0，S，G1后期：不敏感•G1早期：相对不敏感•G2/M期：较敏感肿瘤放射敏感性的分类•高度敏感：精原细胞瘤、白血病、恶性淋巴瘤•中度敏感：基底细胞癌、鳞状细胞癌、非小细胞肺癌•低度敏感：大部分脑瘤、软组织肿瘤、骨肉瘤及恶性黑色素瘤放射治疗临床应用放射治疗总体原则：尽量提高肿瘤区剂量，同时尽量降低正常组织受照剂量。达到杀灭肿瘤，又不严重损伤肿瘤周围正常组织的目的。•外照射（远距离）：源位于体外的一定距离，集中照射某一处组织，是最常用的方式。•近距离照射（组织间、腔内）：指放射源密闭后直接放在人体表面、自然腔道或组织内。如鼻咽、食管、宫颈等部位。•放射性同位素：经口服或静脉注射，利用器官选择性吸收作用，如：I131、32P。放射治疗方式•根治性放疗：主要取决于肿瘤组织来源、分化程度、发生的器官和组织、临床分期、大体类型及瘤床，对放射线敏感程度和病人状况。通过放疗获得持久的局部和区域控制，病人在放疗后获得长期生存的可能。•姑息性放疗：一般分期较晚（有转移），病人健康状况差，对放射线抗拒等，通过放疗缓解由肿瘤引起的局部症状，如癌性疼痛、出血、压迫或侵犯引起的梗阻。临床中放射治疗目的放射治疗适应症首选放疗鼻咽癌，喉癌，扁桃体癌，舌癌，恶性淋巴瘤，宫颈癌，皮肤癌，上段食道癌等次选放疗或配合其它治疗颅内肿瘤，上颌窦癌，下咽癌，肺癌，下段食道癌，胸腺癌，直肠癌，乳腺癌，膀胱癌，淋巴瘤等姑息性放疗止痛：有效率80%以上；减轻压迫：颅内高压，脊髓截瘫，上腔静脉综合症；止血：鼻咽癌，宫颈癌等放疗与手术的综合治疗：(一)、术前放疗优点：（1）照射后使肿瘤缩小，从而提高手术切除率，（2）减少手术野内癌细胞的污染，从而减少手术区癌细胞种植，降低癌细胞的生命力，从而可能减少播散。缺点：（1）延迟手术（2）可能影响切口愈合术前放疗价值较为肯定的有头颈部肿瘤如上颌窦癌、宫体癌、直肠癌等。放疗2-4周后手术。放疗与其他治疗的综合治疗术中放射治疗：优点：直视下清楚地对准靶区进行照射，正常组织可得到保护。缺点：只能照射一次。不符合分次照射原则。适用于腹腔深在肿瘤，手术不能切除或切除不彻底者。疗效较肯定的报告为胃癌。放疗与手术的综合治疗术后放射治疗：优点：大部分肿瘤已被切除，有手术及病理指导放射治疗，有利于放射治疗的控制。缺点：损伤了血运可能造成残存的癌细胞乏氧而不敏感。手术切除不彻底的病例采用术后放射治疗，可降低局部复发。疗效较肯定的报告为乳腺癌、肺癌、卵巢癌Ⅱ期、脑星形细胞瘤Ⅲ、Ⅳ级等。放疗与手术的综合治疗目前应用广泛，如肺癌、食管癌、头颈部鳞癌、直肠癌、宫颈癌等。包括同步放化疗、序贯放化疗、交替治疗等。优点：提高肿瘤局部控制，减少远处转移，器官结构和功能的保存。缺点：增加全身或局部毒性。放疗与化疗的综合治疗综合治疗不是简单的先手术，手术失败后则放射治疗，放射治疗失败后化疗，而是要组织相关科室的人员共同制订目的明确、有根据、有计划且合理的综合治疗方案，只有这样才能提高疗效。适形放射治疗的分类：经典适形放射治疗调强适形放射治疗（IMRT）调强适形放疗概念：调强放射治疗（IMRT）是一种能够将高剂量区域限制在靶区体积范围内的放射治疗技术，它运用非均匀流量分布的射线束来提高靶区和危及器官剂量分布的适形度。剂量分布靶区适形调强适形放疗调强适形放疗的条件1.在照射方向上，照射野的形状必须与病变（靶区）的投影形状一致。2.射野内诸点的输出剂量率必须按要求的方式进行调整，使得靶区病变内及表面的剂量处处相等：A射野形状适形（BEV）B射野内强度调节PQRSIMRT原理IMRT原理放疗流程的剂量输出调强放疗非均匀辐射强度的剂量输出TPS治疗参数剂量分布TPS均匀辐射强度设计的治疗目标“经典”适形放疗治疗参数调强放射治疗调强放射治疗逆向计划较传统正向计划的优势：•提高靶区内剂量分布的均匀性，有助于减小周围敏感器官的受照剂量。•加快计划设计的速度，降低剂量优化设计的复杂性。•调整最佳治疗计划使之符合实际剂量投射技术的要求，满足各种硬件条件的限制。调强放射治疗调强放疗的实施方法：•静态调强-在叶片、机架、治疗床运动时不出束-较慢，较简单•动态调强-在叶片、机架、治疗床运动时要出束-较快，较灵活，较复杂•肿瘤局部控制失败占主要的癌瘤•因肿瘤局部控制失败导致远地转移的癌瘤•解剖结构复杂、形状比较复杂，特别是凹形靶区；或多靶点的肿瘤的治疗•常规放疗疗效很好，希望进一步减少放射并发症和改进患者疗后的生存质量临床适应症图像引导放射治疗定义图像引导放疗（IGRT）是指通过放疗前以加速器自带的CT进行扫描，采集并重建三维图像，与治疗计划图像配准后再实施治疗。IGRT的主要作用•减少摆位误差–头颈部肿瘤从5mm2mm–胸腹部肿瘤从10mm3mm•减少器官运动引起的内边界–呼吸门控从10mm3-5mm–动态跟踪从10mm3mm•减少器官变形引起的剂量变化特点•分次治疗摆位时和(或)治疗中采集图像和(或)其他信号•利用这些图像和(或)信号，引导此次治疗和(或)后续分次治疗图像引导放射治疗最终目的引导放射线准确的按计划设计投照到肿瘤靶区校正患者摆位调整治疗计划引导射线束照射图像引导放射治疗IGRT系统流程引导图像类型••••二维X射线透视图像或三维重建图像，有时间标记的四维图像超声二维断层图像或三维重建图像其他信号可以是体表红外线反射装置反射的红外线，或埋在患者体内的电磁波转发装置发出的电磁波等图像引导放射治疗图像引导放射治疗引导图像类型2D平片•传统胶片拍摄正侧位或射野形状胶片，与计划影像比较，查每次摆位；当误差大于允许值时，通过移床予以校正，然后再做治疗•电子射野影像系统（EPID）引导图像类型3DCT图像获取CT图像方法：•同轨西门子Primatom采用CT-on-rail技术•断层治疗的直接CT获取TomotherapyHiArt系统采用螺旋CT技术•锥形束CT医科达的Synergy、西门子的Artiste、瓦里安的Trilogy系列加速器图像引导放射治疗引导图像类型3DCT图像获取CT图像方法：KV锥形束CT医科达synergyKV、MV成角90度获得3D容积图像静态、动态EPID、图像引导放射治疗引导图像类型4D图像Brain-lab的Norvalis立体定向放疗系统Accuray的CyberKnife立体定向放疗系统这两种设备均安装了两对kV级X线球管和射线探测器阵列,两对装置轴线正交,相对水平方向倾斜45°图像引导放射治疗IGRT应用（在线校位）获取3D计划影像病人摆位获取治疗体位影像与计划图像比较匹配修正位置开始精确治疗IGRT的主要实现方式IGRT的主要实现方式IGRT应用（自适应放疗）测量每次摆位误差每个分次治疗时获取图像根据最初(5～9次)误差预测整个疗程的摆位误差;调整PTV和CTV的间距修改治疗计划继续治疗肺部靶组织位移脱靶扩大照射区正常组织损伤增加呼吸运动肿瘤控制率下降放疗并发症增加IGRT的主要实现方式IGRT应用（呼吸门控技术）呼吸运动暂停/减小呼吸运动幅度主动照射野跟随运动动态监测呼吸加速器响应被动体外标记体内标记自主屏气腹部压块bodyfixIGRT的主要实现方式7放射治疗技术新进展•容积旋转调强放疗（VMAT）•螺旋断层放疗（TomoTherapy）•自适应放疗•立体定向放疗（SRT）•重粒子放疗容积旋转调强放射治疗定义容积旋转调强放射治疗（VMAT）是指通过一种新的剂量传输方法完成一个弧或多个弧的机架旋转来实现调强适形放射治疗，在加速器传输剂量的同时机架旋转角度、输出剂量率、多叶准直器叶片的运动位置均在连续不断地改变。特点•与传统调强放射治疗相比，治疗时间明显缩短•剂量分布与传统调强放射治疗计划类似•治疗的机器跳数减少容积旋转调强放射治疗适应症•绝大多数传统调强技术能治疗的病种，VMAT同样也均能实现。•已有多篇文献成功报道了头颈部癌，前列腺癌，直肠癌，宫颈癌，肺癌，椎体转移癌，多发脑转移癌等。容积旋转调强放射治疗螺旋断层放射治疗定义•螺旋断层放疗（TomoTherapy）通过开关方式调制扇形束来进行调强（IMRT）治疗，该放疗系统像螺旋CT一样，在机架和床的联动过程中用螺旋断层方式进行放射治疗。螺旋断层放疗机(TomoTherapy)是目前世界上唯一能够治疗癌症的CT机螺旋断层放射治疗特点•将直线加速器和螺旋CT整合•每日兆伏级CT图像，可观察剂量分布及肿瘤变化•能够实现大范围的IMRT照射野（60厘米直径，160厘米长），且无需考虑野衔接问题•能提供较好的剂量分布，肿瘤适形度和剂量均匀性，保护正常组织螺旋断层放射治疗•TomoTherapy系统使放射治疗不再受制于肿瘤的形状与大小，目前已经广泛应用于治疗各种形式的肿瘤，包括前列腺癌，乳腺癌，肺癌，脑部肿瘤，头颈部肿瘤，骨及软组织肿瘤，以及淋巴瘤和骨癌。螺旋断层放射治疗自适应放射治疗•自适应放射治疗是指在分次放射治疗的过程中，如果不能够通过简单的调节患者的体位来修正剂量投射的偏差，可以在余下的治疗里通过修正患者的治疗计划来减低剂量偏差的影响。•造成剂量投射偏差的原因主要包括治疗期间肿瘤病灶